EP3365734B1 - Oscillateur pour un mouvement horloger mécanique - Google Patents

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EP3365734B1
EP3365734B1 EP16788814.8A EP16788814A EP3365734B1 EP 3365734 B1 EP3365734 B1 EP 3365734B1 EP 16788814 A EP16788814 A EP 16788814A EP 3365734 B1 EP3365734 B1 EP 3365734B1
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EP
European Patent Office
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resonator
oscillator
oscillator according
mass element
vibrating elements
Prior art date
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Active
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EP16788814.8A
Other languages
German (de)
English (en)
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EP3365734A1 (fr
Inventor
Olivier Karlen
Eric Klein
Alexis HERAUD
Jonathan ZÜRCHER
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Richemont International SA
Original Assignee
Richemont International SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Richemont International SA filed Critical Richemont International SA
Publication of EP3365734A1 publication Critical patent/EP3365734A1/fr
Application granted granted Critical
Publication of EP3365734B1 publication Critical patent/EP3365734B1/fr
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    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B17/00—Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/04—Oscillators acting by spring tension
    • G04B17/045—Oscillators acting by spring tension with oscillating blade springs
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B15/00—Escapements
    • G04B15/06—Free escapements
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B15/00—Escapements
    • G04B15/14—Component parts or constructional details, e.g. construction of the lever or the escape wheel
    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04B—MECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B43/00—Protecting clockworks by shields or other means against external influences, e.g. magnetic fields
    • G04B43/007—Antimagnetic alloys

Definitions

  • the present invention relates to an oscillator for regulating a watch movement allowing an oscillation frequency up to 5 kHz and a better stability and accuracy of the oscillator to wear.
  • the oscillator also allows a greater quality factor Q, while reducing the need for adjustment.
  • the oscillator is intended to replace a conventional oscillator comprising in particular a sprung balance and its escapement anchor pivoted on its own axis.
  • the present invention also relates to a watch movement comprising such an oscillator.
  • the escapement In a clockwork movement, the escapement has the function of transmitting the energy received by the gear train, itself driven by the mainspring, to the resonator constituted by the balance-sprung assembly.
  • This escapement generally comprises an independent anchor oscillating about an axis pivoted in the plate.
  • the mechanical connection between the anchor and the resonator, constituted by the plate carrying the pin which abuts against each of the horns of the anchor, is relatively complicated.
  • the sprung balance assembly requires a delicate adjustment.
  • such resonators are generally limited to oscillation frequencies of 10 Hz at most.
  • the document US3440815 describes an escapement device comprising an anchor secured to a vibrating member where the anchor is arranged so that it oscillates perpendicular to the plane of the escape wheel.
  • the anchor is fixed by embedding or welding, at the end of a vibrating blade embedded by its end in a rigid support.
  • a tuning fork or a resonator derived from the tuning fork can be used instead of the vibrating blade, one of the branches bearing the anchor and the other branch oscillating freely while synchronizing with the first branch.
  • the document CH442153 describes an escapement comprising a tuning fork, acting as a primary resonator, and a vibrating blade, acting as a secondary resonator, at the end of which is fixed an anchor provided with two vanes diametrically opposite to the center of the escape wheel.
  • the oscillating blade oscillates, the amplitude of its oscillation allowing the anchor to come lightly hit the end of one of the branches of the tuning fork which oscillates in turn to its own frequency.
  • the document WO2013045573 discloses a mechanical resonator comprising a tuning fork type oscillator cooperating with an anchor mounted to rotate and whose angular positions allow to lock and unlock an escape wheel.
  • This resonator has the disadvantage that the frills necessary for the so-called free operation between the members mounted on the fork leg and the organs, in this case a fork, of the anchor result in loss phases at each alternation of the oscillator. These phases are known in the watch industry under the term lost path. On the other hand, the number of parts and their setting make the implementation of this system very delicate.
  • an anchor is movably mounted on resilient arms and cooperates in a conventional manner with a rocker to count the oscillations of the latter.
  • the anchor part In order to disturb the oscillation of the resonator as little as possible, especially in the vertical positions, the anchor part should be as light as possible.
  • the arms supporting the anchor can have a bistable type of behavior, a very energy-consuming configuration at each alternation, and which does not allow to maintain oscillations of the pendulum when the energy received from the gear is less than that required to pass from one bistable state to another.
  • the document EP2911012 describes a mechanical resonator held in oscillation on flexible blades by a fixed base on the movement, the flexible blades allowing oscillations of the resonator around a point of virtual rotation.
  • This document provides for the possibility of equipping the moving part with an organ having the usual function of a plateau pin to cooperate with an exhaust.
  • the configuration of this invention always comprises an anchor separate from the resonator, which does not reduce the number of parts and the number of disruptive friction at each contact between the parts.
  • the present invention relates to an oscillator for regulating a mechanical clockwork movement, the oscillator comprising an escapement wheel and a resonator constituting the timebase of the oscillator; the resonator comprising a mass element held in oscillation by at least two vibrating elements; the mass element comprising at least one anchor part, integral with the mass element and configured to cooperate directly with the escapement mobile so as to maintain oscillations of the resonator and to let the mobile escape move at each alternation of oscillations; the first resonator further comprising a base to be mounted fixed or movable on the watch movement; the mass element being supported only by the base via the vibrating element.
  • Mechanical movement means any watchmaking mechanism using a regulation mechanism, in particular the main wheel of the watch movement, but also any wheel or additional module using such a regulation, whether it uses the same time base or no, such as a chronograph, a striking mechanism such as those encountered in the mechanisms of alarms or minute repetitions, an astronomical train, without being limited to these mechanisms.
  • the oscillator according to the invention allows a high oscillation frequency and a better stability and accuracy of the oscillator's progress when worn.
  • the anchor portion is integral with the mass element.
  • the oscillator of the invention therefore comprises a small footprint and requires a lower number of parts, especially in comparison with an oscillator provided with a conventional balance spring, an anchor and an escapement mobile.
  • the figure 1 represents a perspective view of an oscillator 1 according to an embodiment.
  • the oscillator 1 comprises an escapement mobile 5 and a resonator 3 constituting the timebase of the oscillator.
  • the resonator 3 comprises a mass element 32 held in oscillation by at least two vibrating elements 31.
  • the mass element 32 comprises an anchor portion 4 configured to cooperate directly with the escapement wheel 5 so as to maintain oscillations of the first resonator 3 and to let the escapement mobile 5 move with each alternation of oscillations.
  • the resonator 3 is formed of three vibrating elements 31 extending radially from a center 12 in a plane P.
  • transverse "x” and longitudinal orientations will be adopted in a nonlimiting manner.
  • the vibrating elements 31 are angularly spaced about 120 ° from each other.
  • Each of the vibrating elements 31 is fixed at its proximal end (near the center 12) to a base 2 intended to be mounted on a plate 10 or any other fixed part of a clockwork movement or on an intermediate frame mounted itself on said watch movement.
  • the distal end 35 of each of the vibrating elements 31 is fixed to the mass element 32.
  • Each of the vibrating elements 31 can therefore vibrate or oscillate freely between its distal and proximal end.
  • the mass element 32 is supported only by the base 2 via the vibrating element 31.
  • mounting means 20 may be provided in the base 2 so as to fix the base 2 to a frame 10.
  • the frame 10 may comprise a cage as illustrated in FIG. figure 12 .
  • the frame 10 is intended to be mounted fixed or mobile on a watch movement (not shown).
  • the base 2 is mounted directly on the watch movement, for example on a plate or a bridge.
  • the frame 10 has the advantage of facilitating assembly, disassembly, adjustment and dedicated operations within the framework of the after-sales service of the oscillator 1.
  • the frame 10 can take the form of a cage (as in the figure 1 ) or a capsule.
  • the frame 10 can be mounted and adjusted on a part of the movement, for example the plate, in order to cooperate with the gear which it regulates.
  • the escape wheel is an escape wheel 5 pivotally mounted around a shaft 54, itself mounted in a bridge 21 fixed with the base 2.
  • the bridge may comprise an upper bridge 21 and a lower bridge 21 ' .
  • the figure 2 shows another example of the resonator 3 in which the vibrating elements 31 are not shown.
  • the base 2 extends to form the lower bridge 21 'in which the lower pivot of the shaft 54 can be mounted.
  • the figure 3 shows another example in which the base 2 of the resonator 3 extends to form the lower bridge 21 'which comprises a guide stone 55 for receiving the lower pivot of the shaft 54.
  • the pivots of the shaft 54 can therefore be mounted directly ( figure 2 ) or by means of a guide stone 55 ( figure 3 ).
  • the bridges 21, 21 ' can therefore be seen as elements of the frame 10 which form part of the resonator 3.
  • the frame can also comprise the base 2 of the resonator 3 which extends in the plane P so as to to receive the resonator 3 and one of the pivots of the shaft 54 of the escapement mobile 5.
  • the frame 10 in which is mounted the oscillator 1 according to the invention can be partially integrated into the resonator 3.
  • one of the pivots of the shaft 54 of the escapement mobile 5 can be mounted on the bridge 21 ', while the other pivot is held in the part of the frame 10 which will be assembled on the watch movement.
  • the mass element 32 comprises three portions of the mass element 32 'also extending radially from the base 2, centered on the center 12, in plane P.
  • the portions 32' are angularly spaced by approximately 120 °. each other.
  • the mass element 32 is fixed to the base 2, and therefore to a fixed part of the movement when the oscillator 1 is mounted in the movement, by means of the resonator 3, here vibrating elements 31 When they oscillate, the vibrating elements 31 thus cause the mass element 32 also to oscillate.
  • the three portions 32 'of the mass element 32 consist of a so-called skeletal openwork structure.
  • This skeletal structure comprises a multitude of recesses 36.
  • the mass, or the inertia, of the mass element 32 is therefore mainly determined by the wall 33 of the portions 32 '.
  • Each of the vibrating elements 31 can be housed inside each of the portions 32 ', for example in a housing 38 formed in the wall 33 as illustrated in FIG. figure 1 .
  • Each of the vibrating elements 31 comprises a vibrating blade.
  • the anchor portion 4 is constituted by the arc formed between the two adjacent portions 32 'and a member 40 carried by each of the adjacent portions 32'.
  • the escape wheel 5 is housed in an interior space 11 delimited by the anchor portion 4 so as to cooperate with the anchor portion 4.
  • the oscillation of the vibrating elements 31 oscillates the portions 32 'and the anchor portion 4 comprising the members 40.
  • the vibrating elements 31, the portions 32' and the anchor portion 4 oscillate in the same plane P around the center 12.
  • the members 40 of the anchor portion 4 cooperate with the teeth 50 of the escape wheel 5 so as to maintain oscillations of the resonator 3 and to advance the escape wheel 5 of a tooth 50 at each alternation oscillations.
  • the members 40 alternately receive pulses of the teeth 50 of the escape wheel 5, so as to alternately lock and release the escape wheel 5 and maintain the periodic oscillations of the resonator 3.
  • the oscillator 1 thus allows the successive escape of teeth 50 in such a way that the escape wheel 5 advances in a back-and-forth movement of the anchor part 4.
  • the escapement wheel 5 pivots in the same plane P as that in which oscillates the first resonator 3 and the anchor part 4.
  • the figure 4 illustrates the resonator 3 according to another embodiment in which the members 40 are arranged at the ends of the portions 32 '.
  • Each of the portions 32 ' comprises the members 40 so that, in this configuration, the escape wheel 5 can be mounted in one or other of the interior spaces 11 delimited by each of the anchor portions 4 between each of the two portions. 32 'adjacent.
  • the vibrating elements 31 of the resonator 3 may take various forms, including the shape of a beam, a vibrating blade or any other shape promoting the resonance at frequencies in a desired range of 10 Hz to 5000 Hz. , with a high quality factor, and meeting the congestion requirements required for the application.
  • the vibrating elements 31 may be made to limit the stresses, particularly at their ends (proximal and distal). This can be done using distributed load beams ( figure 5b ), to multi-leaf vibrating elements ( Figures 5a and 5d ), or by modifying the local section of a beam by making local openings ( figure 5e ), drillings for example. It is also possible to lengthen the active blade length without increasing the length of the vibrating member by producing "serpentine" type structures ( figure 5c ), which makes it possible to reduce the charges in a very significant way. Finally, it is possible to reduce the risk of breaks in the recesses by softening the sharp angles, which generally represent primers of rupture or fatigue.
  • a mass resonator M (expressed in g) and comprising several vibrating elements 31 formed of simple beams of stiffness k (expressed in mN.m / rad) and characterized by a height h and a thickness e
  • a ratio k / M between 0.1 and 1.0 and a ratio w / e between 3 and 20 give particularly satisfactory results.
  • each of the vibrating elements 31 comprises a blade having a folded portion 31 ', for example of the meander or serpentine type.
  • the mass element 32 comprises two diametrically opposite portions 32 '.
  • Each of the portions 32 ' comprises two vibrating elements 31 in the form of a single blade in the figure 8 and having a folded portion 31 'in the figure 9a .
  • the figure 9b shows the resonator cooperating with an escape wheel 5 via two anchor part members 40.
  • the escape wheel 5 is mounted in the bridge 21 integral with the resonator 3.
  • the figure 10 shows oscillator 1 according to another embodiment wherein the mass element 32 of the resonator 3 comprises four portions 32 'angularly spaced about 90 ° from each other, each portion comprising a vibrating element 31.
  • the resonator is shown cooperating with an escape wheel 5 via two anchor part members 40.
  • the resonator 3 is mounted on a frame 10 comprising an upper part 14 forming a cage for the oscillator 1.
  • figure 11 shows a detail of the resonator of the oscillator of the figure 10 wherein the vibrating elements 31 are not shown.
  • the resonator comprises a mass element 32 has a substantially annular shape 32.
  • the anchor portion 4 comprises two members 40 fixed on the mass element 32.
  • the mobile (wheel) exhaust 5 is pivotally mounted in a parallel plane P 'to plane P in which oscillates the first resonator 3, below the resonator 3 in the illustrated example.
  • the members 40 of the anchor portion 4 are thus arranged so as to cooperate with the teeth 50 of the escapement wheel 5 situated in the lower plane P ', for example by extending downwards, axially with respect to the element In operation, the escapement wheel 5 pivots in the parallel plane P 'to the oscillation plane P of the mass element 32a.
  • the vibrating elements 31 have an arcuate shape.
  • the figure 12b shows the resonator of the figure 12a comprising two pairs of vibrating elements 31, each pair comprising two vibrating elements 31 in a semicircle facing each other resulting in a cylindrical shape.
  • the figure 12c shows the resonator of the figure 12a comprising three pairs of vibrating elements 31 according to the figure 12b .
  • the figure 12d shows the resonator of the figure 12a in which each of the vibrating elements 31 comprises two parallel blades 31 'arranged radially.
  • the resonator 3 comprises segments 39 arranged concentrically with the serge 32a but of smaller diameter than this.
  • the segments 39 come to press against one of the blades 31 ', in the direction of pivoting of the resonator 3.
  • the restoring force of the blade 31' pushes the segments 39 in the reverse direction, allowing oscillation of the resonator 3.
  • the mass element 32 of the resonator 3 is driven in oscillation in a rotary motion, in other words, in a pivoting movement about its center 12.
  • An advantage of these configurations where the resonator 3 is driven in oscillation according to a rotary movement comprises the maintenance of the differences in operation between the different positions of the oscillator 1 in the gravitational field or during shocks.
  • the figure 13 represents another configuration of the oscillator 1, in which the mass element 32 comprises two portions 32 'extending generally in the same plane P in an arc of a circle with respect to a center 12.
  • the escape wheel 5 is arranged in the interior space 11 delimited by the mass portions 32 ', each carrying a member 40 of the anchor portion 4.
  • the escapement wheel 5 is pivotally mounted around the center 12 so that a toothing (not shown) of the escape wheel 5 comes into cooperation with the members 40.
  • the escape wheel 5 is in the same plane P as the escape wheel 5, the latter being concentric with a circle inscribed by the mass portions 32 '.
  • the vibrating element 31 comprises blades 31 'arranged in a star (here three blades angularly spaced by about 120 °) and fixed at a proximal end to the base 2 having the shape of a circular arc.
  • the distal end 35 of the blades 31 ' is fixed to the mass element 32 via a foot 9.
  • the oscillation of the blades 31' gives an oscillation movement in the plane P as indicated by the arrow 90 in fig 13.
  • the superimposition of the center of gyration and the center of mass of the resonator 3 of the oscillator 1 of the figure 13 further minimizes the sensitivity of the system to the acceleration to which it could be subjected.
  • the oscillator 1 of the invention may, however, also include a resonator where the mass element 32 is movable in oscillation in a translational motion.
  • the resonator comprises a vibrating element 31 formed of two blades 31 'fixed to the base 2 at their proximal end.
  • Each of the two blades 31 ' carries, at their distal end 35, a mass portion 32' comprising a member 40 of an anchor portion 4.
  • An escape wheel 5 is placed between the two mass portions 32 'so as to cooperate with the members 40.
  • the vibrating elements 31 oscillate from their proximal end, driving in translation in a movement back and forth the two mass portions 32 '.
  • the members 40 alternately receive pulses of the teeth (not shown) of the escape wheel 5, so as to alternately lock and release the escape wheel 5 and maintain the periodic oscillations of the resonator 3.
  • the efficiency of the resonator 3 can be disturbed by vibrating elements 31 resonating at different frequencies.
  • the efficiency of the resonator 3 can also be disturbed by the resonance of the vibrating elements 31 which are fixed at one of their ends to the same base 2 and at the other end to the same mass element 32, and which would oscillate with different amplitudes. It is therefore advantageous for the vibrating elements 31 to resonate substantially at an amplitude (radial or transverse) which is substantially the same.
  • the two mass portions 32 ' are rigidly connected, so that the blades 31' and the mass portions 32 'oscillate substantially at the same frequency and at the same amplitude.
  • the vibrating elements 31 oscillating substantially at the same frequency make it possible to ensure any loss due to asynchronous movements of the one or the other of the vibrating elements 31. Thus, it is essential to obtain the best quality factor that all the vibrating members resonate at the same frequency.
  • the structural modification of the material may be used locally by exposing it by irradiation with a femtosecond laser.
  • the oscillator 1 of the invention is particularly intended for high frequencies ranging from 10Hz to 5'000Hz, the ideal frequency range being between 10Hz and 400Hz.
  • FIGS. 15a and 15b show a bottom view of the oscillator 1 of the figure 14 , illustrating the movements in translation back and forth of the mass element 32 with each of the members 40 of the anchor portion 4 engaging with the toothing of the escape wheel 5 or disengaging it.
  • the oscillator 1 comprises an escapement wheel 5 which pivots in a plane substantially perpendicular to the plane P in which oscillate the first resonator 3, the mass element 32 and anchor part 4.
  • the resonator 3 comprises two blades 31 'oscillating in torsion about an axis 91 in the plane P.
  • the distal end 35 of each of the blades 31' is fixed to the mass element 32 in the form of a serge.
  • the members 40 of the anchor portion 4 are fixed, for example, on the inner periphery of the mass element 32.
  • the escapement wheel 5 can be housed inside the mass element 32 so as to cooperate with the members 40 of the anchor portion 4.
  • the vibrating element formed of the two blades 31 'and the mass element 32 oscillate like a torsion pendulum.
  • the blades 31 ' may consist of double blades excited at frequencies whose modes are asymmetrical and out of the plane P.
  • FIGS. 17a and 17b show a view of the oscillator 1 side of the figure 16 , illustrating the movements in oscillation about the axis 91, coincident with the axis Y, of the mass element 32 with each of the members 40 of the anchor portion 4 engaging with the toothing of the escape wheel 5 or clearing it.
  • an anchor portion 4 provided with two members 40 makes it possible to leave a tooth 50 at each alternation, it is also possible to equip the anchor portion 4 with a larger number of members 40, and by varying the spacing between the members 40, so that the escape wheel 5 advances at a different speed.
  • each anchor portion 4 is provided with four members 40 instead of two, distributed in such a way that only one member 40 on all four cooperates with a tooth 50 of the escape wheel 5 at each oscillation.
  • Such a configuration makes it possible to obtain an advance of half a tooth alternately, ie an advance of a tooth for two alternations.
  • the rotation frequency can be further reduced by the addition of more than two members 40 per anchor portion 4, 4 '.
  • Oscillator 1 may be produced from a process or a combination of subtractive and / or additive microfabrication processes from a single substrate of preferably non-magnetic material or base materials combined with one another. and whose final material will preferably be non-magnetic.
  • the materials chosen may be metallic or non-metallic, or a combination of both.
  • the nonmagnetic metal materials include at least partially metallic materials such as metal alloys, composites comprising at least one metal as well as at least partially amorphous metal alloys.
  • Nonmetallic non-magnetic materials selected include glasses (including quartz), ceramics, glass-ceramics, metalloids, such as silicon, and non-metallic composites.
  • the oscillator 1 is made from a single substrate, preferably a glass, ceramic, glass-ceramic or silicon substrate, the latter being preferably chosen in the form of a wafer or under form of a substrate which lends itself to high precision and / or repeatability microfabrication operations such as DRIE or selective volume etching microfabrication, known as ISLE (In Volume Selective Etching), and which combines femtosecond laser irradiation and chemical etching, and is particularly suitable for certain families of glasses.
  • a single substrate preferably a glass, ceramic, glass-ceramic or silicon substrate, the latter being preferably chosen in the form of a wafer or under form of a substrate which lends itself to high precision and / or repeatability microfabrication operations such as DRIE or selective volume etching microfabrication, known as ISLE (In Volume Selective Etching), and which combines femtosecond laser irradiation and chemical etching, and is particularly suitable for certain families of glasses.
  • DRIE selective
  • Non-metallic materials being more fragile, it is possible to use at least a partial overlap of the surface of the finished component with a layer of a protective material, such as diamond, which provides a protective hard layer and also has tribological properties advantageous. Diamond is used in particular for the recovery of certain silicon components.
  • the frequency of the oscillator 1 can be controlled by varying the dimensions of the vibrating elements 31 and / or the dimensions of the mass element 32.
  • the oscillation frequency of the different oscillation modes depends on the geometry of the oscillator 1 and can be adjusted by modifying the moment of inertia of the mass element 32. For this purpose, but also in order to modify the relationship between its inertia and its bulk, and depending on the nature of the substrate used for producing the resonator 3, it may be necessary to modify the inertia of the resonator, and more particularly of its mass element 32.
  • a higher moment of inertia of the mass element 32 results in a lower oscillation frequency of the oscillator 1 and a longer oscillation time (less rapid oscillation damping).
  • the moment of inertia of the mass element 32 can be modified by adding or removing weights on the mass element 32.
  • weights 34 are housed in the recesses 36.
  • the weight or weights 34 can be added and detached from the mass element 32 so as to be able to modify the moment of inertia of the mass element 32.
  • the weight or weights 34 allow to modify the moment of inertia of the mass element 32 and therefore of the resonator 3, without substantially increasing the bulk of the oscillator 1.
  • weights 34 which can be assembled by means adapted to the chosen materials and required positioning and dimensioning tolerances.
  • the weights 34 can be joined to the mass element 32 by bonding, brazing, welding or bonding processes, after having covered the substrate, if necessary, with a suitable layer, or having treated its surface to optimize the accession, or even favor a partial diffusion.
  • the moment of inertia of the resonator 3 by increasing the material, for example by galvanic growth, by sintering or other additive processes applicable to microcomponents, on one or more of the faces of the resonator 3 (for example, the mass element 32). It is also possible to use mechanical methods of assembly such as screwing, crimping or shoring, pinning or mounting in an elastic structure, by clamping.
  • the weight 34 is advantageously manufactured in a material having a higher density than that used for the rest of the resonator 3.
  • the weight 34 may be made of gold or any other metal or dense alloy.
  • flyweights with a density equal to or even less than that of the resonator material, the fineness of adjustment then being improved.
  • weights 34 required have the same density as that of the base material, they can be made in the same material, even in one piece, while still considering them as flyweights, insofar as their dimensioning will be chosen to fulfill the aforementioned function.
  • the frequency can be increased by ablation of material on the mass element 32 and / or the flyweight 34.
  • Ablation of material can be performed by machining (mechanical, laser, chemical or other), by breaking detachable elements (as for example described in the document CH656044 ) or by any other appropriate method. If detachable elements are used, they can be made during the same operation as the manufacturing operation of the resonator 3.
  • the weights 34 may all have the same size and the same mass. Alternatively, to get a finer setting with a larger range, you can use weights 34 with different masses. By way of example, the weights 34 can be dimensioned into five different masses in order to correspond, respectively, to a correction of: 1 s / d, 2 s / d, 4 s / d, 8 s / d, and 16 s / day. In this way, it is possible to correct from 1 to 31 s / d by detaching a combination of appropriate elements.
  • Another way of modifying the oscillation frequency of the resonator 3 is to modify the rigidity of the vibrating elements 31, preferably by modifying their quadratic moment and / or the local rigidity of the material.
  • the figure 19 represents the oscillator 1 according to another embodiment.
  • Oscillator 1 comprises a first resonator 3 configured in a manner similar to that illustrated in FIG. figure 14 .
  • the oscillator 1 further comprises a second resonator 7.
  • the second resonator 7 has no anchor portion 4 and does not cooperate with the escapement wheel (not shown in FIG. figure 19 ).
  • the second resonator 7 is configured to be able to oscillate freely, that is to say, without being disturbed by the anchor portion 4 of the first resonator 3.
  • the second oscillator 7 can be coupled to the oscillation of the first resonator 3 of the oscillator 1 by sympathetic resonance.
  • the second oscillator 7 thus makes it possible to reduce the disturbances caused by the anchor portion 4 during the operation of the oscillator 1, for example, disturbances due to the impact of the teeth 50 of the escapement wheel 5 on the members 40 of the anchor portion 4 .
  • the transmission and the coupling of the vibrations between the first resonator 3 which cooperates with the escapement wheel 5 and the second resonator 7 can be done by means of support structures (mechanical resonance), of an ambient fluid ( acoustic resonance) or by magnetic coupling.
  • the surface of the regulating member 1 can be modified (for example by nano structuration) so as to increase the displaced wave pressure and thus promote the quality synchronization.
  • the geometry of the oscillator 1 can be modified.
  • the second free resonator 7 can be mounted under a controlled atmosphere, for example in a magnetically permeable (not shown), so as to improve the quality factor of the regulating member 1.
  • the second oscillator 7 contributes to the improvement of the quality factor of the resonator 3.
  • the oscillator 1 comprises an on / off mechanism 60 comprising a lever 61 actuated by the pull tab 62 of a time-setting mechanism and configured to stop and keep the oscillator 1 stopped, by stopping the vibrating elements 31 oscillator 1 in an unbalanced position, corresponding to one of the two extreme positions of the resonator 3 in normal operating mode (or an eccentric position with respect to the escape wheel 5) so as to provide a damping function. self-starting a watch movement.
  • the oscillator 1 is turned on in the first oscillation mode.
  • stops can be configured so as to limit the movement of the oscillator 1 along the "x", "y” and "z" axes in case significant shock.
  • the self-starting function can also advantageously be facilitated by the realization of specific geometries on the members of the anchor portion 4 of the resonator and the teeth of the escapement wheel 50, the combination of which, in addition to responding to the functions exhaust required, will promote an unstable position of the oscillator, forcing a particular movement of the two elements together from the equilibrium position of the resonator when it cooperates with any organ.
  • the Figures 21a and 21b show a detailed view of the teeth 50 of the escape wheel 5, according to one embodiment.
  • Each of the teeth 50 of the escape wheel 5 comprises an inclined plane of impulse 51 and an inclined plane 52.
  • Each of the lifts 40 also includes an inclined plane 41 but does not include a pulse plane, the top 42 of the lift 40 having rather a tip shape, the end may have a more or less pronounced round.
  • the configuration of the teeth 50 of the escape wheel 5 and the lifts 40 in this embodiment allows the lifts 40 to receive the pulses of the teeth 50, and to maintain the oscillations of the resonator 3 while advancing the wheel of exhaust 5.
  • the latter may be provided with elastic arms 53 so as to absorb the impacts of the lifts 40 on the teeth 50.
  • Oscillator 1 may comprise thermal compensation means including compensating coatings, materials with zero thermoelastic coefficient, locally modified structure materials, and finally other means similar to those used on rockers, for example bimetallic structures, or other.
  • the oscillator 1 may comprise a coating of silicon dioxide deposited on at least a portion of its surface.
  • the thermal compensation means of a regulating member 1 made of silicon may be one of the means described in the document CH699780 of the plaintiff.
  • the regulating member is made of a material of the family of glasses and the thermocompensation is obtained by coating based on aluminum oxide whose thermoelastic coefficient is of opposite sign to that of the substrate.
  • the resonator is made of a vitreous material having a first thermoelastic coefficient and the thermocompensation is obtained by locally modifying a portion of the members, so as to give this portion a second thermoelastic coefficient compensating the first, this modification is preferably obtained by irradiation.
  • the resonator 3 may be made of silicon and the thermocompensation obtained by the addition of a material having a thermoelastic coefficient of opposite sign to that of the silicon, and distributed uniformly or discontinuously at the surface and / or within the component material the vibrating elements 31.
  • thermocompensation material may be silicon dioxide (SiO 2 ).
  • the anchor portion 4 is secured to the mass element 32.
  • the anchor portion 4 is secured to the mass element 32 by any appropriate means.
  • the anchor portion 4 is made integral with the mass element 32 by bonding, welding or other means of fixing the anchor portion 4 to the mass element 32.
  • the anchor portion 4 can also be integrally formed with the mass element 32, especially during the manufacture of the resonator 1.
  • the resonator 3 does not require the addition of a separate anchor, advantageously to reduce the number of parts and the number of disruptive friction at each contact between the parts.
  • the oscillator can to be dimensioned so as to give its escape wheel a singular rotation speed.
  • the escape mobile may rotate in one second, or in integer or fractional multiples.
  • the oscillator 1 may be designed in such a way that its escapement mobile 5 cooperates with its resonator 3 in several modes, in particular with a view to pairing the resonator 3 with the escapement mobile 5.
  • figure 22 present for this purpose the resonator 3, similar to that of the figure 11 , equipped with three anchor parts 4, each comprising a member 40 disposed at the end of two adjacent mass portions 32 '(only one anchor portion 4 is completely visible).
  • such an arrangement may comprise an anchor part 4 for an internal space 11. This arrangement makes it possible to position the resonator 3 with respect to the escapement device 5 in 3 different angular positions to make it cooperate with the most appropriate anchor part 4. to achieve the desired performance.
  • figure 23 has a resonator 3 with four anchor parts 4, each anchor portion 4 being intended to cooperate with the escapement mobile 5 in four different modes.
  • the escape mobile 5 itself can be sized according to several variants that make it possible to extend the pairing to more classes of oscillators.
  • the figure 24 shows a sectional view of the oscillator 1, facing the plane passing through two members 40 of the anchor portion 4 cooperating with the escapement mobile 5, according to one embodiment.
  • the resonator 3 comprises in its height a plurality of anchor portions 4 of different geometries, but which can cooperate with the same escapement mobile 5.
  • the figure 24 representing an escape wheel having a flexible mounting plate, supported on a plurality of bearing surfaces cut in its shaft, each of these bearing surfaces carrying one or more facets or flats intended to ensure the rotational drive of the two without sliding.
  • the pinion of the escapement mobile will be mounted directly on the mobile and will be fixed, while the watchmaker can suitably move the board of the escapement mobile 5 to cooperate with the anchor portion 4 appropriate.
  • the escape wheel 5 can cooperate with anchor portion 4,40 which is placed outside the median plane of the resonator 3, the anchor portion 4,40 defining a first plane outside the median plane of the resonator.
  • the resonator 3 then comprises a second anchor portion 4,40 for each anchor portion 4,40 placed on this first plane out of the median plane, the anchor parts 4,40 being placed inversely symmetrical (to perform the same functions when the organs do not allow reversible functions).
  • the pairing is then done by reversing the mounting direction of the resonator 3 and the mobile escapement 5, the escapement mobile being advantageously mounted centered on its shaft 54.
  • the resonator 3 has several anchor parts 4 which may be different (in the case of pairing) or identical.
  • This latter variant has the advantage of being able to use the same resonator 3 to regulate several separate wheels, the oscillator 1 comprising in this case a plurality of escape wheels 5 each cooperating with a dedicated wheel.
  • each resonator 3 and in particular the geometry of the vibrating elements 31 can be modified in different ways.
  • each mass element 32 and / or each anchor portion 4 can be assimilated together as a single vibrating element or element of the oscillator.
  • the members 40 of the anchor portion 4 adapted to cooperate with the teeth 50 of the escapement wheel 5 can take different forms.
  • stops limit transverse movement in the plane P.
  • Such stops can be oriented on an axis perpendicular to the plane of the mobile exhaust, and mounted on the frame for receiving the Oscillator 1.
  • the stops can also be integrated directly into the geometry of the resonator 3, preferably to its moving part, that is to say the mass element 32 or the anchor part 4, without however excluding other solutions .
  • the regulating member and the escapement of the present invention also have an unprecedented aesthetic and they can be advantageously incorporated in a watch movement of a watch in a manner to make them visible to the wearer of the watch.
  • the regulating member and the exhaust can be mounted above or below the motor member of the movement.
  • the escape wheel may be adapted to rotate at a speed of one revolution per minute.

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Description

    Domaine technique
  • La présente invention concerne un oscillateur pour la régulation d'un mouvement horloger permettant une fréquence d'oscillation jusqu'à 5 kHz et une meilleure stabilité et précision de la marche de l'oscillateur au porter. L'oscillateur permet également un plus grand facteur de qualité Q, tout en réduisant les besoins de réglage. L'oscillateur est destiné à remplacer un oscillateur conventionnel comprenant notamment un balancier-spiral et son échappement à ancre pivotée sur son propre axe. La présente invention concerne également un mouvement horloger comprenant un tel oscillateur.
    • Etat de la technique
  • Dans un mouvement d'horlogerie, l'échappement a pour fonction de transmettre l'énergie reçue par le rouage, lui-même entraîné par le ressort-moteur, au résonateur constitué par l'ensemble balancier-spiral. Cet échappement comprend généralement une ancre indépendante oscillant autour d'un axe pivoté dans la platine. La liaison mécanique entre l'ancre et le résonateur, constituée par le plateau portant la cheville qui vient buter contre chacune des cornes de l'ancre, est relativement compliquée. En outre, l'ensemble balancier-spiral nécessite un réglage délicat. Enfin, de tels résonateurs sont généralement limités à des fréquences d'oscillation de 10Hz au plus.
  • Le document US3440815 décrit un dispositif d'échappement comprenant une ancre solidaire d'un organe vibrant où l'ancre est disposée de telle manière qu'elle oscille perpendiculairement au plan de la roue d'échappement. L'ancre est fixée par encastrement ou par soudage, à l'extrémité d'une lame vibrante encastrée par son extrémité dans un support rigide. Un diapason ou un résonateur dérivé du diapason peut être utilisé au lieu de la lame vibrante, l'une des branches portant l'ancre et l'autre branche oscillant librement tout en se synchronisant avec la première branche.
  • Le document CH442153 décrit un échappement comprenant un diapason, jouant le rôle d'un résonateur primaire, et une lame vibrante, jouant le rôle d'un résonateur secondaire, à l'extrémité de laquelle est fixée une ancre pourvue de deux palettes diamétralement opposées par rapport au centre de la roue d'échappement. Sous l'effet du choc d'une dent de la roue d'échappement contre l'une des levées, la lame oscillante oscille, l'amplitude de son oscillation permettant à l'ancre de venir frapper légèrement l'extrémité d'une des branches du diapason qui oscille à son tour à sa fréquence propre.
  • Le document WO2013045573 décrit un résonateur mécanique comprenant un oscillateur de type diapason coopérant avec une ancre montée mobile en rotation et dont les positions angulaires permettent de verrouiller et déverrouiller une roue d'échappement. Ce résonateur présente l'inconvénient que les ébats nécessaires au fonctionnement dit libre entre les organes montés sur la branche du diapason et les organes, en l'occurrence une fourchette, de l'ancre résultent en des phases de pertes à chaque alternance de l'oscillateur. Ces phases sont connues dans le domaine horloger sous le terme de chemin perdu. D'autre part, le nombre de pièces et leur réglage rendent la mise en oeuvre de ce système très délicate.
  • Dans une variante améliorée du document ci-dessus présentée dans le document EP2645189 , notamment dans la figure 11, une ancre est montée mobile sur des bras élastiques et coopère de manière conventionnelle avec un balancier pour procéder au comptage des oscillations de ce dernier. Afin de perturber les oscillations du résonateur le moins possible, notamment dans les positions verticales, la partie ancre devra être la plus légère possible. Les bras supportant l'ancre peuvent avoir un comportement de type bistable, une configuration très énergivore à chaque alternance, et qui ne permet pas d'entretenir les oscillations du balancier lorsque l'énergie reçue du rouage est inférieure à celle nécessaire pour passer d'un état bistable à l'autre.
  • Le document EP2911012 décrit un résonateur mécanique maintenu en oscillation sur des lames flexibles par une base fixe sur le mouvement, les lames flexibles autorisant les oscillations du résonateur autour d'un point de rotation virtuel. Ce document prévoit la possibilité d'équiper la partie en mouvement d'un organe ayant la fonction usuelle d'une cheville de plateau pour coopérer avec un échappement. Ainsi, la configuration de cette invention comprend toujours une ancre séparée du résonateur, ce qui ne permet pas de diminuer le nombre de pièces et le nombre de frottements perturbateurs à chaque contact entre les pièces.
    • Bref résumé de l'invention
  • La présente invention concerne un oscillateur pour la régulation d'un mouvement horloger mécanique, l'oscillateur comportant un mobile d'échappement et un résonateur constituant la base de temps de l'oscillateur; le résonateur comprenant un élément massique maintenu en oscillation par au moins deux éléments vibrants; l'élément massique comprenant au moins une partie ancre, solidaire de l'élément massique et configurée de manière à coopérer directement avec le mobile d'échappement de sorte à entretenir des oscillations du résonateur et à laisser le mobile d'échappement se déplacer à chaque alternance des oscillations; le premier résonateur comprenant en outre une base destinée à être montée fixe ou mobile sur le mouvement horloger; l'élément massique étant supporté seulement par la base par l'intermédiaire de l'élément vibrant.
  • Par mouvement mécanique, on entend tout mécanisme horloger faisant appel à mécanisme de régulation, notamment le rouage principal du mouvement horloger, mais aussi tout rouage ou module supplémentaire faisant appel à une telle régulation, qu'elle fasse appel à la même base de temps ou non, tel qu'un chronographe, un mécanisme de sonnerie comme ceux rencontrés dans les mécanismes d'alarmes ou de répétitions minutes, un rouage astronomique, sans pour autant se limiter à ces mécanismes.
  • L'oscillateur selon l'invention permet une fréquence d'oscillation élevée et une meilleure stabilité et précision de la marche de l'oscillateur au porter.
  • Dans l'oscillateur de l'invention, la partie ancre est solidaire de l'élément massique. Par rapport aux oscillateurs conventionnels, l'oscillateur de l'invention comprend donc un faible encombrement et nécessite un nombre de pièces inférieur, notamment en comparaison avec un oscillateur muni d'un balancier-spiral conventionnel, d'une ancre et d'un mobile d'échappement.
    • Brève description des figures
  • Des exemples de mise en oeuvre de l'invention sont indiqués dans la description illustrée par les figures annexées dans lesquelles:
    • la figure 1 représente une vue en perspective d'un oscillateur comprenant un résonateur comportant des éléments vibrants, selon un mode de réalisation;
    • la figure 2 montre le résonateur, selon un mode de réalisation;
    • la figure 3 montre le résonateur, selon un autre mode de réalisation;
    • la figure 4 illustre le résonateur, selon encore une autre forme d'exécution;
    • la figure 5 illustre schématiquement différentes morphologies des éléments vibrants;
    • la figure 6 représente le résonateur avec des éléments vibrants, selon un mode de réalisation;
    • la figure 7 représente le résonateur avec des éléments vibrants, selon un autre mode de réalisation;
    • les figures 8, 9a, 10 et 11 représentent le résonateur avec des éléments vibrants, selon divers modes de réalisation;
    • la figure 9b illustre le résonateur coopérant avec une roue d'échappement, selon un mode de réalisation;
    • la figure 10 montre l'oscillateur, selon un autre mode de réalisation;
    • la figure 11 montre un détail du résonateur de l'oscillateur de la figure 10;
    • les figures 12a à 12d, illustrent l'oscillateur, selon d'autres modes de réalisation;
    • la figure 13 représente encore une autre configuration de l'oscillateur;
    • la figure 14 représente l'oscillateur, selon un autre mode de réalisation;
    • les figures 15a et 15b montrent une vue du dessous de l'oscillateur de la figure 14;
    • la figure 16 représente l'oscillateur, selon un autre mode de réalisation;
    • les figures 17a et 17b montrent une vue du côté de l'oscillateur de la figure 16;
    • les figures 18a et 18b, illustre l'oscillateur, selon d'autres mode de réalisation;
    • la figure 19 représente l'oscillateur, selon encore un autre mode d'exécution;
    • la figure 20 illustre un mécanisme marche/arrêt pour l'oscillateur, selon un mode d'exécution;
    • les figures 21a et 21b représentent une vue de détail de dents de d'une roue d'échappement de l'oscillateur, selon un mode de réalisation;
    • les figures 22 et 23 montrent le résonateur, selon d'autres mode de réalisation; et
    • la figure 24 représente une vue en coupe de l'oscillateur, selon un mode de réalisation.
    Exemple(s) de mode de réalisation
  • La figure 1 représente une vue en perspective d'un oscillateur 1 selon un mode de réalisation. L'oscillateur 1 comporte un mobile d'échappement 5 et un résonateur 3 constituant la base de temps de l'oscillateur. Le résonateur 3 comprend un élément massique 32 maintenu en oscillation par au moins deux éléments vibrants 31. L'élément massique 32 comprend une partie ancre 4 configurée de manière à coopérer directement avec le mobile d'échappement 5 de sorte à entretenir des oscillations du premier résonateur 3 et à laisser le mobile d'échappement 5 se déplacer à chaque alternance des oscillations.
  • En particulier, le résonateur 3 est formé de trois éléments vibrants 31 s'étendant radialement à partir d'un centre 12 dans un plan P. Pour la suite de la description, on adoptera à titre non limitatif des orientations transversale "x" et longitudinale "y", définissant le plan de référence P dans lequel s'étend l'oscillateur 1, ainsi qu'un axe "z" perpendiculaire aux orientations longitudinale et transversale, telles que représentées par le système de coordonnées figurant dans les figures.
  • Les éléments vibrants 31 sont espacés angulairement d'environ 120° les uns des autres. Chacun des éléments vibrants 31 est fixé à son extrémité proximale (proche du centre 12) à une base 2 destinée à être montée sur une platine 10 ou toute autre partie fixe d'un mouvement horloger ou sur un bâti intermédiaire monté lui-même sur ledit mouvement horloger. L'extrémité distale 35 de chacun des éléments vibrants 31 est fixée à l'élément massique 32. Chacun des éléments vibrants 31 peut donc vibrer, ou osciller, librement entre son extrémité distale et proximale. De façon générale, et indépendamment de l'arrangement des éléments vibrants 31, l'élément massique 32 est supporté seulement par la base 2 par l'intermédiaire de l'élément vibrant 31.
  • Selon une forme d'exécution, des moyens de montage 20 peuvent être prévus dans la base 2 de manière à fixer la base 2 à un bâti 10. Le bâti 10 peut comprendre une cage comme illustrée à la figure 12. Le bâti 10 est destiné à être monté fixe ou mobile sur un mouvement horloger (non représenté). Alternativement, la base 2 est montée directement sur le mouvement horloger, par exemple sur une platine ou un pont.
  • Le bâti 10 à l'avantage de faciliter le montage, le démontage, le réglage ainsi que les opérations dédiées dans le cadre du service après-vente de l'oscillateur 1. Le bâti 10 peut prendre la forme d'une cage (comme dans la figure 1) ou d'une capsule. Le bâti 10 peut être monté et réglé sur une partie du mouvement, par exemple la platine, afin de coopérer avec le rouage dont il assure la régulation. Toujours selon la forme d'exécution montrée à la figure 1, le mobile d'échappement est une roue d'échappement 5 montée pivotante autour d'un arbre 54, lui-même monté dans un pont 21 fixe avec la base 2. Le pont peut comprendre un pont supérieur 21 et un pont inférieur 21'.
  • La figure 2 montre un autre exemple du résonateur 3 dans lequel les éléments vibrants 31 ne sont pas représentés. Dans cet exemple, la base 2 s'étend pour former le pont inférieur 21' dans lequel le pivot inférieur de l'arbre 54 peut être monté.
  • La figure 3 montre un autre exemple dans lequel la base 2 du résonateur 3 s'étend pour former le pont inférieur 21' qui comprend une pierre de guidage 55 pour recevoir le pivot inférieur de l'arbre 54.
  • Les pivots de l'arbre 54 peuvent donc être montés directement (figure 2) ou par l'intermédiaire d'une pierre de guidage 55 (figure 3). Dans les exemples des figures 2 et 3, les ponts 21, 21' peuvent donc être vu comme des éléments du bâti 10 qui font partie du résonateur 3. D'autre part, le bâti peut également comprendre la base 2 du résonateur 3 qui s'étend dans le plan P de manière à recevoir le résonateur 3 et l'un des pivots de l'arbre 54 du mobile d'échappement 5. Autrement dit, le bâti 10 dans lequel est monté l'oscillateur 1 selon l'invention peut être partiellement intégré au résonateur 3. Encore dans les exemples montrés aux figures 15 et 13, l'un des pivots de l'arbre 54 du mobile d'échappement 5 peut être monté sur le pont 21', tandis que l'autre pivot est maintenu dans la partie du bâti 10 qui sera assemblée sur le mouvement horloger.
  • L'élément massique 32 comporte trois portions de l'élément massique 32' s'étendant également radialement à partir de la base 2, centrée sur le centre 12, dans plan P. Les portions 32' sont espacées angulairement d'environ 120° les uns des autres. Dans une telle configuration, l'élément massique 32 est fixé à la base 2, et donc à une partie fixe du mouvement lorsque l'oscillateur 1 est monté dans le mouvement, que par l'intermédiaire du résonateur 3, ici des éléments vibrants 31. Lorsqu'ils oscillent, les éléments vibrants 31 entraînent donc l'élément massique 32 également en oscillation.
  • Dans l'exemple de la figure 1, les trois portions 32' de l'élément massique 32 sont constituées d'une structure ajourée dite squelettique. Cette structure squelettique comporte une multitude d'évidements 36. La masse, ou l'inertie, de l'élément massique 32 est donc principalement déterminée par la paroi 33 des portions 32'. Chacun des éléments vibrants 31 peut être logé à l'intérieur de chacun des portions 32', par exemple dans un logement 38 formée dans la paroi 33 comme illustré dans la figure 1. Chacun des éléments vibrants 31 comprend une lame vibrante.
  • La partie ancre 4 est constitué par l'arc de cercle formé entre les deux portions adjacentes 32' et par un organe 40 porté par chacune des portions adjacentes 32'. Dans cette configuration, le mobile d'échappement 5 vient se loger dans un espace intérieur 11 délimité par la partie ancre 4 de manière à coopérer avec la partie ancre 4.
  • En fonctionnement, l'oscillation des éléments vibrants 31 entraîne en oscillation les portions 32' ainsi que la partie ancre 4 comportant les organes 40. Les éléments vibrants 31, les portions 32' et la partie ancre 4 oscillent dans un même plan P autour du centre 12. Les organes 40 de la partie ancre 4 coopèrent avec les dents 50 de la roue d'échappement 5 de sorte à entretenir des oscillations du résonateur 3 et à faire avancer la roue d'échappement 5 d'une dent 50 à chaque alternance des oscillations. En particulier, les organes 40 reçoivent de façon alternée des impulsions des dents 50 de la roue d'échappement 5, de manière à alternativement verrouiller et libérer la roue d'échappement 5 et à entretenir les oscillations périodiques du résonateur 3. L'oscillateur 1 permet donc l'échappement successif de dents 50 de telle manière que la roue d'échappement 5 avance dans un mouvement de va-et-vient de la partie ancre 4. Le mobile d'échappement 5 pivote dans le même plan P que celui dans lequel oscillent le premier résonateur 3 et la partie ancre 4.
  • La figure 4 illustre le résonateur 3 selon une autre forme d'exécution dans laquelle les organes 40 sont disposés aux extrémités des portions 32'. Chacune des portions 32' comprend les organes 40 de sorte que, dans cette configuration, le mobile d'échappement 5 peut être monté dans l'une ou l'autre des espaces intérieurs 11 délimité par chacune des parties ancre 4 entre chacune des deux portions 32' adjacentes.
  • De manière générale, les éléments vibrants 31 du résonateur 3 peuvent prendre diverses formes y compris la forme d'une poutre, d'une lame vibrante ou toute autre forme favorisant la résonance à des fréquences comprises dans une plage désirée de 10 Hz à 5000 Hz, avec un facteur de qualité élevé, et répondant aux contraintes d'encombrement requises pour l'application.
  • Tel qu'illustré schématiquement à la figure 5, les éléments vibrants 31 peuvent être constitués de manière à limiter les contraintes, notamment à leurs extrémités (proximale et distale). On pourra pour ceci faire appel à des poutres à charges réparties (figure 5b), à des éléments vibrants multi-lames (figures 5a et 5d), ou encore en modifiant la section locale d'une poutre en procédant à des ouvertures locales (figure 5e), des perçages par exemple. On peut encore allonger la longueur active de lame sans augmenter la longueur de l'organe vibrant en réalisant des structures de type « serpentin » (figure 5c), qui permettent de réduire les charges de manière très significative. Enfin, on peut diminuer les risques de ruptures aux encastrements en adoucissant les angles vifs, qui représentent en général des amorces de rupture ou de fatigue.
  • D'autre part, nous connaissons des phénomènes vibratoires l'existence de noeuds le long des structures vibrantes et dont l'espacement est une fonction directe de la fréquence de résonance. Nous pouvons ainsi faire varier la section le long de la lame (figure 5b) de sorte à favoriser certaines fréquences et/ou éloigner les harmoniques et ainsi maximiser l'énergie et le facteur de qualité du résonateur. Il est évident qu'une combinaison de plusieurs des moyens cités précédemment pourra aussi être envisagée afin d'en combiner les avantages.
  • A titre illustratif, mais sans être limitatif, dans le cas d'un résonateur de masse M (exprimée en g) et comportant plusieurs éléments vibrants 31 formés de poutres simples de raideur k (exprimée en mN.m/rad) et caractérisés par une hauteur h et une épaisseur e, un rapport k/M compris entre 0.1 et 1.0 et un rapport h/e compris entre 3 et 20 donnent des résultats particulièrement satisfaisants.
  • Par exemple, dans l'exemple de la figure 1, les éléments vibrants 31 sont des lames. Selon une autre forme d'exécution montrée aux figures 6 et 7, chacun des éléments vibrants 31 comprend une lame comportant une portion repliée 31', par exemple de type méandre ou serpentin. Dans l'exemple de la figure 6, la portion repliée 31' comprend des plis orientés dans le sens radial tandis que dans l'exemple de la figure 7, la portion repliée 31' comprend des plis orientés dans le sens angulaire par rapport au centre 12.
  • D'autres exemples de résonateurs 3 sont présentés dans les figures 8, 9a, 9b, 10 et 11. Selon la forme d'exécution montrée aux figures 8 et 9a, l'élément massique 32 comprend deux portions 32' diamétralement opposées. Chacune des portions 32' comporte deux éléments vibrants 31 sous la forme d'une lame simple dans la figure 8 et comportant une portion repliée 31' dans la figure 9a.
  • La figure 9b montre le résonateur coopérant avec une roue d'échappement 5 par l'intermédiaire de deux organes 40 de partie ancre. La roue d'échappement 5 est montée dans le pont 21 solidaire du résonateur 3.
  • La figure 10 montre de l'oscillateur 1 selon un autre mode de réalisation dans lequel l'élément massique 32 du résonateur 3 comprend quatre portions 32' espacés angulairement d'environ 90° les uns des autres, chacun des portions comprenant un élément vibrant 31. Le résonateur est montré coopérant avec une roue d'échappement 5 par l'intermédiaire de deux organes 40 de partie ancre. Le résonateur 3 est monté sur un bâti 10 comprenant une partie supérieure 14 formant une cage pour l'oscillateur 1. La figure 11 montre un détail du résonateur de l'oscillateur de la figure 10 dans lequel les éléments vibrants 31 ne sont pas représentés.
  • Encore selon un autre mode de réalisation illustré aux figures 12a à 12d, le résonateur comprend un élément massique 32 a une forme sensiblement annulaire 32. La partie ancre 4 comprend deux organes 40 fixée sur l'élément massique 32. Le mobile (roue) d'échappement 5 est monté pivotant dans un plan parallèle P' au plan P dans lequel oscille le premier résonateur 3, au-dessous du résonateur 3 dans l'exemple illustré. Les organes 40 de la partie ancre 4 sont donc arrangées de manière à coopérer avec les dents 50 du mobile d'échappement 5 situé dans le plan inférieur P', par exemple en s'étendant vers le bas, axialement par rapport à l'élément massique 32. En fonctionnement, le mobile d'échappement 5 pivote dans le plan parallèle P' au plan P d'oscillation de l'élément massique 32a.
  • Dans l'exemple de la figure 12a, les éléments vibrants 31 ont une forme en arc de cercle. La figure 12b montre le résonateur de la figure 12a comprenant deux paires d'éléments vibrants 31, chacune paire comprenant deux éléments vibrants 31 en arc de cercle se faisant face résultant dans une forme cylindrique. La figure 12c montre le résonateur de la figure 12a comprenant trois paires d'éléments vibrants 31 selon la figure 12b. La figure 12d montre le résonateur de la figure 12a dans lequel chacun des éléments vibrants 31 comprend deux lames 31' parallèles disposées radialement. Le résonateur 3 comporte des segments 39 arrangés concentriques avec la serge 32a mais de diamètre inférieur à celle-ci. Lors de l'oscillation du résonateur 3, les segments 39 viennent presser contre l'une des lames 31', selon le sens de pivotement du résonateur 3. La force de rappel de la lame 31' pousse les segments 39 dans la direction inverse, permettant l'oscillation du résonateur 3.
  • Dans les différentes formes de réalisation de l'oscillateur 1 décrit jusqu'ici, l'élément massique 32 du résonateur 3 est entraîné en oscillation selon un mouvement rotatif, autrement dit, selon un mouvement de pivotement autour de son centre 12.
  • Un avantage de ces configurations où le résonateur 3 est entraîné en oscillation selon un mouvement rotatif comprend le maintien des écarts de marche entre les différentes positions de l'oscillateur 1 dans le champ gravitationnel ou lors de chocs.
  • La figure 13 représente une autre configuration de l'oscillateur 1, dans laquelle l'élément massique 32 comporte deux portions 32' s'étendant généralement dans un même plan P en arc de cercle par rapport à un centre 12. La roue d'échappement 5 est disposée dans l'espace intérieur 11 délimité par les portions massiques 32', chacun portant un organe 40 de la partie ancre 4. Le mobile d'échappement 5 est monté pivotant autour du centre 12 de manière à ce qu'une denture (non représentée) de la roue d'échappement 5 vienne en coopération avec les organes 40. La roue d'échappement 5 est dans le même plan P que la roue d'échappement 5, cette dernière étant concentrique avec un cercle inscrit par les portions massiques 32'. L'élément vibrant 31 comprend des lames 31' disposées en étoile (ici trois lames angulairement espacées d'environ 120°) et fixées à une extrémité proximale à la base 2 ayant la forme d'un arc de cercle. L'extrémité distale 35 des lames 31' est fixée à l'élément massique 32 par l'intermédiaire d'un pied 9. En fonctionnement, l'oscillation des lames 31' donne un mouvement d'oscillation dans le plan P comme indiqué par la flèche 90 dans la figue 13.
  • La superposition du centre de giration et du centre de masse du résonateur 3 de l'oscillateur 1 de la figure 13 minimise encore la sensibilité du système aux accélérations auxquelles il pourrait être soumis.
  • L'oscillateur 1 de l'invention peut cependant également inclure un résonateur où l'élément massique 32 est maintenable en oscillation selon un mouvement de translation.
  • Un tel mode de réalisation est illustré à la figure 14, le résonateur comprend un élément vibrant 31 formé de deux lames 31' fixé à la base 2 à leur extrémité proximale. Chacune des deux lames 31' porte, à leur extrémité distale 35, une portion massique 32' comprenant un organe 40 d'une partie ancre 4. Une roue d'échappement 5 est placée entre les deux portions massiques 32' de manière à coopérer avec les organes 40. Les éléments vibrants 31 oscillent à partir de leur extrémité proximale, entraînant en translation dans un mouvement de va-et-vient les deux portions massiques 32'. En particulier, les organes 40 reçoivent de façon alternée des impulsions des dents (non illustrées) de la roue d'échappement 5, de manière à alternativement verrouiller et libérer la roue d'échappement 5 et à entretenir les oscillations périodiques du résonateur 3.
  • Le rendement du résonateur 3 peut être perturbé par des éléments vibrants 31 résonant à des fréquences différentes. Le rendement du résonateur 3 peut également être perturbé par la mise en résonance des éléments vibrants 31 qui sont fixés à l'une de leur extrémités à la même base 2 et à l'autre extrémité au même élément massique 32, et qui oscilleraient avec des amplitudes différentes. Il est donc avantageux que les éléments vibrants 31 résonnent sensiblement à une amplitude (radiale ou transversale) qui est sensiblement la même.
  • Dans l'exemple de la figure 14, les deux portions massiques 32' sont reliées rigidement, de sorte que les lames 31' et les portions massiques 32' oscillent sensiblement à la même fréquence et selon la même amplitude.
  • Les éléments vibrants 31 oscillant sensiblement à la même fréquence permettent d'assurer toute perte due à des mouvements asynchrones de l'un ou l'autre des éléments vibrants 31. Ainsi, il est essentiel pour obtenir le meilleur facteur de qualité que l'ensemble des organes vibrant résonne à la même fréquence.
  • Bien que la plupart des procédés de fabrication pouvant être utilisés pour la fabrication de l'oscillateur 1 permettent en principe d'assurer une parfaite réplication des géométries des éléments vibrants 31, l'utilisation d'un matériau à structure anisotrope, tel que certains siliciums monocristallins à orientation de type {001}, ne permettra pas une parfaite réplication dimensionnelle. Dans ce cas, des corrections de géométrie pourront permettre, dans le cas d'une configuration à un nombre d'éléments vibrants répartis de telle manière qu'ils ne sont pas tous dans le même axe cristallographique, de compenser la variation dimensionnelle et d'assurer une fréquence de résonance unique de l'ensemble des éléments vibrants.
  • Dans le cas d'un résonateur 1 réalisé dans un matériau à structure au moins partiellement pâteuse telle que certains verres, on pourra faire appel à la modification structurale de la matière de manière locale en l'exposant par irradiation par un laser femtoseconde.
  • L'oscillateur 1 de l'invention est particulièrement destiné à des fréquences élevées pouvant aller de 10Hz à 5'000Hz, la plage de fréquences idéale étant comprise entre 10Hz et 400Hz.
  • Les figures 15a et 15b montrent une vue du dessous de l'oscillateur 1 de la figure 14, illustrant les mouvements en translation en va-et-vient de l'élément massique 32 avec chacun des organes 40 de la partie ancre 4 venant en prise avec la denture de la roue d'échappement 5 ou la dégageant.
  • Encore dans un autre mode de réalisation montré à la figure 16, l'oscillateur 1 comprend un mobile d'échappement 5 qui pivote dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan P dans lequel oscillent le premier résonateur 3, l'élément massique 32 et partie ancre 4.
  • En particulier, le résonateur 3 comprend deux lames 31' oscillant en torsion autour d'un axe 91 dans le plan P. L'extrémité distale 35 de chacune des lames 31' est fixée à l'élément massique 32 ayant la forme d'une serge. Les organes 40 de la partie ancre 4 sont fixées, par exemple, sur le pourtour intérieur de l'élément massique 32. Le mobile d'échappement 5 peut être logé à l'intérieur de l'élément massique 32 se manière à coopérer avec les organes 40 de la partie ancre 4. Dans cette configuration, l'élément vibrant formé des deux lames 31' et l'élément massique 32 oscillent comme un pendule de torsion. Les lames 31' peuvent être constituées de lames doubles excitées à des fréquences dont les modes sont asymétriques et hors du plan P.
  • Les figures 17a et 17b montrent une vue du côté de l'oscillateur 1 de la figure 16, illustrant les mouvements en oscillation autour de l'axe 91, confondu à l'axe Y, de l'élément massique 32 avec chacune des organes 40 de la partie ancre 4 venant en prise avec la denture de la roue d'échappement 5 ou la dégageant.
  • Alors qu'une partie ancre 4 munie de deux organes 40 permet de laisser une dent 50 à chaque alternance, il est aussi possible d'équiper la partie ancre 4 d'un plus grand nombre de organes 40, et en variant l'espacement entre les organes 40, de sorte que la roue d'échappement 5 avance à une vitesse différente.
  • Selon un mode de réalisation illustré aux figures 18a et 18b, chaque partie ancre 4 est muni de quatre organes 40 au lieu de deux, répartis de telle manière qu'un seul organe 40 sur les quatre coopère avec une dent 50 de la roue d'échappement 5 à chaque oscillation. Une telle configuration permet d'obtenir une avance d'une demi-dent par alternance, soit une avance d'une dent pour deux alternances.
  • De la même manière, la fréquence de rotation peut encore être diminuée par l'adjonction de plus de deux organes 40 par partie ancre 4, 4'. Dans ce cas, il est aisé de modifier les fonctions des organes 40, de sorte que certains participent uniquement au dégagement de la roue 5 tandis que d'autres participent au dégagement et à l'impulsion, soit l'entretien du résonateur 3, obtenant ainsi un échappement dit à coups perdus, dont le rendement est généralement supérieur, comme c'est le cas des échappements à détente.
  • Il est aussi évident que de telles variantes d'échappement pourraient tout aussi bien s'appliquer, avec les adaptations nécessaires, à tout autre type d'échappement que ceux présentés aux figures 1 et 18, comme par exemple et sans être limitatif, à des échappements à ancre, à détente, à cylindre ou de type tangentiel ou des échappements sans contact, comme des échappements magnétiques.
  • L'oscillateur 1 peut être réalisé à partir d'un procédé ou d'une combinaison de procédés de microfabrication soustractive et/ou additive, à partir d'un seul substrat d'un matériau de préférence amagnétique ou de matériaux de base combinés entre eux et dont le matériau final sera de préférence amagnétique. Les matériaux choisis peuvent être de type métallique ou non métallique, ou une combinaison des deux.
  • Les matériaux amagnétiques métalliques comprennent des matériaux au moins partiellement métalliques tels que les alliages métalliques, les composites comprenant au moins un métal ainsi que les alliages métalliques au moins partiellement amorphes.
  • Les matériaux amagnétiques non métalliques choisis comprennent les verres (dont le quartz), les céramiques, les vitrocéramiques, les métalloïdes, comme par exemple le silicium, ainsi que les composites non métalliques.
  • De manière préférentielle, l'oscillateur 1 est réalisé à partir d'un seul substrat, de préférence un substrat de verre, de céramique, de vitrocéramique ou de silicium, ce dernier étant de préférence choisi sous la forme d'un wafer ou sous la forme d'un substrat qui se prête à des opérations de microfabrication à haut degré de précision et/ou de répétabilité telles que le DRIE ou la microfabrication par attaque sélective dans le volume, connue sous l'appellation ISLE (In Volume Selective Etching), et qui combine une irradiation par laser femtoseconde et une attaque chimique, et se prête particulièrement à certaines familles de verres.
  • Certains matériaux non métalliques étant plus fragiles, on peut avoir recours à un recouvrement au moins partiel de la surface du composant fini par une couche d'un matériau protecteur, comme par exemple le diamant, qui offre une couche dure protectrice et présentant de plus des propriétés tribologiques avantageuses. Le diamant est utilisé notamment pour le recouvrement de certains composants en silicium.
  • Avantageusement, la fréquence de l'oscillateur 1 peut être contrôlée en variant les dimensions des éléments vibrants 31 et/ou les dimensions de l'élément massique 32.
  • La fréquence d'oscillation des différents modes d'oscillation dépend de la géométrie de l'oscillateur 1 et peut être ajustée en modifiant le moment d'inertie de l'élément massique 32. A cette fin, mais aussi afin de modifier le rapport entre son inertie et son encombrement, et selon la nature du substrat utilisé pour la réalisation du résonateur 3, il peut être nécessaire de modifier l'inertie du résonateur, et plus particulièrement de son élément massique 32.
  • Un moment d'inertie plus élevé de l'élément massique 32 résulte dans une fréquence d'oscillation plus basse de l'oscillateur 1 et une durée d'oscillation plus longue (amortissement moins rapide des oscillations).
  • Le moment d'inertie de l'élément massique 32 peut être modifié an ajoutant ou enlevant des masselottes sur l'élément massique 32. En revenant à la figure 1, de telles masselottes 34 sont logées dans les évidements 36. La ou les masselottes 34 peuvent être ajoutées et détachées de l'élément massique 32 de manière à pouvoir modifier le moment d'inertie de l'élément massique 32. La ou les masselottes 34 permettent de modifier le moment d'inertie de l'élément massique 32 et donc du résonateur 3, sans augmenter sensiblement l'encombrement de l'oscillateur 1.
  • Ainsi, il est possible de faire appel à des masselottes 34 rapportées qui peuvent être assemblées par des moyens adaptés aux matériaux choisis et tolérances de positionnement et dimensionnement requises. Les masselottes 34 peuvent être jointes à l'élément massique 32 par des procédés de collage, brasage, soudage ou encore bonding, après avoir recouvert le substrat, le cas échéant, d'une couche adéquate, ou en avoir traité sa surface pour optimiser l'adhésion, voire favoriser une diffusion partielle.
  • Il est également possible de modifier le moment d'inertie de du résonateur 3 en faisant croître de la matière, par exemple par croissance galvanique, par frittage ou d'autres procédés additifs applicables à des microcomposants, sur une ou plusieurs des faces du résonateur 3 (par exemple, de l'élément massique 32). Il est également possible de faire appel à des procédés mécaniques d'assemblage tels le vissage, le sertissage ou rivage, le goupillage ou encore le montage dans une structure élastique, par serrage.
  • La masselotte 34 est avantageusement fabriquée dans un matériau ayant une densité supérieure à celui utilisé pour le reste du résonateur 3. Par exemple, la masselotte 34 peut être fabriquée en or ou en tout autre métal ou alliage dense. Selon la quantité d'inertie à modifier, il peut aussi être fait appel à des masselottes de densité égale, voire inférieure, à celle du matériau du résonateur, la finesse d'ajustement étant alors améliorée.
  • Si les masselottes 34 requises ont la même densité que celle du matériau de base, on pourra les réaliser dans la même matière, voire en une seule pièce, tout en les considérant tout de même comme des masselottes, dans la mesure où leur dimensionnement sera choisi pour remplir la fonction précitée.
  • Afin d'ajuster la fréquence après fabrication du résonateur 3, notamment pour l'appairer au mécanisme avec lequel il coopère, comme par exemple le mouvement horloger dont il assure la régulation, il est possible de modifier l'inertie de l'élément massique 32 et/ou des masselottes 34. En particulier, la fréquence peut être augmentée par ablation de matière sur l'élément massique 32 et/ou la masselotte 34.
  • L'ablation de matière peut être réalisée par usinage (mécanique, laser, chimique ou autre), par rupture d'éléments détachables (comme par exemple décrit dans le document CH656044 ) ou par tout autre procédé approprié. Si des éléments détachables sont utilisés, ils peuvent être réalisés lors de la même opération que l'opération de fabrication du résonateur 3.
  • Les masselottes 34 peuvent avoir toutes la même taille et la même masse. Alternativement, pour obtenir un réglage plus fin avec une plage plus grande, on peut utiliser des masselottes 34 avec des masses différentes. A titre d'exemple, les masselottes 34 peuvent être dimensionnés en cinq masses différentes afin de correspondre, respectivement, à une correction de : 1 s/j, 2 s/j, 4 s/j, 8 s/j, et 16 s/j. De cette façon, il est possible à corriger de 1 à 31 s/j en détachant une combinaison d'éléments appropriés.
  • Une autre manière de modifier la fréquence des oscillations du résonateur 3 consiste à modifier la rigidité des éléments vibrants 31, de préférence en modifiant leur moment quadratique et/ou la rigidité locale du matériau.
  • La figure 19 représente l'oscillateur 1 selon un autre mode d'exécution. L'oscillateur 1 comprend un premier résonateur 3 configuré de manière semblable à celle illustrée à la figure 14. L'oscillateur 1 comprend en outre un second résonateur 7. Le second résonateur 7 ne comporte pas de partie ancre 4 et ne coopère pas avec le mobile d'échappement (non représenté à la figure 19). Le second résonateur 7 est configuré pour pouvoir osciller librement, c'est-à-dire, sans être perturbé par la partie ancre 4 du premier résonateur 3.
  • Le second oscillateur 7 peut être accouplé à l'oscillation du premier résonateur 3 de l'oscillateur 1 par résonance sympathique. Le second oscillateur 7 permet ainsi de réduire les perturbations causées par partie ancre 4 pendant le fonctionnement de l'oscillateur 1, par exemple, des perturbations dues aux chocs des dents 50 du mobile d'échappement 5 sur les organes 40 de la partie ancre 4.
  • La transmission et l'accouplage des vibrations entre le premier résonateur 3 qui coopère avec le mobile d'échappement 5 et le second résonateur 7, peut se faire par l'intermédiaire de structures de support (résonance mécanique), d'un fluide ambiant (résonance acoustique) ou par couplage magnétique. Dans le cas d'un couplage par l'intermédiaire d'un fluide ambiant, la surface de l'organe réglant 1 peut être modifiée (par exemple par nano structuration) de manière à augmenter la pression d'ondes déplacées et ainsi favoriser la qualité de la synchronisation. De façon alternative ou en combinaison, la géométrie de l'oscillateur 1 peut être modifiée. Dans le cas d'un couplage magnétique, le second résonateur libre 7 peut être monté sous une atmosphère contrôlée, par exemple dans une capsule magnétiquement perméable (non représentée), de manière à améliorer le facteur de qualité de l'organe réglant 1. De manière générale, le second oscillateur 7 contribue à l'amélioration du facteur de qualité du résonateur 3.
  • Dans un mode de réalisation illustré à la figure 20, l'oscillateur 1 comporte un mécanisme marche/arrêt 60 comprenant un levier 61 actionné par la tirette 62 d'un mécanisme de mise à l'heure et configuré pour arrêter et maintenir en arrêt l'oscillateur 1, en arrêtant les éléments vibrants 31 de l'oscillateur 1 dans une position de déséquilibre, correspondant à l'une des deux positions extrêmes du résonateur 3 en mode de fonctionnement normal (voire une position excentrée par rapport à la roue d'échappement 5) de façon à assurer une fonction d'auto-démarrage d'un mouvement horloger. De façon préférée, l'oscillateur 1 est mis en marche dans le premier mode d'oscillation. Afin d'éviter des déplacements excessifs du résonateur en cas de choc, des butées (non représentées) peuvent être configurées de manière à limiter le mouvement de l'oscillateur 1 selon les axes "x", "y" et "z" en cas de choc important.
  • La fonction d'auto-démarrage pourra aussi de manière avantageuse être facilitée par la réalisation de géométries spécifiques sur les organes de la partie ancre 4 du résonateur et des dents du mobile d'échappement 50, dont la combinaison, en plus de répondre aux fonctions d'échappement requises, permettra de favoriser une position instable de l'oscillateur, en forçant notamment un déplacement des deux éléments entre eux à partir de la position d'équilibre du résonateur lorsqu'il ne coopère avec aucun organe.
  • Les figures 21a et 21b représentent une vue de détail des dents 50 de la roue d'échappement 5, selon un mode de réalisation. Chacune des dents 50 de la roue d'échappement 5 comprend un plan d'impulsion 51 et un plan de repos 52 inclinés. Chacune des levées 40 comprend également un plan de repos 41 incliné mais ne comprend pas de plan d'impulsion, le sommet 42 de la levée 40 ayant plutôt une forme de pointe, dont l'extrémité pourra présenter un arrondi plus ou moins prononcé. La configuration des dents 50 de la roue d'échappement 5 et des levées 40 dans ce mode de réalisation permet aux levées 40 de recevoir les impulsions des dents 50, et d'entretenir les oscillations du résonateur 3 tout en faisant avancer la roue d'échappement 5.
  • De manière à limiter de possibles rebonds des levées 40 lors de l'impulsion sur les dents 50 de la roue d'échappement 5, cette dernière peut être pourvue de bras 53 élastiques de manière à absorber les chocs des levées 40 sur les dents 50.
  • L'oscillateur 1 peut comprendre des moyens de compensation thermique incluant des revêtements compensateurs, des matières à coefficient thermoélastique nul, des matières à structure localement modifiées, et enfin des autres moyens analogues à ceux utilisés sur les balanciers, par exemple des structures bimétalliques, ou autres.
  • Par exemple, si l'oscillateur 1 est fabriqué en silicium, il peut comprendre un revêtement en dioxyde de silicium déposé sur au moins une partie de sa surface. Alternativement, les moyens de compensation thermique d'un organe réglant 1 en silicium peuvent être un des moyens décrits dans le document CH699780 de la demanderesse.
  • Dans une autre exécution, l'organe réglant est fabriqué dans un matériau de la famille des verres et la thermocompensation est obtenue par revêtement à base d'oxyde d'aluminium dont le coefficient thermoélastique est de signe opposé à celui du substrat.
  • Dans une autre exécution encore, le résonateur est réalisé dans un matériau vitreux ayant un premier coefficient thermoélastique et la thermocompensation est obtenue par modification locale d'une portion des organes, de sorte à donner à cette portion un second coefficient thermoélastique compensant le premier, cette modification étant de préférence obtenue par irradiation.
  • Le résonateur 3 peut être réalisé en silicium et la thermocompensation obtenue par l'apport d'un matériau présentant un coefficient thermoélastique de signe opposé à celui du silicium, et répartie de manière uniforme ou discontinue en surface et/ou au sein de la matière composant les éléments vibrants 31.
  • Le matériau de thermocompensation peut être un dioxyde de silicium (SiO2).
  • Dans le résonateur 3 décrit ici, la partie ancre 4 est solidarisée avec l'élément massique 32. La partie ancre 4 est rendue solidaire avec l'élément massique 32 par tout moyen approprié. Par exemple, la partie ancre 4 est rendue solidaire avec l'élément massique 32 par collage, soudage ou un autre moyen de fixation de la partie ancre 4 sur l'élément massique 32. La partie ancre 4 peut également être formée intégrale avec l'élément massique 32, notamment lors de la fabrication du résonateur 1. Le résonateur 3 ne nécessite donc pas l'ajout d'une ancre séparée, permettant avantageusement de diminuer le nombre de pièces et le nombre de frottements perturbateurs à chaque contact entre les pièces.
  • Afin de réduire le nombre de pièces dans le rouage et/ou de simplifier ses nombrages, qui déterminent les rapports de vitesses entre les mobiles du rouage du mouvement avec lequel il coopère, pour par exemple afficher des informations de périodes spécifiques, l'oscillateur peut être dimensionné de manière à conférer à son mobile d'échappement une vitesse de rotation singulière. Par exemple, le mobile d'échappement peut effectuer une rotation en une seconde, ou en des multiples entiers ou fractionnels.
  • L'oscillateur 1 peut être conçu de telle manière que son mobile d'échappement 5 coopère avec son résonateur 3 selon plusieurs modes, notamment en vue de procéder à un appairage entre résonateur 3 et le mobile d'échappement 5. La figure 22 présente à cet effet le résonateur 3, semblable à celui de la figure 11, équipé de trois parties ancre 4, chaque comprenant un organe 40 disposé à l'extrémité de deux portions massiques 32' adjacentes (une seule partie ancre 4 est visible complètement). Par exemple, un tel arrangement peut comprendre une partie ancre 4 par espace intérieur 11. Cet arrangement permet de positionner le résonateur 3 par rapport au mobile d'échappement 5 selon 3 positions angulaires différentes pour le faire coopérer avec la partie ancre 4 la plus appropriée pour atteindre les performances désirées.
  • De la même manière, la figure 23 présente un résonateur 3 avec quatre parties ancre 4, chaque partie ancre 4 étant destinée à coopérer avec le mobile d'échappement 5 selon quatre modes différents.
  • Alors que ces variantes offrent déjà des possibilités d'appairage avantageuses, il existe encore d'autres façons d'appairer les deux organes ensemble pour rendre l'oscillateur plus largement utilisable pour une large gamme de mouvements horlogers, comme par exemple dans le cas de calibres ayant des couples proches mais dont l'écart ne permette pas d'utiliser un même oscillateur.
  • Ainsi, le mobile d'échappement 5 lui-même peut être dimensionné selon plusieurs variantes qui permettent d'étendre l'appairage à plus de classes d'oscillateurs.
  • D'une autre manière, la figure 24 présente une vue en coupe de l'oscillateur 1, face au plan passant par deux organes 40 de la partie ancre 4 coopérant avec le mobile d'échappement 5, selon un mode de réalisation. Le résonateur 3 comporte dans sa hauteur une pluralité de parties ancre 4 de géométries différentes, mais pouvant coopérer avec le même mobile d'échappement 5. En changeant le positionnement du mobile d'échappement 5 dans le plan Z du résonateur 3, il est ainsi possible d'obtenir des variantes supplémentaires qui pourraient aussi permettre, dans des cas particuliers, d'adapter la marche de la montre aux conditions de porter de son propriétaire.
  • La sélection de l'étage 8 du résonateur 3 avec lequel le mobile d'échappement 5 coopère peut se faire de différentes manières, la figure 24 représentant un mobile d'échappement comportant une planche d'échappement à montage flexible, prenant appui sur une pluralité de portées taillées dans son arbre, chacune de ces portées portant une ou plusieurs facettes ou méplats destinés à assurer l'entraînement en rotation des deux sans glissement. Dans ce cas, le pignon du mobile d'échappement sera monté directement sur le mobile et sera fixe, alors que l'horloger peut de manière appropriée déplacer la planche du mobile d'échappement 5 pour le faire coopérer avec la partie ancre 4 appropriée.
  • La facilité de mise en oeuvre de cette solution en ce qui concerne la manipulation et la flexibilité (aucun montage/démontage n'est requis) le destine particulièrement à des opérations dans lesquelles de telles opérations seraient pénalisantes (industrialisation, service après-vente, etc.).
  • D'une autre manière, toujours en faisant référence à la figure 24, le mobile d'échappement 5 peut coopérer avec partie ancre 4,40 qui est placée en dehors du plan médian du résonateur 3, la partie ancre 4,40 définissant un premier plan hors du plan médian du résonateur. Le résonateur 3 comporte alors une deuxième partie ancre 4,40 pour chaque partie ancre 4,40 placée sur ce premier plan hors du plan médian, les parties ancre 4,40 étant placées de manière symétrique inversée (pour assurer les mêmes fonctions lorsque les organes ne permettent pas des fonctions réversibles). L'appairage se fait alors en inversant le sens de montage du résonateur 3 et du mobile d'échappement 5, le mobile d'échappement étant monté de manière avantageuse centré sur son arbre 54.
  • L'ensemble des solutions d'appairage proposées précédemment peuvent naturellement être combinées afin d'étendre encore les gammes d'appairage, la combinaison d'une variante de mobile d'échappement 5 et des parties ancre 4, 40 appropriés du résonateur 3 permettant d'obtenir une même plage de fréquences pour un couple variable transmis au mobile d'échappement 5.
  • Le cas où le résonateur 3 dispose de plusieurs parties ancre 4 qui peuvent être différentes (dans le cas de l'appairage) ou identiques. Cette dernière variante présente l'avantage de pouvoir utiliser le même résonateur 3 pour réguler plusieurs rouages distincts, l'oscillateur 1 comportant dans ce cas une pluralité de mobiles d'échappement 5 coopérant chacun avec un rouage dédié.
  • Il va de soi que la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation qui vient d'être décrit et que diverses modifications et variantes simples peuvent être envisagées par l'homme de métier sans sortir du cadre de la présente invention.
  • Par exemple, la géométrie de l'oscillateur 1 et notamment la géométrie des éléments vibrants 31 peut être modifiée de différentes manières. Par exemple, chaque résonateur 3, chaque élément massique 32 et/ou chaque partie ancre 4 peuvent être assimilés ensemble comme un seul élément ou élément vibrant de l'oscillateur.
  • Par ailleurs, les organes 40 de la partie ancre 4 adaptées pour coopérer avec les dents 50 du mobile d'échappement 5 peuvent prendre différentes formes.
  • Dans une autre variante d'exécution non représentée, des butées permettent de limiter le mouvement transversal dans le plan P. De telles butées peuvent être orientées sur un axe perpendiculaire au plan du mobile d'échappement, et montées sur le bâti destiné à recevoir l'oscillateur 1. Les butées peuvent également être intégrées directement à la géométrie du résonateur 3, de préférence à sa partie mobile, c'est-à-dire l'élément massique 32 ou la partie ancre 4, sans toutefois exclure d'autres solutions.
  • L'organe réglant et l'échappement de la présente invention possèdent également une esthétique inédite et ils peuvent être avantageusement incorporés dans un mouvement horloger d'une montre d'une manière permettant de les rendre visibles au porteur de la montre. A titre d'exemple, l'organe réglant et l'échappement peuvent être montés en dessus ou en dessous de l'organe moteur du mouvement. Pour donner également une indication des seconds, la roue d'échappement peut être adapté afin qu'elle tourne à une vitesse d'un tour par minute. Numéros de référence employés sur les figures
    1 oscillateur 41 plan de repos de la levée
    10 bâti 42 sommet de la dent
    11 espace intérieur 5 mobile d'échappement, roue d'échappement
    12 centre
    14 partie supérieure du bâti 50 dent de la roue d'échappement
    2 base 51 plan d'impulsion de la dent
    20 moyens de montage 52 plan de repos de la dent
    21 pont, pont supérieur 53 bras de la roue d'échappement
    21' pont inférieur 54 arbre
    3 premier résonateur 6 butée
    31 élément vibrant 60 mécanisme marche/arrêt
    31' portion repliée, lame 61 levier
    32 élément massique 62 tirette
    32' portion massique 7 second résonateur
    33 paroi 8 étage
    34 masselotte 9 pied
    35 extrémité distale 90 direction de l'oscillation
    36 évidements 91 axe
    37 élément détachable P plan
    37' section réduite d'élément détachable P' plan parallèle
    38 logement
    39 segment
    4 partie ancre
    40 levée

Claims (35)

  1. Oscillateur pour la régulation d'un mouvement horloger mécanique, l'oscillateur (1) comportant un mobile d'échappement (5) et un premier résonateur (3); le premier résonateur (3) comprenant un élément massique (32);
    et une base (2) destinée à être montée fixe ou mobile sur le mouvement horloger;
    caractérisé en ce que
    le premier résonateur (3) constitue la base de temps de l'oscillateur (1); l'élément massique (32) est supporté seulement par la base (2) par l'intermédiaire d'au moins deux éléments vibrants (31), lesdits au moins deux éléments vibrants (31) maintenant l'élément massique (32) en oscillation; et
    en ce que l'élément massique (32) comprend au moins une partie ancre (4), solidaire de l'élément massique (32) et configurée de manière à coopérer directement avec le mobile d'échappement (5) de sorte à entretenir des oscillations dudit premier résonateur (3) et à laisser le mobile d'échappement (5) se déplacer à chaque alternance des oscillations.
  2. L'oscillateur selon la revendication 1,
    dans lequel lesdits au moins deux éléments vibrants (31) ont sensiblement la même fréquence propre et/ou oscillent avec une même amplitude.
  3. L'oscillateur selon la revendication 1 ou 2,
    dans lequel les au moins deux éléments vibrants (31) s'étendant radialement dans un plan (P) à partir de la base (2), au moins une extrémité distale (35) de chacun des éléments vibrants (31) étant fixée à l'élément massique (32).
  4. L'oscillateur selon l'une des revendications précédentes,
    dans lequel ladite au moins une partie ancre (4) comprend au moins deux organes (40) destinés à coopérer avec le mobile d'échappement (5).
  5. L'oscillateur selon l'une des revendications 1 à 4,
    dans lequel le mobile d'échappement (5) pivote sensiblement dans le même plan (P) que, ou dans un plan parallèle (P') à, celui dans lequel oscille le premier résonateur (3).
  6. L'oscillateur selon l'une des revendications 1 à 4,
    dans lequel le mobile d'échappement (5) pivote dans un plan sensiblement perpendiculaire au plan (P) dans lequel oscille le premier résonateur (3).
  7. L'oscillateur selon la revendication 5 ou 6,
    dans lequel l'élément massique (32) et la partie ancre (4) oscillent autour d'un même axe.
  8. L'oscillateur selon l'une des revendications 1 à 7,
    dans lequel le premier résonateur (3) comprend au moins deux éléments vibrants (31) s'étendant dans un plan (P) à partir de la base (2); une extrémité distale (35) de chacun des éléments vibrants (31) étant fixée à l'élément massique (32).
  9. L'oscillateur selon la revendication 8,
    dans lequel l'élément massique (32) comprend au moins deux portions (32') s'étendant radialement entre la base (2) et l'extrémité distale (35) des éléments vibrants (31).
  10. L'oscillateur selon la revendication précédente,
    dans lequel les au moins deux portions (32') de l'élément massique (32) oscillent sensiblement à la même fréquence et selon la même amplitude.
  11. L'oscillateur selon la revendication 9 ou 10,
    dans lequel les portions (32') de l'élément massique (32) sont reliées rigidement.
  12. L'oscillateur selon l'une des revendications 1 à 11,
    dans lequel la partie ancre (4) comprend au moins deux organes (40).
  13. L'oscillateur selon l'une des revendications précédentes,
    dans lequel chacun des éléments vibrants (31) comprend une lame ou poutre vibrante.
  14. L'oscillateur selon l'une des revendications 1 à 13,
    dans lequel chacun des éléments vibrants (31) comprend une portion repliée (31') de type méandre ou serpentin.
  15. L'oscillateur selon l'une des revendication 1 à 14,
    dans lequel chacun des éléments vibrants (31) a une forme en arc de cercle.
  16. L'oscillateur selon l'une des revendications 1 à 15,
    dans lequel chacun des éléments vibrants (31) a une forme cylindrique.
  17. L'oscillateur selon l'une des revendications 1 à 16,
    dans lequel chacun des éléments vibrants (31) comprend au moins deux lames (31') parallèles disposées radialement.
  18. L'oscillateur selon l'une des revendications précédentes,
    dans lequel ladite au moins une partie ancre (4) est configurée de manière à coopérer directement avec des dents (50) du mobile d'échappement (5) de manière à faire pivoter ledit mobile d'échappement (5) à chaque alternance des oscillations.
  19. L'oscillateur selon la revendication 18,
    dans lequel la partie ancre (4) comprend au moins deux organes (40) arrangés de manière à ce qu'un seul organe (40) coopère avec une dent (50) de la roue d'échappement (5) à chaque oscillation, de sorte à ce que la roue d'échappement (5) pivote d'une demi dent (50) à chaque alternance des oscillations.
  20. L'oscillateur selon l'une des revendications 1 à 19,
    dans lequel la lame vibrante est de section rectangulaire avec un rapport de la raideur sur la masse compris entre 0.1 et 1.0, et dont le rapport de la hauteur sur l'épaisseur est compris entre 3 et 20.
  21. L'oscillateur selon l'une des revendications 1 à 20,
    dans lequel le premier résonateur (3) oscille avec une fréquence comprise entre 10 Hz et 5'000 Hz.
  22. L'oscillateur selon l'une des revendications 1 à 21,
    dans lequel l'élément massique (32) comprend au moins une masselotte (34) qui peut être ajoutée et détachée de l'élément massique (32) de manière à pouvoir modifier le moment d'inertie de l'élément massique (32).
  23. L'oscillateur selon l'une des revendications 1 à 22,
    comprenant en outre un bâti (10) arrangé pour recevoir l'oscillateur (1) et destiné à être monté fixe ou mobile sur le mouvement horloger.
  24. L'oscillateur selon l'une des revendications 1 à 23,
    dans lequel le résonateur (3) est thermocompensé.
  25. L'oscillateur selon la revendication 24,
    dans lequel le résonateur (3) est réalisé en silicium et la thermocompensation est obtenue par l'apport d'un matériau de thermocompensation présentant un coefficient thermoélastique de signe opposé à celui du silicium.
  26. L'oscillateur selon la revendication 25,
    dans lequel le matériau de thermocompensation est un dioxyde de silicium.
  27. L'oscillateur selon l'une des revendications 1 à 26,
    dans lequel la fréquence d'oscillation de l'oscillateur (1) est ajustable par modification de la masse de l'élément massique (32).
  28. L'oscillateur selon l'une des revendications 1 à 27,
    dans lequel le résonateur (3) est équilibré dans toutes les positions de sorte avoir une variation de marche ne dépassant pas deux secondes entre les différentes positions.
  29. L'oscillateur selon l'une des revendications 1 à 28,
    comprenant en outre un second résonateur (7) accouplé à l'oscillation du premier résonateur (3) par résonance sympathique et oscillant à une fréquence multiple, égale ou fractionnelle de celle du premier résonateur (3).
  30. L'oscillateur selon la revendication 29,
    dans lequel l'accouplage à l'oscillation comprend un couplage magnétique; et dans lequel le second oscillateur (7) est monté sous une atmosphère contrôlée.
  31. L'oscillateur selon l'une des revendications 1 à 30,
    comprenant en outre un mécanisme marche/arrêt configuré pour arrêter et maintenir en arrêt le résonateur (3) dans une position de déséquilibre et pour assurer une fonction d'auto-démarrage de l'oscillateur (1).
  32. L'oscillateur selon la revendication 31,
    dans lequel les géométries de la partie ancre (4) et/ou du mobile d'échappement (5) sont choisies de sorte à assurer un auto-démarrage lorsque la roue est soumise à un couple.
  33. L'oscillateur selon l'une de revendications précédentes dans lequel le résonateur comporte plusieurs jeux d'organes destinés à coopérer avec plusieurs mobiles d'échappement.
  34. Mouvement horloger à au moins un rouage comprenant un oscillateur (1) selon l'une des revendications précédentes.
  35. Mouvement horloger comprenant un oscillateur (1) selon l'une des revendications précédentes,
    dans lequel l'oscillateur coopère avec plusieurs mobiles, chacun étant destiné à coopérer avec à rouage distinct.
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