本発明は、ムーブメントを備えた機械式計時器に関し、ムーブメントの動作をペーシングする機械式振動子の動作における潜在的な時間ドリフトを修正するためのデバイスによって動作が強化される。
特に、機械式計時器は、一方では、
− 少なくとも1つの時間データアイテムの表示機構と、
− その最小位置エネルギ状態に対応するニュートラル位置を中心に、一般的な振動軸に沿って振動するのに適した機械式共振器と、
− 表示機構の動作をペーシングするように配置された機械式振動子とともに形を成す機械式共振器のメンテナンスデバイスであって、この機械式振動子の各振動は、振動周期を画定する、メンテナンスデバイスとを備えたムーブメントによって、
他方では、機械式振動子の動作における潜在的な時間ドリフトを修正するためのデバイスによって、形成される。このような時間ドリフトは、特に、機械式振動子の平均固有振動周期が設定点周期に等しくない場合に発生する。この設定点周期は、修正デバイスに組み込まれた補助振動子によって決定される。
本発明の分野で定義される計時器は、いくつかの先行文献で提案されている。1977年に公開されたスイス国特許発明第597636号は、図3を参照してこのような計時器を提案している。ムーブメントには、てん輪−ヒゲゼンマイと、従来のメンテナンスデバイスとによって形成された共振器が装備されており、従来のメンテナンスデバイスは、アセンブリと、ばねを備えたバレルに運動学的に連結されたガンギ車とが装備されている。この計時器ムーブメントはさらに、その機械式振動子の周波数を調整するための電子デバイスを備えている。この調整デバイスは、電子回路と、てん輪のフェローの下に配置された支持体に配置されたフラットコイルから、および、てん輪に取り付けられ、振動子が起動されたときに、ともにコイルを通過するように互いに近接して配置された2つの磁石から形成された磁気アセンブリと、を備えている。
電子回路は、水晶共振器を備えるとともに基準周波数信号FRを生成する働きをする時間基準を備え、この基準周波数は、機械式振動子の周波数FGと比較される。振動子の周波数FGは、一対の磁石によってコイルにおいて生成された電気信号を介して検出される。調整回路は、磁気磁石コイルの結合およびコイルに接続された切り替え可能な負荷を介して、瞬間的に制動トルクを誘導するのに適している。
てん輪−ヒゲゼンマイを電子調整デバイスと結合するために、磁気コイル式電磁システムを使用することは、様々な問題を引き起こす。第1に、てん輪上の永久磁石の配置により、計時器ムーブメントに常に磁束が存在し、この磁束が空間的に周期的に変化する。このような磁束は、計時器ムーブメントの要素の部位または要素、特に強磁性材料で作られた部品のような磁性材料で作られた要素に有害な作用を及ぼす可能性がある。これは、計時器ムーブメントの適切な動作に影響を与え、旋回要素の摩耗を増加させる可能性がある。確かに、問題となっている磁気システムをある程度スクリーニングすることが想定され得るが、スクリーニングには、てん輪によって支えられる特定の要素が必要である。このようなスクリーニングは、機械式共振器のサイズおよびその重量を増加させる傾向がある。さらに、それはてん輪−ヒゲゼンマイの美的構成の可能性を制限する。
当業者は、電気機械式であるそのてん輪−ヒゲゼンマイの周波数を調整するためのデバイスが関連付けられた機械式計時器ムーブメントも認識している。より具体的には、調整は、てん輪−ヒゲゼンマイと、調整デバイスとの間の機械的な相互作用を介して発生し、調整デバイスは、てん輪に配置された停止部と、可動フィンガを装備したアクチュエータとによって形成されたシステムによって、振動しているてん輪に作用するように配置され、可動フィンガは、停止部の方向において、制動周波数で作動されるが、てん輪のフェローに触れることはない。このような計時器は、文献仏国特許発明第2162404号に記載されている。この文献で提案された概念によれば、機械式振動子が設定点周波数に対して時間ドリフトを示す場合、フィンガと停止部との間の相互作用によって、機械式振動子の周波数を、水晶共振器の周波数に同期させることが求められ、フィンガは、てん輪を瞬間的にロックすることができる、てん輪はその後、特定の時間間隔の間、その動きを停止される(てん輪がそのニュートラル位置に向かって戻ったとき、停止部は、その方向に移動したフィンガを支える)、または、てん輪がその終了角度位置のうちの1つの方向に回転している間、フィンガが停止部に到達したとき、振動振幅を制限する(振幅を画定する)ことができると想定されており、フィンガは、その後、振動を停止し、てん輪は、反対方向に直進移動し始める。
このような調整システムは、多くの欠点を有し、動作システムを形成できることが真に疑われ得る。停止部の振動運動に対するフィンガの周期的な作動、およびこの停止部に向かうフィンガの周期的な運動に対する停止部の振動に対する潜在的に大きな初期位相シフトは、多くの問題を引き起こす。フィンガと停止部との間の相互作用は、てん輪の単一の角度位置に限定され、この角度位置は、てん輪−ヒゲゼンマイの軸に対するアクチュエータの角度位置と、アイドル時のてん輪における停止部の(そのニュートラル位置を画定する)角度位置とによって画定されることに留意されたい。実際、フィンガの運動は、停止部との接触によっててん輪を停止することを可能にすると想定されるが、フィンガは、てん輪のフェローと接触しないように配置される。さらに、フィンガと停止部との間の相互作用の時間は、てん輪−ヒゲゼンマイの振動の振幅にも依存することに留意されたい。
求められている同期はありそうもないことに留意されたい。確かに、特に、周波数は、フィンガの前後運動を計時する設定点周波数よりも大きく、フィンガと、その2つの終了角度位置のうちの一方から戻るてん輪を瞬間的に保持する停止部との間の第1の相互作用(誤差を低減する修正)を伴うてん輪−ヒゲゼンマイの場合、第2の相互作用は、フィンガの半周期運動中に、停止部がフィンガに触れずに、何度も振動した後、フィンガの振動方向を即座に反転させることによる、フィンガによるてん輪の停止となり、ここでは、停止部がフィンガに当接する一方、てん輪は、前記終了角度位置に向かって回転する(誤差を増加させる修正)。したがって、たとえば数百の振動周期などの長い時間間隔の間、未修正の時間ドリフトがあるだけではなく、フィンガと停止部との間のいくつかの相互作用により、時間ドリフトは、減少するのではなく、増加する。さらに、上記の第2の相互作用中の停止部の、ひいては、てん輪−ヒゲゼンマイの、振動の位相シフトは、フィンガと停止部(そのニュートラル位置にあるてん輪)との間の相対的な角度位置にしたがって大きくなる可能性があることに留意されたい。
したがって、所望される同期が得られることは疑わしい。さらに、特に、てん輪−ヒゲゼンマイの固有周波数は、設定点周波数に近いが等しくない場合、この時点でフィンガの反対側に位置する停止部によって、てん輪に向かう動きにフィンガがロックされるシナリオは、予見可能である。このような寄生相互作用は、機械式振動子および/またはアクチュエータに損傷を与える可能性がある。さらに、これは実際に、フィンガの接線範囲を制限する。最後に、停止部との相互作用位置でのフィンガの保持期間は比較的短くなければならないため、遅延を誘発する修正が制限される。結論として、文献仏国特許発明第2162404号で提案されている計時器の動作は、当業者には非常にありそうにないように見え、当業者は、このような教示を思いとどまる。
スイス国特許発明第597636号
仏国特許発明第2162404号
欧州特許出願公開第2891930号
本発明の目的は、技術的背景において上述した技術的問題および欠点の解決策を見出すことである。
本発明の範囲内で、機械式計時器ムーブメントの動作の精度を高める、すなわち、この機械式ムーブメントの毎日の時間ドリフトを低減することが一般的に求められている。特に、本発明は、機械式計時器ムーブメントのためのこのような目標を達成しようとするものであり、ここでは、動作が最初に最適に調整される。実際、本発明の一般的な目的は、機械式ムーブメントの時間ドリフトを修正するためのデバイス、すなわち、その動作を修正し、その精度を高めるデバイスを、すべてのために、自律的に機能できることを放棄することなく、この機械式ムーブメントがその特定の機能によって有することができる最高の可能な精度で、つまり、修正デバイスがない場合、または修正デバイスが非アクティブである場合に、見つけることである。
本発明の別の目的は、電気および/または電子デバイスを、本発明にしたがう計時器に組み込む必要なく、すなわち、いわゆる機械式腕時計に特有の部材およびシステムを使用することによって、前述した目的を達成することであり、この腕時計は、磁石や強磁性要素、ただし、電力供給すなわち電源を必要とするデバイス以外のような磁気要素を、機械式時計の分野におけるさまざまな開発にしたがって一体化できる。
この目的のために、本発明は、この技術分野において上記で定義された計時器に関し、述べられた機械式振動子は、スレーブ振動子であり、修正デバイスは、機械式からなり、機械式修正デバイスは、マスタ振動子を画定する機械式補助振動子と、スレーブ振動子の機械式共振器の機械式制動デバイスとによって形成される。機械式制動デバイスは、スレーブ振動子のための、マスタ振動子によって決定された設定点周波数に応じてのみ選択された制動周波数において生成された周期的な制動パルス中に、スレーブ振動子の機械式共振器に、機械的な制動トルクを加えることができるように配置される。次に、スレーブ振動子の機械式共振器、および機械式制動デバイスによって形成された機械式システムは、機械式制動デバイスが、この機械式共振器の一般的な振動軸に沿った位置の範囲において、前記機械式共振器の任意の位置で、周期的な制動パルスを開始できるように構成されており、このスレーブ振動子の使用可能な動作範囲のための第1の側面においてスレーブ振動子が有しやすい振幅の少なくとも1つの第1の範囲にわたって、前記機械式共振器のニュートラル位置からの2つの側面のうちの少なくとも第1の側面において延びている。
一般的な代替実施形態では、述べられた機械式システムは、周期的な制動パルスが開始し得るスレーブ振動子の機械式共振器の位置の前記範囲が、この機械式振動子の使用可能な動作範囲のために、一般的な振動軸に沿って、第2の側面においてスレーブ振動子が有しやすい振幅の少なくとも1つの第2の範囲にわたって、前記機械式共振器のニュートラル位置から、2つの側面のうちの第2の側面において延びるようにも構成される。
好ましい代替実施形態では、スレーブ振動子が、その機械式共振器のニュートラル位置から2つの側面にそれぞれ有しやすい振幅の第1および第2の範囲をそれぞれ組み込む、上記で特定した機械式共振器の位置範囲の2つの部分のおのおのは、連続的または準連続的である一定の範囲を示す。
一般的な代替実施形態では、機械式制動デバイスは、周期的な制動パルスがおのおの、設定点周波数の逆数に対応する設定点周期の1/4未満の持続時間を本質的に有するように構成される。特定の代替実施形態では、周期的な制動パルスは、設定点周期の1/10未満の持続時間を有する。好ましい代替実施形態では、周期的な制動パルスの持続時間は、本質的に、設定点周期の1/40未満であると想定される。
本発明の特徴により、驚くべきことに、スレーブ機械式振動子は、以下の本発明の詳細な説明から明らかになるように、マスタ機械式振動子上で効果的かつ迅速に同期される。機械式修正デバイスは、閉ループのサーボ制御なしに、および、機械式振動子の動きの測定センサなしに、マスタ機械式振動子にスレーブ機械式振動子を同期させるためのデバイスを形成する。したがって、機械式修正デバイスは、開ループで機能し、以下で説明するように、機械式ムーブメントの自然な動作の進みと遅れとの両方を修正することができる。この結果は非常に注目に値する。「マスタ振動子における同期」という用語は、本明細書では、スレーブ機械式振動子のマスタ機械式振動子へのサーボ制御(開ループ、したがってフィードバックなし)を意味する。修正デバイスの動作は、マスタ振動子の基準周波数から導出される制動周波数が、スレーブ振動子に強制され、それが時間データアイテム表示機構の動作をペーシングするようになっている。これは、結合された機械式振動子のシナリオから、または強制的な振動子の標準的な場合からさえも構成されない。本発明において、機械的な制動パルスの制動周波数は、スレーブ振動子の中間周波数を決定する。
「機構の動作をペーシングする」という用語は、動作時にこの機構の可動部分の動きのペースを設定すること、特にそのホイール、したがって時間データアイテムの少なくとも1つの表示の回転速度を決定することを意味する。
好ましい実施形態では、機械式共振器および機械式制動デバイスによって形成される機械式システムは、機械式制動デバイスが、スレーブ機械式振動子の使用可能な動作範囲において、実質的にいつでもこのスレーブ機械式振動子の固有振動周期で、機械的な制動パルスを開始できるように構成される。換言すれば、周期的な制動パルスの1つは、この機械式共振器の一般的な振動軸に沿ったスレーブ機械式振動子の機械式共振器の任意の位置で実質的に開始し得る。
原則として、振動子のエネルギの一部がこれらの制動パルスによって散逸されるため、制動パルスは散逸性を有する。主な実施形態では、機械的な制動トルクは、実質的に摩擦によって、特に、振動軸に沿って特定の範囲(孤立していない)を示す機械式共振器の制動面に特定の圧力を加える機械式制動部材によって加えられる。
特定の実施形態では、制動パルスは、スレーブ共振器に制動トルクを加え、その値は、周期的な制動パルス中にこのスレーブ共振器を瞬間的にロックしないように想定される。この場合、好ましくは、上記の機械式システムは、(ゼロまたは孤立ではなく、特定の有意な期間を有する)連続的または準連続的な時間間隔中に、制動パルスのおのおのによって生成される機械的な制動トルクを、スレーブ共振器に加えることができるように配置される。
以下、限定しない例によって、添付の図面を用いて、本発明がより詳細に説明される。
本発明による計時器の第1の実施形態を部分的に概略的に示す図である。
本発明による計時器およびその動作のシーケンスの第2の実施形態を部分的に示す図である。
本発明による計時器の第3の実施形態を部分的に示す図である。
本発明による計時器の一般的な配置の第1の構成を概略的に示す図である。
本発明による計時器の一般的な配置の第2の構成を概略的に示す図である。
ニュートラル位置を通過する前に、機械式共振器の振動の特定の半周期における機械式共振器への第1の制動パルスの適用と、第1の制動パルスが発生する時間間隔におけるこの機械式共振器のてん輪の角速度とその角度位置を示す図である。
図6と同様の図であるが、機械式振動子がそのニュートラル位置を通過した後の機械式振動子の振動の特定の半周期における第2の制動パルスの適用に関する図である。
図8Aは、振動周期中のてん輪−ヒゲゼンマイの角度位置を示す図である。図8Bは、てん輪−ヒゲゼンマイの角度位置にしたがう、一定の制動トルクの3つの値に対する固定持続期間の制動パルスについて取得された計時器ムーブメントの動作の変動を示す図である。図8Cは、対応する制動力を示す図である。
本発明による計時器における修正デバイスの噛合後の初期位相において生じやすい3つの異なるシナリオのうちの1つを示す図である。
本発明による計時器における修正デバイスの噛合後の初期位相において生じやすい3つの異なるシナリオのうちの1つを示す図である。
本発明による計時器における修正デバイスの噛合後の初期位相において生じやすい3つの異なるシナリオのうちの1つを示す図である。
本発明による計時器の修正デバイスの噛合後に生じ、スレーブ機械式振動子の固有周波数が設定点周波数よりも大きいシナリオのために求められる同期をもたらす物理的プロセスの説明グラフを示す図である。
図12のシナリオにおいて、各半周期において制動パルスが発生する代替実施形態のためのスレーブ機械式振動子の振動と、安定した同期位相における制動パルスとを表す図である。
本発明による計時器の修正デバイスの噛合後に生じ、スレーブ機械式振動子の固有周波数が設定点周波数よりも小さいシナリオのために求められる同期をもたらす物理的プロセスの説明グラフを示す図である。
図14のシナリオにおいて、各半周期において制動パルスが発生する代替実施形態のためのスレーブ機械式振動子の振動と、安定した同期位相における制動パルスとを表す図である。
図12のシナリオについて、機械式振動子の角度位置と、4振動周期ごとに制動パルスが発生する修正デバイスの動作モードの対応する振動周期のグラフを示す図である。
図14のシナリオについて、機械式振動子の角度位置と、4振動周期ごとに制動パルスが発生する修正デバイスの動作モードの対応する振動周期のグラフを示す図である。
図16の部分拡大図である。
図17の部分拡大図である。
上の2つの図と同様に、機械式振動子の周波数が、制動周波数に等しい特定のシナリオを表す図である。
本発明による計時器の代替実施形態について、スレーブ機械式振動子の振動周期の進行のみならず、合計時間誤差の進行を示す図である。
本発明による計時器のさらなる代替実施形態について、可能な時間ドリフトの修正のためのデバイスの噛合後の初期位相におけるスレーブ機械式振動子の振動のグラフを示す図である。
本発明による計時器およびその動作のシーケンスの第4の実施形態を部分的に示す図である。
本発明による計時器およびその動作のシーケンスの第5の実施形態を部分的に示す図である。
図1は、本発明による機械式計時器2の第1の実施形態を部分的に概略的に示す。機械式計時器2は、時間データアイテムを示す表示機構12を含む機械式計時器ムーブメント4を備えている。機械式ムーブメントはさらに、てん輪8およびヒゲゼンマイ10によって形成される機械式共振器6と、主脱進機によって形成されるこの機械式共振器を維持するための主デバイスとを備えている。この主脱進機14および機械式共振器6は、表示機構の動作をペーシングする機械式振動子18を形成する。この主脱進機14は、たとえば、アンクルアセンブリおよびガンギ車によって形成され、主機械式動力源16に運動学的に接続されている。機械式共振器は、その最小の位置エネルギ状態に対応するニュートラル位置(アイドル位置/ゼロ角度位置)の周りで、たとえば、てん輪のフェロー9の外半径に対応する半径の円形軸に沿って振動するのに適している。てん輪の位置はその角度位置によって与えられるため、この場合、円形軸の半径は重要ではないことが理解される。これは、たとえば、別の特定の実施形態では線形であり得る機械式共振器の動きの性質を示す一般的な振動軸を画定する。
計時器2はさらに、機械式振動子18の動作における可能な時間ドリフトを修正するための機械式修正デバイス20を備え、この機械式修正デバイスは、この目的のために、機械式制動デバイス24、および、(以降マスタ振動子とも称される)マスタ機械式振動子22を備えている。マスタ振動子は、その動作のペースを設定し、機械式制動デバイスによって提供される機械式制動パルスの制動周波数を決定する基準周波数を提供するために、機械式制動デバイスに関連付けられる/結合される。計時器ムーブメントの動作を直接ペーシングする主機械式振動子が、機械式振動子18である限り、マスタ振動子22は、補助機械式振動子であり、したがって、主機械式振動子は、スレーブ振動子であることに留意されたい。一般に、補助機械式振動子は、本来、または設計によって、主機械式振動子よりも、より正確である。有利な代替実施形態では、マスタ振動子22は、その振動を維持するために、加えられた力を等価するための機構に関連付けられる。
マスタ振動子22は、この場合、通常、てん輪30およびヒゲゼンマイによって形成される補助機械式共振器28と、たとえば、アンクルアセンブリ33、および1つのステップが、マスタ振動子の各半周期において実行されるステップ状に回転するガンギ車34を備えた補助脱進機32によって形成される補助メンテナンスデバイスと、を備えている。したがって、ガンギ車34の平均回転速度は、マスタ振動子22の基準周波数によって決定される。制動デバイス24は、制御機構48と、制御機構により決定される制動周波数において機械的な制動パルスを生成するように配置された制動パルス生成機構50(以下「パルス生成器」とも称される)とを備えている。この制御機構は、ホイールセット36に堅固に接続されているか、またはホイールセット36を形成している制御ホイール37を備えている。制動パルス生成機構は、旋回部材40と、旋回部材に関連付けられたばね44とによって形成された制動部材を備えている。
ホイールセット36は、補助機械式動力源26に運動学的に接続されている。このホイールセット36は、補助動力源26からの機械的な動力を、最初にマスタ振動子22に、次に制動パルス生成器50に伝達するためのホイールセットである。これは、機械式修正デバイスが、単一の機械式動力源を必要とする限り、有利な代替実施形態である。脱進機32は、ガンギ車34のピニオンと噛み合うホイールセット36を介して共振器28を維持するので、ガンギ車34は、ホイールセット36にペースを伝え、したがって、(ステップ状に進むので)マスタ振動子の基準周波数に応じて平均角速度を決定する。
旋回部材40は、回転軸43上に取り付けられており、したがって、2つのアームを備えたレバーを形成する。レバーの第1の端部41は、制御ホイール37と噛み合い、制御ホイール37は、第1の端部に対して横方向に押すことによって、パルス生成器を最初に作動させ、次にばね44を圧縮することによってレバーを旋回させるようにレバーを作動させるために、前記第1の端部と連続的に接触するように配置されたピン38を支える。したがって、第1の端部に接触しているピンが、この第1の端部を越えて通過するときに、制動パルスがトリガされ、これにしたがって解放されるステップまで、制御ホイールがステップ状に進むと、パルス生成器が作動される。制動デバイスは、この解放が、制御ホイールの、決定されたステップで一度に発生するように調整される。この場合、レバー40は、一種のハンマを形成する。機械的な制動パルスをてん輪8に加えるために、レバー40は、その第2の端部において、制動パッドを形成する比較的剛性のあるストリップばね42を有する。制動パルスがトリガされるステップに続いて、レバーは、このように圧縮されたばね44によって、てん輪のフェロー9に向かって加えられる圧力によって回転駆動され、ストリップばねは、フェローに近づくときに、てん輪の回転軸に対して実質的に半径方向の動きを受ける。パルス生成器は、レバーの解放に続くレバーの最初の振動中に、制動パッドがフェロー9の側面46と接触し、これによって、側面46を瞬間的に制動させるために、てん輪に一定の力結合を加えるように構成される。制動パルス生成器は、制動周波数における単一の制動パルスの代わりに、一連の制動パルスを生成するリバウンドを阻止するために、レバーの動きが十分に減衰されるように構成されることが好ましい。しかしながら、この減衰は、レバーのトリガ後のレバーの最初の振動中に、制動パッドがてん輪と接触するように調整される。
制動パルス生成器は、主に動的な乾燥摩擦により、周期的な制動パルスが、一定の持続時間を有することができるように配置される。この点に関し、ストリップばね42の剛性と質量は、適切な方式で選択され得る。ストリップばね42は、接触の持続時間を延ばしている間、および、このストリップばねと、てん輪において想定される制動面との間の摩擦による制動をもたらしている間、てん輪へのインパクト中の衝撃を減衰させる。ばね44のためにも適切な剛性が選択され、このばねがアイドル状態のとき(「変形していない」位置にあるとき)、制動面に対するレバーの位置が決定される。最後に、パルス生成器の他のパラメータ、特にその2つのアームのおのおのの長さ、およびその2つのアームの一方におけるばねの押さえの位置が、有利に調整されることに留意されたい。
有利な代替実施形態では、マスタ共振器のてん輪は、フレキシブルストリップに取り付けられる。同様に、脱進機のアンクルアセンブリは、双安定システムを画定するフレキシブルストリップによって形成され、旋回シャフトを含まない場合がある。別の特定の代替実施形態では、アンクルアセンブリとガンギ車との間の結合は磁気である。このような場合、停止ピン付きの磁気脱進機が得られる。したがって、本発明によれば、任意の高精度の機械式振動子が、計時器ムーブメントに組み込まれ得る。説明の目的で、マスタ振動子22は、10Hzの固有振動数で振動し、スレーブ振動子18よりも大きく、その設定点周波数が3Hzに等しい内在精度を有する。ガンギ車34は、20の歯を含み、したがって、毎秒半回転(1/2rps)を実行する。示された代替実施形態では、制御ホイールは、そのフェローに等間隔で配置された5本のピン38を支えている。この場合、ガンギ車のピニオンと、制御ホイールとの間の減速比は、7.5(6歯のピニオンと45歯のホイール)であると想定されるため、制御ホイール37は、1秒あたり1/15回転(1/15rps)を実行し、したがって、パルス生成器は、3分の1秒ごとに作動および解放され、したがって、1/3Hzの周波数(「制動周波数」と称される)で制動パルスを生成する。主振動子18の設定点周波数は3Hzであるため、機械式修正デバイス20は、9つの設定点周期ごとに機械的な制動パルスをもたらし、これは、実質的に、主振動子の9つの振動周期毎の1パルスに対応し、その固有周波数は、設定点周波数において可能な限り同様に調整される。本発明による機械式修正デバイスによって得られる同期は、以下に詳細に説明される。
代替実施形態では、制御ホイールは、回転ごとに単一の制動パルスをもたらすように、単一のピンのみを支えるように想定される。このような場合、制動周波数は1/15Hzに等しく、45の設定点周期毎に1つの制動パルスが発生する。本発明によって得られる同期現象の説明によって示されるように、機能的でもある別の代替実施形態では、制御ホイールは、直径方向に対向する2本のピンを有する。このような場合、制動周波数は2/15Hzに等しく、22.5周期毎に、つまりスレーブ主振動子18の45回の半周期(非偶数)毎に1つの制動パルスしか発生しない。
原則として、機械式制動デバイス24は、スレーブ主振動子のための設定点周波数にしたがってのみ選択され、マスタ補助振動子22によって決定された制動周波数で、制動パルスを機械式共振器6に周期的に加えることができるように配置されている。機械式制動デバイスは、スレーブ機械式共振器6の制動面と瞬間的に接触することできる制動部材を備えている。この目的のために、制動部材は可動であり、制動パルスを加えるために、制動部材が周期的にスレーブ機械式共振器の制動面と接触する制動周波数において、制動パルスを周期的に作動させる、機械式制御デバイスによって制御される前後運動を有する。
次に、スレーブ機械式共振器6および機械式制動デバイス24によって形成される機械式システムは、機械式制動デバイスが、スレーブ機械式共振器の任意の位置で、少なくとも特定の連続的または準連続的な位置範囲において、周期的な制動パルスを開始できるように構成され、これによって、このスレーブ機械式共振器は、その一般的な振動軸に沿って通過するのに適切となる。図1に示される代替実施形態は、機械式システムが、スレーブ振動子の使用可能な動作範囲内の振動周期の任意の時間において、スレーブ機械式共振器に機械的な制動パルスを加えることができるように、機械式制動デバイスが構成された好ましい代替実施形態に対応する。実際、フェロー30の外部側面46は、連続的かつ円形の制動面を画定し、制動部材40のパッド42が、てん輪−ヒゲゼンマイの任意の角度位置で機械的な制動トルクを発揮できるようになっている。したがって、制動パルスは、スレーブ振動子が動作しているときに達成される2つの終了角度位置(機械式共振器のニュートラル位置から両側のスレーブ振動子それぞれの2つの振幅)の間のスレーブ機械式共振器の任意の角度位置において開始し得る。
制動面は、てん輪のフェローの外部側面以外であり得ることに留意されたい。図示されていない代替実施形態では、円形制動面を画定するのは、てん輪の中央シャフトである。この場合、制動部材のパッドは、機械的な制動パルスを加えると、中央シャフトのこの表面に対して圧力を加えるように配置される。
一般的な動作モードでは、機械式制動デバイス24は、周期的な制動パルスおのおのが、実質的に、スレーブ機械式振動子18の振動の設定点周期の1/4未満の持続時間を有するように配置される。
非限定的な例として、ヒゲゼンマイの定数k=5.75E−7Nm/radおよび慣性I=9.1E−10kg・m2、および4Hzに等しい設定点周波数F0Cであるてん輪−ヒゲゼンマイによって形成される主計時器共振器の場合、約5分の毎日の誤差を有し、その非同期動作が幾分不正確である計時器ムーブメントに関する第1の代替実施形態と、約30秒の毎日の誤差を有し、その非同期動作がより正確であるさらなる計時器ムーブメントに関する第2の代替実施形態とを検討することが可能である。第1の代替実施形態では、平均制動トルクの値の範囲は、0.2μNmから10μNmまでの間であり、制動パルスの持続時間の値の範囲は、5msから20msまでの間であり、周期的な制動パルスを加えるための制動周期に対する値の範囲は、0.5sから3sまでの間である。第2の代替実施形態では、平均制動トルクの値の範囲は、0.1μNmから5μNmまでの間であり、周期的な制動パルスの持続時間の値の範囲は、1msから10msまでの間であり、制動周期のための値の範囲は、3sから60sまでの間、つまり、少なくとも1分間に1回である。
スレーブ主振動子は、てん輪−ヒゲゼンマイと、特にスイスレバータイプの停止ピンを備えた脱進機とを備えたバージョンに限定されないことに留意されたい。特に、フレキシブルストリップてん輪を備えた他の機械式振動子が想定され得る。脱進機は、停止ピンを含むか、または、連続回転タイプからなり得る。これは、マスタ振動子を形成する補助機械式振動子にも当てはまる。マスタ振動子は、最終的に機械式ムーブメントの動作に求められる高精度を与える振動子であるので、この振動子が、特に、時間表示機構である時計ムーブメントの1つまたは複数の機構を駆動する必要がないことを念頭において、理想的には、可能な限り正確である機械式タイプの振動子がそのために選択される。これは、以下に記載される本発明の第2の実施形態によって示される。
図2Aは、本発明による計時器の第2の実施形態を示す。図面を過度に複雑にしないために、スレーブ主共振器6と機械式修正デバイス52のみが示されている。修正デバイスは、マスタ機械式振動子54によって、および、第1の実施形態の範囲内で提示されたものと同様の制動パルス生成機構50を備えた機械式制動デバイス56によって形成される。図1の共振器と同様の共振器6、およびパルス生成器50は、ここでは再度詳細に説明されない。
マスタ振動子54は、磁気脱進機タイプからなる。マスタ振動子54は、てん輪62およびヒゲゼンマイ66(概略的に示される)によって形成される共振器60を備えている。代替実施形態では、てん輪は、フレキシブルストリップに取り付けられる。このてん輪は、その旋回軸の両側に位置し、それぞれの端部に2つの磁石63、64を支える2つのアームを備えている。これら2つの磁石は、共振器60をガンギ車68に結合するために使用される。このガンギ車および磁石63、64は、マスタ振動子54の磁気脱進機を形成する。ガンギ車は、2つの環状トラック70、72によって形成された磁気構造を備えている。2つの環状トラックのおのおのは、環状セクタ74、76の半周期を有し、1つのセクタ74および1つの隣接セクタ76が連帯して、磁気構造の角度周期を画定する。2つのトラックは、1/2周期ずつ角度的に位相がずれている。全体として、セクタ74は、少なくとも1つの物理的特徴を有しているか、または、てん輪によって運ばれる磁石に対する少なくとも1つの物理的パラメータを定義する。これは、セクタ76の類似の物理的特徴と、または、セクタ76によって定義される類似の物理的パラメータと異なる。言い換えれば、セクタ74を通過する2つの磁石のいずれかの磁気的ポテンシャルは、セクタ76を通過するときに磁石が有する磁気的ポテンシャルとは異なる。特に、2つのセクタの一方に最小の磁気的ポテンシャルが現れ、これら2つのセクタの他方に最大の磁気的ポテンシャルが現れることが想定される。したがって、ガンギ車が回転すると、ガンギ車は、その固有振動周波数で共振器60の振動をもたらし、したがって、これは、ガンギ車に、連続回転速度を、以下「基準周波数」と称されるこの振動周波数の値に応じて強制する。ガンギ車は、てん輪62の振動周期毎に、磁気構造の1角度周期だけ進む。直接励起され、その共振周波数(固有振動数)で振動するのが共振器である場合、ガンギ車は、前述した連続回転速度で回転駆動されることに留意されたい。本明細書では、「連続回転速度」という用語は、ガンギ車が、停止することなく回転することを意味すると理解されるが、速度は、周期的に変動する可能性があり得る。
ガンギ車68の磁気構造について、複数の代替実施形態が考慮され得る。第1の代替実施形態では、セクタ74は、強磁性材料で作られる一方、セクタ76は、非磁性材料で作られる。第2の代替実施形態では、セクタ74は、磁化材料で作られる一方、セクタ76は、非磁性材料で作られる。第3の代替実施形態では、セクタ74は、第1の方向に磁化された材料で作られる一方、セクタ76は、第1の方向と反対の第2の方向に磁化された(逆極性)材料で作られる。セクタ76の場合、2つの磁石63、64のおのおのは、2つのセクタのうちの一方より上で、磁気反発力を受け、他方のセクタより上で、磁気吸引力を受ける。他の完全な代替実施形態は、欧州特許出願公開2891930号に記載されている。マスタ振動子54の機能をより良く理解するために、この文献に対する参照がなされ得る。
ガンギ車は、その周囲に、ガンギ車によって実行される各回転において、パルス生成器50を作動させることができるように配置されたフィンガ58を支えている。このフィンガは、制動デバイス56に属し、その役割は、第1の実施形態のピン38の役割と同様である。したがって、ガンギ車および作動フィンガ58は、連帯して、パルス生成器50の制御機構を形成する。第2の実施形態の修正デバイスの一連の動作は、図2Aから図2Dに与えられる。
図2Aでは、パルス生成器50は、アイドル状態であり、作動フィンガ58は、その方向に徐々に回転する。図2Bでは、作動フィンガは、レバー40の端部41と接触し、レバー40は時計回り方向に回転し始めている。パルス生成器はこのようにして作動される。回転し続けることにより、フィンガは、端部41との接触がなくなるまで端部41に沿って摺動する。端部41との接触がなくなると、レバーが解放され、制動パルスの生成をトリガする。このことは、図2Cに示される。以前に圧縮されたばね44は、最初の振動中に、レバーを反時計回り方向に駆動し、制動パッドを画定するストリップばね42は、特定の時間間隔中に、てん輪のフェローの制動面46を押す。制動パルスの後、レバーは、図2Dに示すように、2回目の振動中に、再び時計回りに回転し、その後、減衰を受けながら、パルス生成器のアイドル位置を中心に振動する。最後に、レバーは、安定化され、作動中のフィンガが新たな回転を完了させることを待つ。
例示の目的のために、マスタ振動子54の基準周波数は、12Hzに等しく、ガンギ車の磁気構造は、30°の磁気周期、すなわち合計して12周期を有する。ガンギ車は、毎秒1回転するので、制動パルス生成機構は、1Hzの制動周波数で作動される。別の代替実施形態では、磁気周期の数は、24に等しく、したがって制動周波数は、2Hzに等しい。
図3は、本発明による計時器の第3の実施形態を示す。(部分的に図示された)計時器80は、単にスレーブ主共振器6Aの、および制動パルス生成機構50Aの少数の特徴によって、図1における計時器とは異なる。共振器6Aは、てん輪をバランスさせるためのネジ82が収容されたキャビティ84を(てん輪の一般的な平面内に)有するフェロー9Aを備えている。したがって、てん輪の外部側面46Aは、もはや連続的な円形面を画定するのではなく、4つの連続的な角度セクタを有する不連続な円形面を画定する。ストリップばね42は、図3に示すように、ストリップばねに面してキャビティが存在する場合でも、てん輪8Aの任意の角度位置のために、制動パルスが留まることが可能な範囲を備えた接触面を有することに留意されたい。次に、パルス生成器50Aのレバー40Aは、レバーの両側にそれぞれ延びる2つの弾性ストリップ86A、86Bによって中央部に保持され、したがって、2つの弾性ストリップによって画定される仮想軸の周りを旋回できる。2つの弾性ストリップは、2つのスタッドに取り付けられ、各スタッドは、スロットを有し、ここには、ストリップ端部が、堅固に挿入されている。最後に、第1の制動パルス後の制動期間において、他の顕著な制動パルスが、共振器6Aに加えられるのを阻止するために、第1の制動パルスの生成後に、このレバーの振動を十分に減衰させるように、ショックアブソーバ88が、レバー40Aに関連付けられる。
図4および図5は、本発明による計時器の一般的な配置のための2つの代替構成を概略的に示している。図4は、前述した実施形態で実施された好ましい配置に関する。一方、計時器ムーブメントは、主要部分で製作され、ここでは、主バレルによって形成される主機械式動力源が、その動力を主トランスミッションを介してスレーブ振動子92へ、および時間表示機構へ伝達し、その動作は、このスレーブ振動子によってペーシングされる。本発明によれば、制動デバイスは、スレーブ共振器を制動するように配置され、この制動の強度は、上記で説明したように、制動周波数で周期的に変動する。この制動デバイスは、機械式ムーブメントの主要部分の要素から独立した機械式修正デバイスの一部を形成する。機械式修正デバイスは、主バレルから分離された補助バレルによって形成される補助機械式動力源を備えている。この補助バレルは、その動力を、補助トランスミッションを介して、最初にマスタ振動子94に、次に制動デバイスに供給する。第1の実施形態では、補助トランスミッションを介して制動デバイスに動力が供給され(バージョンV1)、この補助トランスミッションのホイールセットは、制動パルスがトリガされる時間を決定するのみならず、このパルス生成器を作動させるために必要な動力を伝達するパルス生成器の制御機構を形成する。第2の実施形態では、これら2つの機能を作動フィンガで直接実行するのは、ガンギ車である(バージョンV2)。この配置は、マスタ振動子に連結されたホイールセットからスレーブ振動子に連結されたホイールセットを完全に分離するという利点を有する。これは、マスタ振動子の動作と精度に影響を及ぼす可能性のある2つの振動子間のあらゆる可能な結合を阻止する。スレーブ振動子とマスタ振動子との間で想定される唯一の相互作用は、制動パルスによって構成される。
図5は、考慮され得る一般的な代替構成を示している。計時器ムーブメントの主要部分および修正デバイスは、同じ単一の動力源、すなわち、その動力を供給するバレルを、共有のトランスミッションを介して、差動機構へ共有し、差動機構は、この動力を、最初に、スレーブ振動子92へ、および時間表示機構へ、次に、マスタ振動子94へ、および制動デバイスへ分配することが特徴とされる。この代替案は、直列または並列の複数のバレルが、差動機構に動力を供給するために使用されることを阻止しないことに留意されたい。
さらなる特定の実施形態を提示する前に、マスタ補助振動子に対するスレーブ主振動子の同期が、どのように得られるのかに加えて、本発明による計時器の注目すべき動作が詳細に説明される。
以下のテキストは、図6および図7を参照して、本発明に至る開発の範囲内で強調され、本発明による計時器で実施される同期方法に関係する注目すべき物理現象を説明する。この現象を理解することにより、機械式ムーブメントの動作を調整する修正デバイスによって得られる同期をより良く理解することが可能になり、この結果が以下で詳しく説明される。
図6と図7では、最初のグラフは、制動パルスP1、P2が、問題となっている機械式共振器にそれぞれ加えられ、この共振器によって形成される、機械式振動子によってペーシングされる機構の動作を修正する時間tP1を示している。後者の2つのグラフはそれぞれ、機械式共振器の振動部材(以下「てん輪」ともいう)の経時的な角速度(毎秒のラジアンの値:[rad/s])および角度位置(ラジアンの値:[rad])を示す。曲線90、92はそれぞれ、制動パルスの発生前に自由に振動(その固有周波数における振動)するてん輪の角速度および角度位置に対応する。制動パルス後、制動パルスからの外乱を伴うシナリオ、および外乱のないシナリオにおける共振器の振舞いにそれぞれ対応する速度曲線90a、90bが示される。同様に、位置曲線92a、92bはそれぞれ、制動パルスからの外乱を伴うシナリオ、および外乱のないシナリオにおける共振器の振舞いに対応する。これら図において、制動パルスP1、P2が発生する時間tP1、tP2は、これらのパルスの中点の時間位置に対応する。しかしながら、制動パルスの開始およびその持続時間は、時間に関して制動パルスを画定する2つのパラメータであると考慮される。
パルスP1、P2は、図6および図7においてバイナリ信号によって表されていることに留意されたい。しかしながら、以下の説明では、制御パルスではなく機械式共振器に加えられる機械的な制動パルスが考慮される。したがって、特定の実施形態では、特に機械式制御デバイスを有する機械式修正デバイスでは、機械的な制動パルスを加える前に、少なくとも部分的に制御パルスが発生する場合があることに留意されたい。このような場合、以下の説明では、制動パルスP1、P2は、共振器に加えられる機械的な制動パルスに対応し、以前の制御パルスには対応しない。
さらに、制動パルスは、一定の力結合または非一定の力結合(たとえば、実質的にガウス曲線または正弦曲線)で加えられることに留意されたい。「制動パルス」という用語は、機械式共振器へ力結合を瞬間的に加えることを示し、機械式共振器は、その振動部材(てん輪)を制動する。すなわち、この振動部材の振動運動に対向する。可変の、ゼロではない結合の場合、パルスの持続時間は、一般に、機械式共振器を制動するための顕著な力結合を有するこのパルスの一部として画定される。制動パルスは、顕著な変動を示す場合があることに留意されたい。途切れがちの、短いパルスが連続することもあり得る。一定の結合の場合、各パルスの持続時間は、設定点周期の半分未満であり、好ましくは設定点周期の1/4よりも短いと想定される。各制動パルスは、図6および図7のように機械式共振器を停止させることなく制動をかけ得るか、制動パルス中に停止させ、この制動パルスの残りの間に、瞬間的に停止させ得ることに留意されたい。
機械式振動子の自由な各振動周期T0は、この機械式振動子の振動振幅を画定する2つの終了位置間でそれぞれ発生する第2の半周期A02が続く第1の半周期A01を画定し、各半周期は、同じ持続時間T0/2を有し、中央時間において、機械式共振器のゼロ位置を経由する機械式共振器の通過を示す。振動の2つの連続した半周期は、てん輪がそれぞれ一方向の振動運動を維持し、その後、他方向の振動運動を維持する2つの1/2周期を画定する。換言すれば、半周期は、振動振幅を画定するその2つの終了位置の間の一方向または他方向のてん輪の振動に対応する。原則として、制動パルスが発生する振動周期の変動、したがって機械式振動子の周波数の孤立した変動が観察される。実際、時間変動は、制動パルスが発生する唯一の半周期に関連している。「中央時間」という用語は、半周期の中間点で実質的に発生する時間を示す。これは、特に機械式振動子が自由に振動する場合である。一方、調整パルスが発生する半周期の場合、この中央時間は、調整デバイスによって引き起こされる機械式振動子の外乱により、これらの半周期のおのおのの持続時間の中間点に正確に対応しなくなる。
次に、図6に示されたものに対応する、その振動周波数の第1の修正シナリオにおける機械式振動子の振舞いを説明する。第1の周期T0後、次に、それぞれ新たな半周期A1である新たな周期T1、が始まり、この間に、制動パルスP1が発生する。半周期A1は初期時間tD1において開始し、共振器14は、終了位置に対応する最大の正の角度位置を占める。次に、制動パルスP1は、共振器がそのニュートラル位置を通過する中央時間tN1の前に、したがって、外乱のない振動の対応する中央時間tN0の前に位置する時間tP1でも発生する。最後に、半周期A1は、終了時間tF1で終了する。制動パルスは、半周期A1の開始を示す時間tD1後の時間間隔TA1の後にトリガされる。持続時間TA1は、1/2半周期T0/4から、制動パルスP1の持続時間を引いたものよりも短い。与えられた例では、この制動パルスの持続時間は、1/2半周期T0/4よりもかなり短い。
したがって、この第1の場合では、制動パルスは、半周期の開始と、この半周期での共振器のニュートラル位置を経由する共振器の通過との間に生成される。制動パルスP1の間、絶対値での角速度は減少する。このような制動パルスは、角速度の2つの曲線90a、90bおよび角度位置の2つの曲線92a、92bによって、図6に示すように、共振器の振動に負の時間位相シフトTC1、すなわち、外乱のない理論信号(破線で表示)に対する遅延をもたらす。したがって、半周期A1の持続時間は、時間間隔TC1だけ増加する。したがって、半周期A1を備える振動周期T1は、値T0に対して延長される。これは、機械式振動子の周波数の孤立した減少と、関連付けられた機構の瞬間的な減速をもたらし、この機械式振動子によって、その動作がペーシングされる。
図7を参照して、その発振周波数の第2の修正シナリオにおける機械式振動子の振舞いを以下に説明する。第1の周期T0後、次に、それぞれ半周期A2である新たな振動周期T2が始まり、この間に、制動パルスP2が発生する。半周期A2が、初期時間tD2において始まり、その後機械式共振器は、終了位置(最大の負の角度位置)にある。1/2半周期に対応する1/4周期T0/4の後、共振器は、中央時間tN2においてニュートラル位置に到達する。次に、制動パルスP2は、共振器がそのニュートラル位置を通過する中央時間tN2の後に、半周期A2に位置する時間tP2で発生する。最後に、制動パルスP2の後、この半周期A2は、共振器が再び終了位置(周期T2における最大の正の角度位置)を占める終了時間tF2において、したがって、外乱のない振動の対応する終了時間tF0の前でも発生する。制動パルスは、半周期A2の初期時間tD2後の時間間隔TA2の後にトリガされる。持続時間TA2は、1/2半周期T0/4よりも長く、半周期T0/2から、制動パルスP2の持続時間を引いたものよりも短い。与えられた例では、この制動パルスの持続時間は、1/2半周期よりもかなり短い。
したがって、問題となっている第2のシナリオでは、半周期において、共振器がニュートラル位置(ゼロ位置)を通過する中央時間と、この半周期が終了する終了時間との間に、制動パルスが生成される。制動パルスP2の間、絶対値での角速度は減少する。注目すべきことに、この場合、角速度の2つの曲線90b、90cおよび角度位置の2つの曲線92b、92cによって、図4に示されるように、制動パルスは、共振器の振動において、正の時間位相シフトTC2、すなわち、(破線で示すように)外乱のない理論信号に対する先行をもたらす。したがって、半周期A2の持続時間は、時間間隔TC2だけ減少する。したがって、半周期A2を備える振動周期T2は、値T0よりも短い。これは、機械式振動子の周波数の孤立した増加と、関連付けられた機構の瞬間的な加速をもたらし、この機械式振動子によって、その動作が計時される。この現象は驚くべきことであり、明白ではない。これが、過去に当業者がこのことを無視していた理由である。実際、制動パルスにより、機構の加速を得ることは、原理的に驚くべきことであるが、これは実際には、この動作が機械式振動子によりペーシングされ、制動パルスがその共振器に加えられる場合である。
機械式振動子について上述した物理現象は、本発明による計時器で実施される同期方法に含まれる。計時器の分野での一般的な教示とは異なり、制動パルスで機械式振動子の周波数を低下させるのみならず、制動パルスで機械式振動子の周波数を増加させることもできる。当業者は、制動パルスを用いて、機械式振動子の周波数を実際に低下のみさせることができ、必然的に、前記振動子に電力を供給するときに、駆動パルスを加えることによって、このような機械式振動子の周波数を増加のみさせることができると期待するであろう。計時器の分野で確立され、したがって当業者が最初に思い付くようになったこのような直観的なアイデアは、機械式振動子にとって不正確であることが判明している。したがって、以下で詳細に説明するように、マスタ振動子を画定する補助振動子によって、わずかに高すぎるまたは低すぎる周波数を瞬間的に有するか否かに関わらず、さらに非常に正確な機械式振動子を同期させることが可能である。したがって、単に制動パルスによって、高すぎる周波数または低すぎる周波数を修正することが可能である。要約すると、てん輪−ヒゲゼンマイの振動の半周期中に制動結合を加えると、そのニュートラル位置を経由したてん輪−ヒゲゼンマイの通過の前または後にそれぞれ、前記制動トルクが加えられるか否かによって、このてん輪−ヒゲゼンマイの振動における負または正の位相シフトをもたらす。
本発明によって計時器に組み込まれた修正デバイスの、結果として生じる同期方法を、以下に説明する。図8Aは、250msの振動周期中に、300°の振幅で振動する計時器機械式共振器の角度位置(度)を示す。図8Bは、連続的な振動周期内で制動パルスが加えられた時間にしたがって、すなわち、機械式共振器の角度位置にしたがって、機械式共振器の連続的な振動周期内で加えられた1ミリ秒(1ms)の制動パルスによって生成される毎日の誤差を示す。この場合は、機械式振動子が、4Hzの固有周波数で自由に機能するという事実に基づく(外乱のないシナリオ)。各制動パルスによって加えられる3つの力結合(100nNm、300nNm、500nNm)に対して、それぞれ3つの曲線が与えられる。結果は、上記の物理現象、つまり、第1の1/4周期または第3の1/4周期に発生する制動パルスは、機械式振動子の周波数の低下に起因する遅延をもたらす一方、第2の1/4周期または第4の1/4周期に発生する制動パルスは、機械式振動子の周波数の増加に起因する先行をもたらすことを確認する。次に、所与の力結合について、共振器のニュートラル位置で発生する制動パルスの毎日の誤差がゼロに等しく、振動の終了位置に接近すると、この毎日の誤差は、(絶対値において)増加することが観察される。共振器の速度がゼロを通過し、動きの方向が変化するこの終了位置では、毎日の誤差の符号が突然反転する。最後に、図8Cは、振動周期中に制動パルスが加えられた時間に応じて、上記の3つの力結合値に対して消費される制動力を与えている。共振器の終了位置に接近すると速度が低下するため、制動力も低下する。したがって、もたらされる毎日の誤差は、終了位置に接近すると増加するが、必要な制動力(したがって、振動子によって失われるエネルギ)は大幅に減少する。
図8Bにおいてもたらされる誤差は、実際には、機械式振動子が、設定点周波数に対応しない固有周波数を有するシナリオの修正に対応し得る。したがって、振動子が、低すぎる固有振動数を有する場合、振動周期の第2または第4の1/4に発生する制動パルスにより、自由な(外乱のない)振動によって採り入れられる遅延の修正が可能になる場合があり、この修正は、振動周期内の制動パルスの時間に応じてほぼ実質的である。一方、振動子が、高すぎる固有周波数を有する場合、振動周期の第1または第3の1/4に発生する制動パルスにより、自由な振動によって採り入れられる先行の修正が可能になる場合があり、この修正は、振動周期内の制動パルスの時間に応じてほぼ実質的である。
上記で与えられた教示により、補助機械式振動子上の主機械式振動子(スレーブ振動子)の同期の、注目すべき現象を理解することが可能となり、正の整数Nで除された設定点周波数F0Cを2倍にする、すなわち、FFR=2F0C/Nにするために、有利に対応する制動周波数FFRで、スレーブ機械式共振器に、単に制動パルスを周期的に加えることにより、マスタ振動子を形成する。したがって、制動周波数は、マスタ振動子の設定点周波数に比例し、正の整数Nを与えられると、単にこの設定点周波数に依存する。設定点周波数は、基準周波数を乗じられた分数に等しいと想定されるので、制動周波数は、基準周波数に比例し、この基準周波数によって決定される。この基準周波数は、本来、または設計によって、主機械式振動子よりもより正確である、補助機械式振動子によって供給される。
本発明によって計時器に組み込まれた修正デバイスによって得られた上述の同期は、図9から図22を活用してより詳細に説明される。
図9は、先頭グラフにおいて、自由に振動し(曲線100)、制動により振動する(曲線102)スレーブ機械式共振器、特に計時器共振器のてん輪−ヒゲゼンマイの角度位置を示す。自由振動の周波数は、設定点周波数F0C=4Hzよりも大きい。第1の機械的な制動パルス104(以下、「パルス」とも称される)は、この場合、終了位置を経由する通過と、ゼロを経由する通過との間の1/2半周期における振動周期ごとに1回発生する。想定されるシステムは機械式共振器の角度位置を検出しないため、この選択は任意である。したがって、これは、とりわけ、以下で分析される可能性のある仮説にすぎない。したがって、機械式振動子の減速のシナリオが、ここで観察される。この場合、第1の制動パルスの制動トルクは、振動周期にわたって自由な振動子によって採り入れられる先行を補償するための最小の制動トルクよりも大きいと想定される。これにより、第2の制動パルスは、これらのパルスが発生する1/4周期内で第1よりもわずかに前に生じる。機械式振動子の瞬時周波数を与える曲線106は、実際、瞬時周波数が、第1のパルスから、設定点周波数を下回ることを示している。したがって、第2の制動パルスは、先行する終了位置により近く、後続のパルスでは、制動効果が増加するという具合である。したがって、変動位相では、振動子の瞬時周波数は漸進的に低下し、パルスは、振動の終了位置に漸進的に近づく。一定時間後、制動パルスは、機械式共振器の速度が方向を変え、その後、瞬時周波数が増加し始める、終了位置を経由する通過を備えている。
この制動は、共振器の動きの方向に関わらず、共振器の動きに対向することを特徴とする。したがって、共振器は、制動パルス中にその振動の方向の反転で通過するとき、制動トルクは、この反転時に、符号を自動的に変える。これは、制動トルクに、第1の符号を有する第1の部分と、第1の符号と反対の第2の符号を有する第2の部分とを有する制動パルス104aを与える。したがって、このシナリオでは、信号の第1の部分は、終了位置の前に発生し、この終了位置の後に発生する第2の部分の効果に反する。第2の部分は、機械式振動子の瞬時周波数を低下させるが、第1の部分は、増加させる。その後、振動子の瞬時周波数が(この場合、制動周波数に対応する)設定点周波数に等しい値において、最終的に比較的迅速に安定するために、修正は減少する。したがって、変動位相の後には、同期位相とも称される安定位相が続く。この場合、振動周波数は設定点周波数に実質的に等しく、制動パルスの第1および第2の部分は、実質的に一定の、画定された比率を有する。
図10におけるグラフは、図9におけるグラフと同等である。主な違いは、自由な機械式振動子の固有周波数の値であり、これは、設定点周波数F0C=4Hz未満である。第1のパルス104は、図9と同じ1/2半周期において発生する。予想通り、曲線110によって与えられる瞬時周波数の減少が観察される。したがって、制動を伴う振動108は、パルス104bが終了位置を経由して共振器の通過を包含し始めるまで、変動位相において瞬間的により多くの遅延を採る。終了位置の前に発生するパルスの第1の部分は、瞬時周波数を増加させるので、この時から、設定点周波数に達するまで瞬時周波数が増加し始める。この現象は、自動的である。実際、振動周期の持続時間は、設定点周期T0Cの持続時間よりも長い間、パルスの第1の部分は増加するが、第2の部分は減少し、その結果、瞬時周波数は増加し続け、設定点周期は、実質的に振動周期に等しい安定した状態になる。したがって、目的とされた同期が得られる。
図11におけるグラフは、図10におけるグラフと同等である。主な違いは、第1の制動パルス114は、図10とは別の1/2半周期、すなわちゼロを経由する通過と、終了位置を経由する通過との間の1/2半周期において生じることである。上述したように、この場合、変動位相では、曲線112によって与えられる瞬時周波数における増加が観察される。この場合、第1の制動パルスの制動トルクは、振動周期にわたって自由な機械式振動子によって採られる遅延を補償するための最小の制動トルクよりも大きいと想定される。これにより、第2の制動パルスは、これらのパルスが発生する1/4周期内で第1よりもわずかに後に生じる。曲線112は、実際に、振動子の瞬時周波数が、第1のパルスから、設定点周波数を超えて増加することを示している。したがって、第2の制動パルスは、後続する終了位置により近く、後続のパルスでは制動効果が増加するという具合である。したがって、変動位相では、制動114を伴う振動の瞬時周波数が増加し、制動パルスは、振動の終了位置に漸進的に近づく。一定時間後、制動パルスは、機械式共振器の速度が方向を変える、終了位置を経由した通過を備えている。その時から、上記と同様の現象が観察される。制動パルス114aは、その後、2つの部分を有し、第2の部分は、瞬時周波数を低下させる。瞬時周波数におけるこの減少は、図9および図10を参照して与えられたものと同じ理由で、設定点値に等しい値になるまで続く。周波数における低下は、瞬時周波数が、設定点周波数に実質的に等しくなると、自動的に停止する。次に、同期位相における設定点周波数での機械式振動子の周波数の安定化が得られる。
図12から図15を活用して、振動周期中に第1の制動パルスが発生する、任意の時点での、遷移位相における機械式振動子の振舞いのみならず、振動周波数が設定点周波数において安定化される同期位相に対応する最終シナリオが説明される。図12は、機械式共振器の位置の曲線S1を用いて振動周期を表している。この場合、問題になっているシナリオでは、自由な機械式振動子(制動パルスなし)の固有振動周波数F0は、設定点周波数F0Cよりも大きい(F0>F0C)。振動周期は、通常、おのおの振動振幅に対応する2つの終了位置(tm-1、Am-1;tm、Am;tm+1、Am+1)の間にある第2の半周期A2が続く第1の半周期A1を備えている。次に、第1の半周期では、制動パルス「Imp1」が示され、その中点の時間位置が、時間t1において生じ、第2の半周期では、制動パルス「Imp2」が示され、その中点の時間位置が、時間t2において生じる。パルスImp1およびImp2はT0/2の位相シフトを示し、所与の制動トルクプロファイルに対して、システムの2つの不安定な平衡をもたらす修正に対応するという特徴がある。これらのパルスはそれぞれ振動周期の第1および第3の1/4において発生するため、自由な機械式振動子の過度に高い固有周波数を正確に修正できる程度まで機械式振動子を(制動パルスを加えるために選択された制動周波数で)制動する。パルスImp1、Imp2は両方とも第1のパルスであり、おのおのは、他のパルスがない場合に、それ自体で考慮されることに留意されたい。パルスImp1、Imp2の効果は同一であることに留意されたい。
したがって、時間t1またはt2において第1のパルスが発生すると、理論的には、次の振動周期中に、このシナリオが繰り返され、振動周波数は、設定点周波数に等しくなる。このようなシナリオでは、2つの点に留意されたい。第1に、時間t1またはt2において、第1のパルスが正確に発生する可能性は比較的低いが可能である。第2に、このような特定のシナリオが発生した場合、それは長期間続くことができない。実際、計時器におけるてん輪−ヒゲゼンマイの瞬時周波数は、様々な理由(振動振幅、温度、空間的方位の変化等)により、時間の経過とともにわずかに変化する。これらの理由は、精密な腕時計製造では、一般に、最小限に抑えることが求められている外乱を表すが、実際には、このような不安定な均衡は、あまり長く続かないという事実が残っている。制動トルクが高いほど、時間t1、t2は、それぞれに続くニュートラル位置を経由した機械式共振器の2つの通過時間に近くなることに留意されたい。また、固有振動周波数F0と設定点周波数F0Cとの差が大きいほど、時間t1、t2はまた、それぞれに続くニュートラル位置を経由した機械式共振器の2つの通過時間に近くなることに留意されたい。
次に、パルスを加えている間に、時間位置t1またはt2からわずかに逸脱したときに、何が起こるかを検討する。図8Bを参照して与えられた教示によれば、ゾーンZ1a内のパルスImp1の左(先行する時間位置)にパルスが発生した場合、後続する周期中に、先行する終了位置Am-1が漸進的に制動パルスに接近するように、修正が増える。一方、パルスImp1の右(後続する時間位置)で、ゼロ位置の左にパルスが発生した場合、後続する周期中にパルスは、修正のない、このゼロ位置に向かってドリフトするように修正が減少する。実際、パルスの効果が変化し、瞬時周波数が増加する。固有周波数はすでに高すぎるため、パルスは急速に終了位置Amにドリフトする。したがって、ゾーンZ1bにおいて、パルスImp1の右にパルスが生じると、後続するパルスは、後続する終了位置Amに漸進的に接近する。同じ振舞いは、第2の半周期A2でも観察される。ゾーンZ2aのパルスImp2の左にパルスが生じると、後続するパルスは、先行する終了位置Amに漸進的に接近するであろう。一方、ゾーンZ2bにおいてパルスImp2の右にパルスが生じると、後続するパルスは、後続する終了位置Am+1に漸進的に接近するであろう。この定式化は、相対的であり、実際には、制動パルスの印加周波数は、(制動周波数を与えられると)マスタ振動子によって設定され、変動するのは振動周期となり、制動パルスの印加時間に接近するのは、問題となっている終了位置になることに留意されたい。結論として、パルスが、t1以外の時間において、第1の半周期A1で発生した場合、瞬時振動周波数は、後続する振動周期中に、変動位相において進み、この第1の半周期の2つの終了位置のうちの1つ(機械式共振器の動きの方向の反転位置)は、制動パルスに漸進的に接近するようになる。同じことは、第2の半周期A2にも当てはまる。
図13は、上記の変動位相の後に発生する最終的な安定状態に対応する同期位相を示す。前述のように、制動パルス中に終了位置を経由した通過が生じると、場合に応じて、終了位置の直前または直後に、これらの制動パルスが、少なくとも完全に発生する制動パルスで、自由な機械式振動子の時間ドリフトを十分に修正できるように構成されている(力結合および持続時間)のであれば、この終了位置は、制動パルスと揃えられる。したがって、同期位相では、第1の半周期A1において第1のパルスが発生すると、振動の終了位置Am-1は、パルスImp1aと揃えられるか、振動の終了位置Amは、パルスImp1bと揃えられる。実質的に一定の結合の場合、スレーブ主振動子の高すぎる固有周波数と、マスタ補助振動子によって設定された設定点周波数との差を正確に修正できるように、パルスImp1a、Imp1bはおのおの第1の部分を有し、その持続時間は、第2の部分の持続時間よりも短い。同様に、同期位相では、第1のパルスが、第2の半周期A2おいて発生するのであれば、振動の終了位置Amは、パルスImp2aと揃えられるか、または、振動の終了位置Am+1は、パルスImp2bと揃えられる。
パルスImp1a、Imp1b,Imp2a、およびImp2bはそれぞれ、比較的安定した時間位置を占めることに留意されたい。確かに、これらのパルスの1つは、外乱により左または右にわずかにずれると、後続するパルスを、初期の相対時間位置に戻す効果を有する。その後、同期位相中に、機械式振動子の時間ドリフトが変化すると、振動はわずかな位相シフトを自動的に維持し、パルスImp1a、Imp1b,Imp2a、およびImp2bそれぞれの第1の部分と第2の部分との比は、制動パルスによってもたらされる修正を、周波数における新たな差に適応させる程度に変化する。本発明による計時器のこのような振舞いは、真に注目に値する。
図14および図15は、図12および図13に類似しているが、振動子の固有周波数が、設定点周波数未満であるシナリオの場合である。その結果、制動パルスによって行われた修正の不安定な平衡シナリオに対応するパルスImp3およびImp4は、それぞれ、パルスが、振動周波数の増加をもたらす第2および第4の1/4周期(時間t3および時間t4)に位置する。システムの振舞いは、先行する検討に由来するため、ここでは再び詳細に説明されない。変動位相(図14)において、ゾーンZ3aにおけるパルスImp3の左に、半周期A3においてパルスが生じると、先行する終了位置(tm-1、Am-1)は、後続するパルスに漸進的に接近する。一方、ゾーンZ3bにおいて、パルスImp3の右にパルスが生じると、後続する終了位置(tm、Am)は、後続するパルスに漸進的に接近する。同様に、ゾーンZ4aにおいて、パルスImp4の左に、半周期A4においてパルスが生じると、先行する終了位置(tm、Am)は、後続するパルスに漸進的に接近する。最後に、ゾーンZ4bにおいて、パルスImp4の右にパルスが生じると、後続する終了位置(tm+1、Am+1)は、遷移位相中、後続するパルスに漸進的に接近する。
同期位相(図15)において、第1の半周期A3において第1のパルスが発生すると、振動の終了位置Am-1は、パルスImp3aと揃えられるか、振動の終了位置Amは、パルスImp3bと揃えられる。実質的に一定の結合の場合、パルスImp3a、Imp3bはおのおの、第1の部分を有し、その持続時間は、スレーブ主振動子の低すぎる固有周波数と、マスタ補助振動子によって設定された設定点周波数との差を正確に修正するために、その持続時間がその第2の部分の持続時間よりも長い。同様に、同期位相において、第1のパルスは、第2の半周期A4で発生すると、振動の終了位置Amは、パルスImp4aと揃えられるか、振動の終了位置Am+1は、パルスImp4bと揃えられる。図12および図13を参照して上記で説明したシナリオの範囲内で行われるその他の検討は、図14および図15のシナリオと同様に適用される。結論として、自由な機械式振動子の固有周波数が高すぎるか低すぎるかに関わらず、振動周期内の第1の制動パルスが加えられる時間に関係なく、本発明による修正デバイスは効果的であり、機械式振動子の共振器に制動パルスが加えられる制動周波数を制御するマスタ補助振動子の基準周波数によって決定される設定点周波数において、機械式ムーブメントの動作をペーシングする機械式振動子の周波数を迅速に同期させる。これは、機械式振動子の固有周波数が変化し、特定の期間では設定点周波数よりも高く、他の期間ではこの設定点周波数よりも低い場合でも、依然として正しい。
上記で与えられた教示および本発明による計時器の特徴によって得られる同期は、制動パルスを加えるための制動周波数が設定点周波数に等しくないシナリオにも当てはまる。振動周期毎に1つのパルスを加える場合、不安定な位置(t1、Imp1、t2、Imp2、t3、Imp3、t4、Imp4)で発生するパルスは、単一の振動周期中に時間ドリフトを補償する修正に対応する。他方、想定される制動パルスが、複数の振動周期中の時間ドリフトを修正するのに十分な効果を有する場合、この複数の振動周期に等しい時間間隔ごとに単一のパルスを加えることが可能である。その後、振動周期ごとに1つのパルスが生成されるシナリオに関して同じ振舞いが観察される。パルスが発生する振動周期を考慮すると、上記のシナリオと同じ変動位相と、同じ同期位相とがある。さらに、これらの検討は、各制動パルスの間に、整数の半周期がある場合にも正しい。奇数の半周期の場合、場合に応じて、図12から図15における半周期A1またはA3から、半周期A2またはA4へ、遷移が交互に行われる。半周期によってオフセットされた2つのパルスの効果は同じであるため、2つの連続する制動パルス間の偶数回の半周期に関して、同期が実行されることが理解される。結論として、すでに述べたように、図12から図15を参照して説明したシステムの振舞いは、制動周波数FFRが2F0C/Nに等しくなると観察され、F0Cは、振動周波数の設定点周波数であり、Nは正の整数である。
あまり関心はないが、同期は、設定点周波数の2倍(2F0)より大きい制動周波数FFR、すなわちN>2の場合、F0のN倍に等しい値について得られることに留意されたい。FFR=4F0である代替実施形態では、機械式共振器のニュートラルポイントにおいて、2パルス毎に1つが発生するため、同期位相において影響を与えずにシステム内のエネルギ損失のみが存在する。2F0より高い制動周波数FFRの場合、終了位置で発生しない同期位相におけるパルスは、その対の効果を相殺する。したがって、これらは大きな実用的な意味はない理論的なシナリオであることが理解される。
図16および図17は、設定点周波数の1/4に等しい制動周波数FFRの代替実施形態のための同期位相を示し、したがって、4つの振動周期ごとに1つの制動パルスが発生する。図18および図19はそれぞれ、図16および図17の部分拡大図である。図16は、主振動子の固有周波数が、設定点周波数F0C=4Hzよりも大きいシナリオに関し、図17は、主振動子の固有周波数が、この設定点周波数よりも大きいシナリオに関する。制動パルスImp1bまたはImp2a、Imp3bまたはImp4aそれぞれが発生する振動周期T1*およびT2*のみが、固有周期T0*に対する変動を示すことが観察される。制動パルスは、対応する周期において単に位相シフトをもたらす。したがって、この場合、瞬時周期は、設定点周期間の平均値に等しい平均値のあたりで振動する。図16から図19では、瞬時周期は、振動信号の立ち上がりエッジでゼロを経由する通過から、このような後続する通過まで測定されることに留意されたい。したがって、終了位置において発生する同期パルスは、振動周期に完全に含まれる。包括的であるために、図20は、固有周波数が、設定点周波数に等しい特定のシナリオを示している。この場合、振動周期T0*はすべて等しいままであり、制動パルスImp5は、(一定の制動トルクの場合)同一の持続時間を有するこれらパルスの第1および第2の部分を有する自由振動の終了位置において正確に発生し、第1の部分の効果は、第2の部分の反対の効果によって相殺される。
図21は、設定点周波数F0C=3Hzの振動周期の変化と、機械式振動子の3つの振動周期ごとに発生する、1日あたり550秒、すなわち、1日あたり約9分の毎日の誤差を示す時間表示機構の動作をペーシングする適切な制動パルスとを示している。この誤差は非常に顕著であるが、制動デバイスは、このような誤差を修正できるように構成されている。この場合、制動効果は比較的顕著である必要があり、瞬時周期の大きな変動があるが、平均周期は、本発明による計時器における修正デバイスの噛合後の設定点周期と、短い変動位相とに、実質的に等しい。修正デバイスが動作していないとき、予想されるように、総時間誤差は、時間に応じて線形的に増加するのに対し、修正デバイスの噛合後に、この誤差は、急速に安定化されることが観察される。したがって、時間が、このような修正デバイスの噛合と、変動位相と後に設定された場合、(「累積誤差」とも称される)合計誤差は、低いままであるため、計時器はその後、この計時器に組み込まれ、制動デバイスに関連付けられているマスタ振動子の精度に対応する精度で時間を示す。
図22は、本発明による修正デバイスの噛合後のスレーブ機械式振動子の振幅の進行を示す。変動位相では、第1のパルスがゼロ位置(ニュートラル位置)の近くで生じるシナリオにおいて、振幅における比較的明白な減少が観察される。図8Cのグラフに見られるように、特にこの変動位相の第1の部分で発生する様々な制動パルスは、比較的大きなエネルギ損失をもたらす。その後、エネルギ損失は比較的急速に減少し、最終的に同期位相における所与の修正に対して最小になる。そのため、パルスが機械式共振器の終了位置を経由した通過を含むと、再び振幅が増加し、同期位相の開始時に増加し続けるが、散逸した制動エネルギは、その後、機械式振動子の振幅変動に対する比較的大きな時定数が仮定されると、その最小値で安定化することが観察される。したがって、本発明による計時器はさらに、想定される制動パルスによって、振動子によって散逸されるエネルギが最小である同期位相で安定化するという利点を有する。実際、振動子は、その振幅の安定化の後、想定される制動パルスの振幅における最小の可能な減少を示す。これは、主振動子を維持しているゼンマイが解放されると、機械式ムーブメントの動作を実行するための最小振動振幅が、正確な運転を保証しながら可能な限り遅く達成されるため、利点である。したがって、本発明による同期を生成する機械式ムーブメントの動作を修正するデバイスは、パワーリザーブための最小化された影響を有する。
制動パルスによって生成される外乱、特に計時器ムーブメントのエネルギ損失を最小化するために、短いパルス持続時間、さらには非常に短いパルス持続時間が、好ましくは選択される。したがって、特定の代替実施形態では、制動パルスのおのおのは、設定点周期の1/10未満の持続時間を有する。好ましい代替実施形態では、制動パルスはおのおの、前記設定点周期の1/250から1/40までの間の持続時間を有する。後者の場合、4Hzに等しい設定点周波数の場合、パルスの持続時間は、0.1ミリ秒から5ミリ秒までの間である。
図1から図3を参照して、制動デバイスは、スレーブ振動子の使用可能な動作範囲内の振動周期の実質的にいつでも、機械的な制動パルスをスレーブ機械式共振器に加えることを可能にする円形制動面を有する機械式共振器を備えた計時器が説明されている。これは好ましい代替実施形態である。計時器ムーブメントは一般に、有利な連続的な外部面を備えた円形フェローを有するてん輪を有するので、上記の好ましい代替実施形態は、その機械式振動子の修正を必要とせずにこのようなムーブメントに容易に実施され得る。この好ましい代替実施形態により、変動位相の持続時間を最小化し、最適な時間内に所望の同期を実行することを可能にすると理解される。
しかしながら、一定期間後、スレーブ機械式共振器および機械式制動デバイスによって形成される機械式システムとの安定した同期がすでに得られている場合があり、この機械式システムは、機械式制動デバイスが、スレーブ機械式共振器の任意の位置で、この画定された共振器の位置の連続的または準連続的範囲においてのみ周期的な制動パルスを開始できるように構成され、この範囲は、スレーブ機械式共振器のニュートラル位置から、両側面のうちの第1の側面において、その使用可能な動作範囲に対するスレーブ振動子の振幅の範囲によって定義される。有利なことに、この位置の範囲は、最小振幅の側面において、最小振幅のために、動的な乾燥摩擦によって制動パルスを可能とするように、制動パルスの持続時間に対応する角度距離まで増加される。機械式システムが、すべての半周期において、単にすべての振動周期においてではなく機能できるように、この機械式システムは、機械式制動デバイスが、その使用可能な動作範囲に対するスレーブ機械式振動子の振幅の範囲内において、前記ニュートラル位置からの2つの側面のうちの第2の側面における機械式共振器の任意の位置において、周期的な制動パルスを開始できるようにも構成される必要がある。有利には、位置の範囲はまた、最小振幅の側面において、少なくとも制動パルスの持続時間に実質的に対応する角度距離だけ増加する。
したがって、第1の一般的な代替実施形態では、スレーブ機械式共振器の位置の上述した連続的または準連続的範囲は、そのニュートラル位置から2つの側面の第1の側面において、少なくとも、スレーブ振動子が、このスレーブ振動子の使用可能な動作範囲のためにこの第1の側面において有しやすい振幅の範囲にわたって、そしてその上有利なことに、振幅の範囲の最小振幅の側面において、少なくとも、制動パルスの持続時間に実質的に対応する角度距離にわたって延びる。第2の一般的な代替実施形態では、第1の連続的または準連続的範囲である第1の一般的な代替実施形態において上記で定義された連続的または準連続的範囲に加えて、上述の機械式システムは、スレーブ振動子が、前記使用可能な動作範囲のためにこの第2の側面において、そしてその上有利なことに、少なくとも前記第1の角度距離にわたる振幅の、使用可能な動作範囲の最小振幅の側面において有しやすい、振幅の範囲にわたって延びるこのスレーブ機械式共振器の少なくとも第2の連続的または準連続的な範囲におけるそのニュートラル位置からの2つの側面のうちの第2の側面において、機械式制動デバイスが、スレーブ機械式共振器の任意の位置において周期的な制動パルスを開始できるように構成されている。
最後に、本発明の範囲内で、2つの周期的な制動パルスのカテゴリは、スレーブ機械式共振器に加えられる機械的な力結合の強度および周期的な制動パルスの持続時間に関して区別され得る。第1のカテゴリに関しては、スレーブ振動子の使用可能な動作範囲について、少なくとも上述された変動位相の大部分における周期的な制動パルス中に、スレーブ機械式共振器を瞬間的にロックしないように、制動トルクと制動パルスの持続時間が想定される。この場合、システムは、各制動パルス中、少なくとも可能な前記変動位相の大部分において、機械的な制動トルクがスレーブ機械式共振器に加えられるように配置される。
有利な代替実施形態では、振動部材および制動部材は、少なくとも可能な前記変動位相の大部分において、本質的には制動部材と、振動部材の制動面との間の動的な乾燥摩擦によって周期的な制動パルスが加えられるように配置される。第2のカテゴリに関しては、スレーブ振動子の使用可能な動作範囲について、および上述した同期位相において、少なくともその端部において、周期的な制動パルス中に機械式共振器をロックするように、機械的な制動トルクと、周期的な制動パルスの持続時間が想定される。
特定の代替実施形態では、同期位相では、周期的な制動パルスによって、スレーブ機械式共振器の瞬間的なロックが想定されるが、周期的な制動パルスが、スレーブ機械式共振器の終了位置の外側で発生する、可能な変動位相の初期部分では、機械式共振器は、これらの周期的な制動パルスによってロックされない。
図23Aから図23Cは、本発明による計時器の第4の実施形態における修正デバイスの一連の動作を示す。スレーブ主共振器6および機械式修正デバイス52Aのみが示されている。修正デバイスは、マスタ補助振動子96によって、および、制動パルス生成機構50Aを備えている第1の実施形態の範囲内で示されたものと同様の制動デバイス56Aによって形成される。マスタ振動子96は、第2の実施形態の振動子54に類似している。マスタ振動子96の動作は類似しており、ここでは再度説明されない。マスタ振動子96は、その2つの振動枝の自由端に、軸方向の磁化を有する2つの磁石99、100をそれぞれ支える音叉によって形成されるその共振器98によって異なる。これらの磁石は、共振器98をガンギ車68に結合するために使用される。ガンギ車と2つの磁石は、マスタ振動子96の磁気脱進機を形成する。音叉は、逆位相で振動するその2つの分岐を備えた基本共振モードを有するため、および、音叉が支える2つの磁石99、100は、アイドル状態において、ガンギ車の回転軸に対して正反対に配置されるため、ガンギ車の磁気構造の磁気周期の数は、偶数であると想定される。音叉は、比較的高い固有振動数を有することができ、これによって、代替実施形態では、作動フィンガ58が、修正デバイス52Aの動作に必要な機械的動力の補助トランスミッションのために歯車列のホイールセット上に配置されるように考慮され、このホイールセットは、ガンギ車68よりも遅い速度で回転する。
修正デバイスの動作は、ガンギ車68および作動フィンガ58によって形成される制御機構が、制動パルス生成機構50Aに逆に作用するという点で、前述の実施形態の動作とは異なる。図2Aにおけるように、フィンガ58が、レバー40の端部41に向かって回転するとき、レバー40はアイドル状態であり、ストリップばね42は、てん輪8の制動面46から一定の距離にある(図23A)。しかしながら、フィンガがレバーの端部41に接触するとすぐに、レバーは、時計方向に回転し始め、ストリップばねは、制動面46に触れるまで、制動面46に向かって徐々に回転する一方、フィンガ58は、依然として、前記端部41を支えている(図23Bは、てん輪に接触したときのレバーを示す)。その後、フィンガは連続的に進み続けるので、フィンガと前記端部との接触が失われ、レバーが解放されるまで、ストリップばねは、ますますてん輪を押して、てん輪を制動し(図23C)、レバーは、前の段階で拡張されたばね44Aによって後方に引っ張られるので、制動パルスを終了させる。
この場合、ばね44Aの力は非常に小さくてもよいが、レバーの解放後のレバーの振動を阻止し、第1のパルスに続く制動期間中に第2の寄生制動パルスを引き起こすために、十分な減衰が想定されることが好ましい。制動パルスの持続時間は、ストリップばねが制動面に触れた後、作動フィンガがレバーの端部に接触し続ける角度距離によって決定される。この角度距離は、特に作動フィンガの長さの比を調整することにより、所定の値に設定され得る。この場合、制動トルクは、制動パルス中に増加し、レバーが解放されるとすぐに、ほぼ瞬時的に減少することに留意されたい。この力結合は、特にストリップばねの剛性と、レバーの2つのアーム間の長さとに応じて、所定の値に設定され得る。
図24Aから図24Cは、本発明による計時器の第5の実施形態における修正デバイスの一連の動作を示す。スレーブ主共振器6と、機械式修正デバイスの一部のみが示されている。修正デバイスは、ガンギ車34Aのみが図示されているマスタ補助振動子22A(その共振器およびアンクルアセンブリは、図1に示されたものと同様)、および制動デバイス56Aによって形成される。したがって、第1の実施形態と同様に、ガンギ車は、マスタ共振器の基準周波数によって決定される角速度でステップ状に回転する。制動デバイスは、第4の実施形態の範囲内で上述したものと同様の制動パルス生成機構50Aを備えている。このパルス生成器は、第4の実施形態のものと同様に動作する。この場合、制動デバイスの制御機構48Aは、ガンギ車によって、および、このガンギ車に正反対に取り付けられた2本のピン38によって、形成される。
前の実施形態とは対照的に、制御機構はステップ状に進む。ガンギ車のステップ中に、制動パルスの生成が想定される(図24B)。ガンギ車は、たとえば15の歯を有し、マスタ振動子22Aは、7.5Hzの基準周波数で動作する。ガンギ車は、1秒間に1/2回転し、これによって、1Hzの制動周波数で、制動パルスが生成される。マスタ振動子の各周期において、ガンギ車34Aは2つのステップを実行し、24°に等しい角度距離だけ進み、これによって、2つのステップの少なくとも1つは、少なくとも12°の回転に対応する。レバー40の端部41は、制御ホイールの所与のステップ中に、制動パルスが完全に生成されるように、回転ピン38によって画定される円に対して構成および位置される。制動パルスをもたらすために、発生するステップに先行する制御ホイールのステップ中に、レバーがすでに有利に回転されていることに留意されたい。このような場合、ストリップばね42が、前記先行するステップ中に、この制動面に触れることはないが、そこから短い距離で停止することによって、てん輪の制動面46に向かって回転するように、制動デバイスを配置するよう注意が払われる(図24A)。
図24Aから図24Cは、ガンギ車が2つの連続するステップを実行する基準期間にわたって発生する制動デバイスの3つの構成を示す。図24Aは、ガンギ車34Aの、決定されたステップの終了時における制動デバイスの第1の状態を示している。図24Bは、前記決定されたステップ(てん輪8への制動パルスの印加)に直接続く第1のステップ中の制動デバイスの第2の状態を示す。図24Cは、第2のステップが前記第1のステップに直接続く前に、ガンギ車34Aが、図24Bに示される第1のステップを完了した第3の状態に対応する。ステップ中に、ガンギ車34Aが非常に迅速に回転する(自由回転)と、制動パルスの持続時間は、比較的短くなり得る。
本発明は、ムーブメントを備えた機械式計時器に関し、ムーブメントの動作をペーシングする機械式振動子の動作における潜在的な時間ドリフトを修正するためのデバイスによって動作が強化される。このような時間ドリフトは、特に前記機械式振動子の平均固有振動周期が設定点周期に等しくない場合に発生する。この設定点周期は、修正デバイスに組み込まれた補助振動子によって決定される。
特に、機械式計時器は、一方では、
− 少なくとも1つの時間データアイテムの表示機構と、
− その最小位置エネルギ状態に対応するニュートラル位置を中心に、一般的な振動軸に沿って振動するのに適した機械式共振器と、
− 表示機構の動作をペーシングするように配置された機械式振動子とともに形を成す機械式共振器のメンテナンスデバイスであって、この機械式振動子の各振動は、振動周期を画定する、メンテナンスデバイスとを備えたムーブメントによって、
他方では、計時器の動作を高めるために、前述した機械式振動子の中間周波数を調整するためのデバイスによって、形成される。
本発明の分野で定義される計時器は、いくつかの先行文献で提案されている。1977年に公開されたスイス国特許発明第597636号は、図3を参照してこのような計時器を提案している。ムーブメントには、てん輪−ヒゲゼンマイと、従来のメンテナンスデバイスとによって形成された共振器が装備されており、従来のメンテナンスデバイスは、アセンブリと、ばねを備えたバレルに運動学的に連結されたガンギ車とが装備されている。この計時器ムーブメントはさらに、その機械式振動子の周波数を調整するための電子デバイスを備えている。この調整デバイスは、電子回路と、てん輪のフェローの下に配置された支持体に配置されたフラットコイルから、および、てん輪に取り付けられ、振動子が起動されたときに、ともにコイルを通過するように互いに近接して配置された2つの磁石から形成された磁気アセンブリと、を備えている。
電子回路は、水晶共振器を備えるとともに基準周波数信号FRを生成する働きをする時間基準を備え、この基準周波数は、機械式振動子の周波数FGと比較される。振動子の周波数FGは、一対の磁石によってコイルにおいて生成された電気信号を介して検出される。調整回路は、磁気磁石コイルの結合およびコイルに接続された切り替え可能な負荷を介して、瞬間的に制動トルクを誘導するのに適している。
てん輪−ヒゲゼンマイを電子調整デバイスと結合するために、磁気コイル式電磁システムを使用することは、様々な問題を引き起こす。第1に、てん輪上の永久磁石の配置により、計時器ムーブメントに常に磁束が存在し、この磁束が空間的に周期的に変化する。このような磁束は、計時器ムーブメントの要素の部位または要素、特に強磁性材料で作られた部品のような磁性材料で作られた要素に有害な作用を及ぼす可能性がある。これは、計時器ムーブメントの適切な動作に影響を与え、旋回要素の摩耗を増加させる可能性がある。確かに、問題となっている磁気システムをある程度スクリーニングすることが想定され得るが、スクリーニングには、てん輪によって支えられる特定の要素が必要である。このようなスクリーニングは、機械式共振器のサイズおよびその重量を増加させる傾向がある。さらに、それはてん輪−ヒゲゼンマイの美的構成の可能性を制限する。
当業者は、電気機械式であるそのてん輪−ヒゲゼンマイの周波数を調整するためのデバイスが関連付けられた機械式計時器ムーブメントも認識している。より具体的には、調整は、てん輪−ヒゲゼンマイと、調整デバイスとの間の機械的な相互作用を介して発生し、調整デバイスは、てん輪に配置された停止部と、可動フィンガを装備したアクチュエータとによって形成されたシステムによって、振動しているてん輪に作用するように配置され、可動フィンガは、停止部の方向において、制動周波数で作動されるが、てん輪のフェローに触れることはない。このような計時器は、文献仏国特許発明第2162404号に記載されている。この文献で提案された概念によれば、機械式振動子が設定点周波数に対して時間ドリフトを示す場合、フィンガと停止部との間の相互作用によって、機械式振動子の周波数を、水晶共振器の周波数に同期させることが求められ、フィンガは、てん輪を瞬間的にロックすることができる、てん輪はその後、特定の時間間隔の間、その動きを停止される(てん輪がそのニュートラル位置に向かって戻ったとき、停止部は、その方向に移動したフィンガを支える)、または、てん輪がその終了角度位置のうちの1つの方向に回転している間、フィンガが停止部に到達したとき、振動振幅を制限する(振幅を画定する)ことができると想定されており、フィンガは、その後、振動を停止し、てん輪は、反対方向に直進移動し始める。
このような調整システムは、多くの欠点を有し、動作システムを形成できることが真に疑われ得る。停止部の振動運動に対するフィンガの周期的な作動、およびこの停止部に向かうフィンガの周期的な運動に対する停止部の振動に対する潜在的に大きな初期位相シフトは、多くの問題を引き起こす。フィンガと停止部との間の相互作用は、てん輪の単一の角度位置に限定され、この角度位置は、てん輪−ヒゲゼンマイの軸に対するアクチュエータの角度位置と、アイドル時のてん輪における停止部の(そのニュートラル位置を画定する)角度位置とによって画定されることに留意されたい。実際、フィンガの運動は、停止部との接触によっててん輪を停止することを可能にすると想定されるが、フィンガは、てん輪のフェローと接触しないように配置される。さらに、フィンガと停止部との間の相互作用の時間は、てん輪−ヒゲゼンマイの振動の振幅にも依存することに留意されたい。
求められている同期はありそうもないことに留意されたい。確かに、特に、周波数は、フィンガの前後運動を計時する設定点周波数よりも大きく、フィンガと、その2つの終了角度位置のうちの一方から戻るてん輪を瞬間的に保持する停止部との間の第1の相互作用(誤差を低減する修正)を伴うてん輪−ヒゲゼンマイの場合、第2の相互作用は、フィンガの半周期運動中に、停止部がフィンガに触れずに、何度も振動した後、フィンガの振動方向を即座に反転させることによる、フィンガによるてん輪の停止となり、ここでは、停止部がフィンガに当接する一方、てん輪は、前記終了角度位置に向かって回転する(誤差を増加させる修正)。したがって、たとえば数百の振動周期などの長い時間間隔の間、未修正の時間ドリフトがあるだけではなく、フィンガと停止部との間のいくつかの相互作用により、時間ドリフトは、減少するのではなく、増加する。さらに、上記の第2の相互作用中の停止部の、ひいては、てん輪−ヒゲゼンマイの、振動の位相シフトは、フィンガと停止部(そのニュートラル位置にあるてん輪)との間の相対的な角度位置にしたがって大きくなる可能性があることに留意されたい。
したがって、所望される同期が得られることは疑わしい。さらに、特に、てん輪−ヒゲゼンマイの固有周波数は、設定点周波数に近いが等しくない場合、この時点でフィンガの反対側に位置する停止部によって、てん輪に向かう動きにフィンガがロックされるシナリオは、予見可能である。このような寄生相互作用は、機械式振動子および/またはアクチュエータに損傷を与える可能性がある。さらに、これは実際に、フィンガの接線範囲を制限する。最後に、停止部との相互作用位置でのフィンガの保持期間は比較的短くなければならないため、遅延を誘発する修正が制限される。結論として、文献仏国特許発明第FR2.162.404号で提案されている計時器の動作は、当業者には非常にありそうにないように見え、当業者は、このような教示を思いとどまる。
スイス国特許発明第597636号
仏国特許発明第2162404号
欧州特許出願公開第2891930号
本発明の目的は、技術的背景において上述した技術的問題および欠点の解決策を見出すことである。
本発明の範囲内で、機械式計時器ムーブメントの動作の精度を高める、すなわち、この機械式ムーブメントの毎日の時間ドリフトを低減することが一般的に求められている。特に、本発明は、機械式計時器ムーブメントのためのこのような目標を達成しようとするものであり、ここでは、動作が最初に最適に調整される。実際、本発明の一般的な目的は、機械式ムーブメントの潜在的な時間ドリフトを阻止するためのデバイス、すなわち、このような機械式ムーブメントの動作を調整し、その精度を高めるデバイスを、すべてのために、自律的に機能できることを放棄することなく、この機械式ムーブメントがその特定の機能によって有することができる最高の可能な精度で、つまり、調整デバイスがない場合、または調整デバイスが非アクティブである場合に、見つけることである。
本発明の別の目的は、電気および/または電子デバイスを、本発明にしたがう計時器に組み込む必要なく、すなわち、いわゆる機械式腕時計に特有の部材およびシステムを使用することによって、前述した目的を達成することであり、この腕時計は、磁石や強磁性要素、ただし、電力供給すなわち電源を必要とするデバイス以外のような磁気要素を、機械式時計の分野におけるさまざまな開発にしたがって一体化できる。
この目的のために、本発明は、この技術分野において上記で定義された計時器に関し、述べられた機械式振動子は、スレーブ振動子であり、調整デバイスは、機械式からなり、機械式調整デバイスは、マスタ振動子を画定する機械式補助振動子と、スレーブ振動子の機械式共振器の機械式制動デバイスとによって形成される。機械式制動デバイスは、スレーブ振動子のための、マスタ振動子によって決定された設定点周波数の関数に応じてのみ選択された制動周波数において生成された周期的な制動パルス中に、スレーブ振動子の機械式共振器に、機械的な制動トルクを加えることができるように配置される。次に、スレーブ振動子の機械式共振器、および機械式制動デバイスによって形成された機械式システムは、機械式制動デバイスが、この機械式共振器の一般的な振動軸に沿った位置の範囲において、前記機械式共振器の任意の位置で、周期的な制動パルスを開始できるように構成されており、このスレーブ振動子の使用可能な動作範囲のための第1の側面においてスレーブ振動子が有しやすい振幅の少なくとも1つの第1の範囲にわたって、前記機械式共振器のニュートラル位置からの2つの側面のうちの少なくとも第1の側面において延びている。
一般的な代替実施形態では、述べられた機械式システムは、周期的な制動パルスが開始し得るスレーブ振動子の機械式共振器の位置の前記範囲が、この機械式振動子の使用可能な動作範囲のために、一般的な振動軸に沿って、第2の側面においてスレーブ振動子が有しやすい振幅の少なくとも1つの第2の範囲にわたって、前記機械式共振器のニュートラル位置から、2つの側面のうちの第2の側面において延びるようにも構成される。
好ましい代替実施形態では、スレーブ振動子が、その機械式共振器のニュートラル位置から2つの側面にそれぞれ有しやすい振幅の第1および第2の範囲をそれぞれ組み込む、上記で特定した機械式共振器の位置範囲の2つの部分のおのおのは、連続的または準連続的である一定の範囲を示す。
一般的な代替実施形態では、機械式制動デバイスは、周期的な制動パルスがおのおの、設定点周波数の逆数に対応する設定点周期の1/4未満の持続時間を本質的に有するように構成される。特定の代替実施形態では、周期的な制動パルスは、設定点周期の1/10未満の持続時間を有する。好ましい代替実施形態では、周期的な制動パルスの持続時間は、本質的に、設定点周期の1/40未満であると想定される。
本発明の特徴により、驚くべきことに、スレーブ機械式振動子は、以下の本発明の詳細な説明から明らかになるように、マスタ機械式振動子上で効果的かつ迅速に同期される。機械式調整デバイスは、閉ループのサーボ制御なしに、および、機械式振動子の動きの測定センサなしに、マスタ機械式振動子にスレーブ機械式振動子を同期させるためのデバイスを形成する。したがって、機械式調整デバイスは、開ループで機能し、以下で説明するように、機械式ムーブメントの自然な動作の進みと遅れとの両方を修正することができる。この結果は非常に注目に値する。「マスタ振動子における同期」という用語は、本明細書では、スレーブ機械式振動子のマスタ機械式振動子へのサーボ制御(開ループ、したがってフィードバックなし)を意味する。調整デバイスの動作は、マスタ振動子の基準周波数から導出される制動周波数が、スレーブ振動子に強制され、それが時間データアイテム表示機構の動作をペーシングするようになっている。これは、結合された機械式振動子のシナリオから、または強制的な振動子の標準的な場合からさえも構成されない。本発明において、機械的な制動パルスの制動周波数は、スレーブ振動子の中間周波数を決定する。
「機構の動作を計時する」という用語は、動作時にこの機構の可動部分の動きのペースを設定すること、特にそのホイール、したがって時間データアイテムの少なくとも1つの表示の回転速度を決定することを意味する。
好ましい実施形態では、機械式共振器および機械式制動デバイスによって形成される機械式システムは、機械式制動デバイスが、スレーブ機械式振動子の使用可能な動作範囲において、実質的にいつでもこのスレーブ機械式振動子の固有振動周期で、機械的な制動パルスを開始できるように構成される。換言すれば、周期的な制動パルスの1つは、この機械式共振器の一般的な振動軸に沿ったスレーブ機械式振動子の機械式共振器の任意の位置で実質的に開始し得る。
原則として、振動子のエネルギの一部がこれらの制動パルスによって散逸されるため、制動パルスは散逸性を有する。主な実施形態では、機械的な制動トルクは、実質的に摩擦によって、特に、振動軸に沿って特定の範囲(孤立していない)を示す機械式共振器の制動面に特定の圧力を加える機械式制動部材によって加えられる。
特定の実施形態では、制動パルスは、スレーブ共振器に制動トルクを加え、その値は、周期的な制動パルス中にこのスレーブ共振器を瞬間的にロックしないように想定される。この場合、好ましくは、上記の機械式システムは、(ゼロまたは孤立ではなく、特定の有意な期間を有する)連続的または準連続的な時間間隔中に、制動パルスのおのおのによって生成される機械的な制動トルクを、スレーブ共振器に加えることができるように配置される。
以下、限定しない例によって、添付の図面を用いて、本発明がより詳細に説明される。
本発明による計時器の第1の実施形態を部分的に概略的に示す図である。
本発明による計時器およびその動作のシーケンスの第2の実施形態を部分的に示す図である。
本発明による計時器の第3の実施形態を部分的に示す図である。
本発明による計時器の一般的な配置の第1の構成を概略的に示す図である。
本発明による計時器の一般的な配置の第2の構成を概略的に示す図である。
ニュートラル位置を通過する前に、機械式共振器の振動の特定の半周期における機械式共振器への第1の制動パルスの適用と、第1の制動パルスが発生する時間間隔におけるこの機械式共振器のてん輪の角速度とその角度位置を示す図である。
図6と同様の図であるが、機械式振動子がそのニュートラル位置を通過した後の機械式振動子の振動の特定の半周期における第2の制動パルスの適用に関する図である。
図8Aは、振動周期中のてん輪−ヒゲゼンマイの角度位置を示す図である。図8Bは、てん輪−ヒゲゼンマイの角度位置にしたがう、一定の制動トルクの3つの値に対する固定持続期間の制動パルスについて取得された計時器ムーブメントの動作の変動を示す図である。図8Cは、対応する制動力を示す図である。
本発明による計時器における修正デバイスの噛合後の初期位相において生じやすい3つの異なるシナリオのうちの1つを示す図である。
本発明による計時器における修正デバイスの噛合後の初期位相において生じやすい3つの異なるシナリオのうちの1つを示す図である。
本発明による計時器における修正デバイスの噛合後の初期位相において生じやすい3つの異なるシナリオのうちの1つを示す図である。
本発明による計時器の修正デバイスの噛合後に生じ、スレーブ機械式振動子の固有周波数が設定点周波数よりも大きいシナリオのために求められる同期をもたらす物理的プロセスの説明グラフを示す図である。
図12のシナリオにおいて、各半周期において制動パルスが発生する代替実施形態のためのスレーブ機械式振動子の振動と、安定した同期位相における制動パルスとを表す図である。
本発明による計時器の修正デバイスの噛合後に生じ、スレーブ機械式振動子の固有周波数が設定点周波数よりも小さいシナリオのために求められる同期をもたらす物理的プロセスの説明グラフを示す図である。
図14のシナリオにおいて、各半周期において制動パルスが発生する代替実施形態のためのスレーブ機械式振動子の振動と、安定した同期位相における制動パルスとを表す図である。
図12のシナリオについて、機械式振動子の角度位置と、4振動周期ごとに制動パルスが発生する修正デバイスの動作モードの対応する振動周期のグラフを示す図である。
図14のシナリオについて、機械式振動子の角度位置と、4振動周期ごとに制動パルスが発生する修正デバイスの動作モードの対応する振動周期のグラフを示す図である。
図16の部分拡大図である。
図17の部分拡大図である。
上の2つの図と同様に、機械式振動子の周波数が、制動周波数に等しい特定のシナリオを表す図である。
本発明による計時器の代替実施形態について、スレーブ機械式振動子の振動周期の進行のみならず、合計時間誤差の進行を示す図である。
本発明による計時器のさらなる代替実施形態について、可能な時間ドリフトの修正のためのデバイスの噛合後の初期位相におけるスレーブ機械式振動子の振動のグラフを示す図である。
本発明による計時器およびその動作のシーケンスの第4の実施形態を部分的に示す図である。
本発明による計時器およびその動作のシーケンスの第5の実施形態を部分的に示す図である。
図1は、本発明による機械式計時器2の第1の実施形態を部分的に概略的に示す。機械式計時器2は、時間データアイテムを示す表示機構12を含む機械式計時器ムーブメント4を備えている。機械式ムーブメントはさらに、てん輪8およびヒゲゼンマイ10によって形成される機械式共振器6と、主脱進機によって形成されるこの機械式共振器を維持するための主デバイスとを備えている。この主脱進機14および機械式共振器6は、表示機構の動作をペーシングする機械式振動子18を形成する。この主脱進機14は、たとえば、アンクルアセンブリおよびガンギ車によって形成され、主機械式動力源16に運動学的に接続されている。機械式共振器は、その最小の位置エネルギ状態に対応するニュートラル位置(アイドル位置/ゼロ角度位置)の周りで、たとえば、てん輪のフェロー9の外半径に対応する半径の円形軸に沿って振動するのに適している。てん輪の位置はその角度位置によって与えられるため、この場合、円形軸の半径は重要ではないことが理解される。これは、たとえば、別の特定の実施形態では線形であり得る機械式共振器の動きの性質を示す一般的な振動軸を画定する。
計時器2はさらに、機械式振動子18の動作における可能な時間ドリフトを修正するための機械式修正デバイス20を備え、この機械式修正デバイスは、この目的のために、機械式制動デバイス24、および、(以降マスタ振動子とも称される)マスタ機械式振動子22を備えている。マスタ振動子は、その動作のペースを設定し、機械式制動デバイスによって提供される機械式制動パルスの制動周波数を決定する基準周波数を提供するために、機械式制動デバイスに関連付けられる/結合される。計時器ムーブメントの動作を直接ペーシングする主機械式振動子が、機械式振動子18である限り、マスタ振動子22は、補助機械式振動子であり、したがって、主機械式振動子は、スレーブ振動子であることに留意されたい。一般に、補助機械式振動子は、本来、または設計によって、主機械式振動子よりも、より正確である。有利な代替実施形態では、マスタ振動子22は、その振動を維持するために、加えられた力を等価するための機構に関連付けられる。
マスタ振動子22は、この場合、通常、てん輪30およびヒゲゼンマイによって形成される補助機械式共振器28と、たとえば、アンクルアセンブリ33、および1つのステップが、マスタ振動子の各半周期において実行されるステップ状に回転するガンギ車34を備えた補助脱進機32によって形成される補助メンテナンスデバイスと、を備えている。したがって、ガンギ車34の平均回転速度は、マスタ振動子22の基準周波数によって決定される。制動デバイス24は、制御機構48と、制御機構により決定される制動周波数において機械的な制動パルスを生成するように配置された制動パルス生成機構50(以下「パルス生成器」とも称される)とを備えている。この制御機構は、ホイールセット36に堅固に接続されているか、またはホイールセット36を形成している制御ホイール37を備えている。制動パルス生成機構は、旋回部材40と、旋回部材に関連付けられたばね44とによって形成された制動部材を備えている。
ホイールセット36は、補助機械式動力源26に運動学的に接続されている。このホイールセット36は、補助動力源26からの機械的な動力を、最初にマスタ振動子22に、次に制動パルス生成器50に伝達するためのホイールセットである。これは、機械式修正デバイスが、単一の機械式動力源を必要とする限り、有利な代替実施形態である。脱進機32は、ガンギ車34のピニオンと噛み合うホイールセット36を介して共振器28を維持するので、ガンギ車34は、ホイールセット36にペースを伝え、したがって、(ステップ状に進むので)マスタ振動子の基準周波数に応じてる平均角速度を決定する。
旋回部材40は、回転軸43上に取り付けられており、したがって、2つのアームを備えたレバーを形成する。レバーの第1の端部41は、制御ホイール37と噛み合い、制御ホイール37は、第1の端部に対して横方向に押すことによって、パルス生成器を最初に作動させ、次にばね44を圧縮することによってレバーを旋回させるようにレバーを作動させるために、前記第1の端部と連続的に接触するように配置されたピン38を支える。したがって、第1の端部に接触しているピンが、この第1の端部を越えて通過するときに、制動パルスがトリガされ、これにしたがって解放されるステップまで、制御ホイールがステップ状に進むと、パルス生成器が作動される。制動デバイスは、この解放が、制御ホイールの、決定されたステップで一度に発生するように調整される。この場合、レバー40は、一種のハンマを形成する。機械的な制動パルスをてん輪8に加えるために、レバー40は、その第2の端部において、制動パッドを形成する比較的剛性のあるストリップばね42を有する。制動パルスがトリガされるステップに続いて、レバーは、このように圧縮されたばね44によって、てん輪のフェロー9に向かって加えられる圧力によって回転駆動され、ストリップばねは、フェローに近づくときに、てん輪の回転軸に対して実質的に半径方向の動きを受ける。パルス生成器は、レバーの解放に続くレバーの最初の振動中に、制動パッドがフェロー9の側面46と接触し、これによって、側面46を瞬間的に制動させるために、てん輪に一定の力結合を加えるように構成される。制動パルス生成器は、制動周波数における単一の制動パルスの代わりに、一連の制動パルスを生成するリバウンドを阻止するために、レバーの動きが十分に減衰されるように構成されることが好ましい。しかしながら、この減衰は、レバーのトリガ後のレバーの最初の振動中に、制動パッドがてん輪と接触するように調整される。
制動パルス生成器は、主に動的な乾燥摩擦により、周期的な制動パルスが、一定の持続時間を有することができるように配置される。この点に関し、ストリップばね42の剛性と質量は、適切な方式で選択され得る。ストリップばね42は、接触の持続時間を延ばしている間、および、このストリップばねと、てん輪において想定される制動面との間の摩擦による制動をもたらしている間、てん輪へのインパクト中の衝撃を減衰させる。ばね44のためにも適切な剛性が選択され、このばねがアイドル状態のとき(「変形していない」位置にあるとき)、制動面に対するレバーの位置が決定される。最後に、パルス生成器の他のパラメータ、特にその2つのアームのおのおのの長さ、およびその2つのアームの一方におけるばねの押さえの位置が、有利に調整されることに留意されたい。
有利な代替実施形態では、マスタ共振器のてん輪は、フレキシブルストリップに取り付けられる。同様に、脱進機のアンクルアセンブリは、双安定システムを画定するフレキシブルストリップによって形成され、旋回シャフトを含まない場合がある。別の特定の代替実施形態では、アンクルアセンブリとガンギ車との間の結合は磁気である。このような場合、停止ピン付きの磁気脱進機が得られる。したがって、本発明によれば、任意の高精度の機械式振動子が、計時器ムーブメントに組み込まれ得る。説明の目的で、マスタ振動子22は、10Hzの固有振動数で振動し、スレーブ振動子18よりも大きく、その設定点周波数が3Hzに等しい内在精度を有する。ガンギ車34は、20の歯を含み、したがって、毎秒半回転(1/2rps)を実行する。示された代替実施形態では、制御ホイールは、そのフェローに等間隔で配置された5本のピン38を支えている。この場合、ガンギ車のピニオンと、制御ホイールとの間の減速比は、7.5(6歯のピニオンと45歯のホイール)であると想定されるため、制御ホイール37は、1秒あたり1/15回転(1/15rps)を実行し、したがって、パルス生成器は、3分の1秒ごとに作動および解放され、したがって、1/3Hzの周波数(「制動周波数」と称される)で制動パルスを生成する。主振動子18の設定点周波数は3Hzであるため、機械式修正デバイス20は、9つの設定点周期ごとに機械的な制動パルスをもたらし、これは、実質的に、主振動子の9つの振動周期毎の1パルスに対応し、その固有周波数は、設定点周波数において可能な限り同様に調整される。本発明による機械式修正デバイスによって得られる同期は、以下に詳細に説明される。
代替実施形態では、制御ホイールは、回転ごとに単一の制動パルスをもたらすように、単一のピンのみを支えるように想定される。このような場合、制動周波数は1/15Hzに等しく、45の設定点周期毎に1つの制動パルスが発生する。本発明によって得られる同期現象の説明によって示されるように、機能的でもある別の代替実施形態では、制御ホイールは、直径方向に対向する2本のピンを有する。このような場合、制動周波数は2/15Hzに等しく、22.5周期毎に、つまりスレーブ主振動子18の45回の半周期(非偶数)毎に1つの制動パルスしか発生しない。
原則として、機械式制動デバイス24は、スレーブ主振動子のための設定点周波数にしたがってのみ選択され、マスタ補助振動子22によって決定された制動周波数で、制動パルスを機械式共振器6に周期的に加えることができるように配置されている。機械式制動デバイスは、スレーブ機械式共振器6の制動面と瞬間的に接触することできる制動部材を備えている。この目的のために、制動部材は可動であり、制動パルスを加えるために、制動部材が周期的にスレーブ機械式共振器の制動面と接触する制動周波数において、制動パルスを周期的に作動させる、機械式制御デバイスによって制御される前後運動を有する。
次に、スレーブ機械式共振器6および機械式制動デバイス24によって形成される機械式システムは、機械式制動デバイスが、スレーブ機械式共振器の任意の位置で、少なくとも特定の連続的または準連続的な位置範囲において、周期的な制動パルスを開始できるように構成され、これによって、このスレーブ機械式共振器は、その一般的な振動軸に沿って通過するのに適切となる。図1に示される代替実施形態は、機械式システムが、スレーブ振動子の使用可能な動作範囲内の振動周期の任意の時間において、スレーブ機械式共振器に機械的な制動パルスを加えることができるように、機械式制動デバイスが構成された好ましい代替実施形態に対応する。実際、フェロー30の外部側面46は、連続的かつ円形の制動面を画定し、制動部材40のパッド42が、てん輪−ヒゲゼンマイの任意の角度位置で機械的な制動トルクを発揮できるようになっている。したがって、制動パルスは、スレーブ振動子が動作しているときに達成される2つの終了角度位置(機械式共振器のニュートラル位置から両側のスレーブ振動子それぞれの2つの振幅)の間のスレーブ機械式共振器の任意の角度位置において開始し得る。
制動面は、てん輪のフェローの外部側面以外であり得ることに留意されたい。図示されていない代替実施形態では、円形制動面を画定するのは、てん輪の中央シャフトである。この場合、制動部材のパッドは、機械的な制動パルスを加えると、中央シャフトのこの表面に対して圧力を加えるように配置される。
一般的な動作モードでは、機械式制動デバイス24は、周期的な制動パルスおのおのが、実質的に、スレーブ機械式振動子18の振動の設定点周期の1/4未満の持続時間を有するように配置される。
非限定的な例として、ヒゲゼンマイの定数k=5.75E−7Nm/radおよび慣性I=9.1E−10kg・m2、および4Hzに等しい設定点周波数F0Cであるてん輪−ヒゲゼンマイによって形成される主計時器共振器の場合、約5分の毎日の誤差を有し、その非同期動作が幾分不正確である計時器ムーブメントに関する第1の代替実施形態と、約30秒の毎日の誤差を有し、その非同期動作がより正確であるさらなる計時器ムーブメントに関する第2の代替実施形態とを検討することが可能である。第1の代替実施形態では、平均制動トルクの値の範囲は、0.2μNmから10μNmまでの間であり、制動パルスの持続時間の値の範囲は、5msから20msまでの間であり、周期的な制動パルスを加えるための制動周期に対する値の範囲は、0.5sから3sまでの間である。第2の代替実施形態では、平均制動トルクの値の範囲は、0.1μNmから5μNmまでの間であり、周期的な制動パルスの持続時間の値の範囲は、1msから10msまでの間であり、制動周期のための値の範囲は、3sから60sまでの間、つまり、少なくとも1分間に1回である。
スレーブ主振動子は、てん輪−ヒゲゼンマイと、特にスイスレバータイプの停止ピンを備えた脱進機とを備えたバージョンに限定されないことに留意されたい。特に、フレキシブルストリップてん輪を備えた他の機械式振動子が想定され得る。脱進機は、停止ピンを含むか、または、連続回転タイプからなり得る。これは、マスタ振動子を形成する補助機械式振動子にも当てはまる。マスタ振動子は、最終的に機械式ムーブメントの動作に求められる高精度を与える振動子であるので、この振動子が、特に、時間表示機構である時計ムーブメントの1つまたは複数の機構を駆動する必要がないことを念頭において、理想的には、可能な限り正確である機械式タイプの振動子がそのために選択される。これは、以下に記載される本発明の第2の実施形態によって示される。
図2Aは、本発明による計時器の第2の実施形態を示す。図面を過度に複雑にしないために、スレーブ主共振器6と機械式修正デバイス52のみが示されている。修正デバイスは、マスタ機械式振動子54によって、および、第1の実施形態の範囲内で提示されたものと同様の制動パルス生成機構50を備えた機械式制動デバイス56によって形成される。図1の共振器と同様の共振器6、およびパルス生成器50は、ここでは再度詳細に説明されない。
マスタ振動子54は、磁気脱進機タイプからなる。マスタ振動子54は、てん輪62およびヒゲゼンマイ66(概略的に示される)によって形成される共振器60を備えている。代替実施形態では、てん輪は、フレキシブルストリップに取り付けられる。このてん輪は、その旋回軸の両側に位置し、それぞれの端部に2つの磁石63、64を支える2つのアームを備えている。これら2つの磁石は、共振器60をガンギ車68に結合するために使用される。このガンギ車および磁石63、64は、マスタ振動子54の磁気脱進機を形成する。ガンギ車は、2つの環状トラック70、72によって形成された磁気構造を備えている。2つの環状トラックのおのおのは、環状セクタ74、76の半周期を有し、1つのセクタ74および1つの隣接セクタ76が連帯して、磁気構造の角度周期を画定する。2つのトラックは、1/2周期ずつ角度的に位相がずれている。全体として、セクタ74は、少なくとも1つの物理的特徴を有しているか、または、てん輪によって運ばれる磁石に対する少なくとも1つの物理的パラメータを定義する。これは、セクタ76の類似の物理的特徴と、または、セクタ76によって定義される類似の物理的パラメータと異なる。言い換えれば、セクタ74を通過する2つの磁石のいずれかの磁気的ポテンシャルは、セクタ76を通過するときに磁石が有する磁気的ポテンシャルとは異なる。特に、2つのセクタの一方に最小の磁気的ポテンシャルが現れ、これら2つのセクタの他方に最大の磁気的ポテンシャルが現れることが想定される。したがって、ガンギ車が回転すると、ガンギ車は、その固有振動周波数で共振器60の振動をもたらし、したがって、これは、ガンギ車に、連続回転速度を、以下「基準周波数」と称されるこの振動周波数の値に応じて強制する。ガンギ車は、てん輪62の振動周期毎に、磁気構造の1角度周期だけ進む。直接励起され、その共振周波数(固有振動数)で振動するのが共振器である場合、ガンギ車は、前述した連続回転速度で回転駆動されることに留意されたい。本明細書では、「連続回転速度」という用語は、ガンギ車が、停止することなく回転することを意味すると理解されるが、速度は、周期的に変動する可能性があり得る。
ガンギ車68の磁気構造について、複数の代替実施形態が考慮され得る。第1の代替実施形態では、セクタ74は、強磁性材料で作られる一方、セクタ76は、非磁性材料で作られる。第2の代替実施形態では、セクタ74は、磁化材料で作られる一方、セクタ76は、非磁性材料で作られる。第3の代替実施形態では、セクタ74は、第1の方向に磁化された材料で作られる一方、セクタ76は、第1の方向と反対の第2の方向に磁化された(逆極性)材料で作られる。セクタ76の場合、2つの磁石63、64のおのおのは、2つのセクタのうちの一方より上で、磁気反発力を受け、他方のセクタより上で、磁気吸引力を受ける。他の完全な代替実施形態は、欧州特許出願公開2891930号に記載されている。マスタ振動子54の機能をより良く理解するために、この文献に対する参照がなされ得る。
ガンギ車は、その周囲に、ガンギ車によって実行される各回転において、パルス生成器50を作動させることができるように配置されたフィンガ58を支えている。このフィンガは、制動デバイス56に属し、その役割は、第1の実施形態のピン38の役割と同様である。したがって、ガンギ車および作動フィンガ58は、連帯して、パルス生成器50の制御機構を形成する。第2の実施形態の修正デバイスの一連の動作は、図2Aから図2Dに与えられる。
図2Aでは、パルス生成器50は、アイドル状態であり、作動フィンガ58は、その方向に徐々に回転する。図2Bでは、作動フィンガは、レバー40の端部41と接触し、レバー40は時計回り方向に回転し始めている。パルス生成器はこのようにして作動される。回転し続けることにより、フィンガは、端部41との接触がなくなるまで端部41に沿って摺動する。端部41との接触がなくなると、レバーが解放され、制動パルスの生成をトリガする。このことは、図2Cに示される。以前に圧縮されたばね44は、最初の振動中に、レバーを反時計回り方向に駆動し、制動パッドを画定するストリップばね42は、特定の時間間隔中に、てん輪のフェローの制動面46を押す。制動パルスの後、レバーは、図2Dに示すように、2回目の振動中に、再び時計回りに回転し、その後、減衰を受けながら、パルス生成器のアイドル位置を中心に振動する。最後に、レバーは、安定化され、作動中のフィンガが新たな回転を完了させることを待つ。
例示の目的のために、マスタ振動子54の基準周波数は、12Hzに等しく、ガンギ車の磁気構造は、30°の磁気周期、すなわち合計して12周期を有する。ガンギ車は、毎秒1回転するので、制動パルス生成機構は、1Hzの制動周波数で作動される。別の代替実施形態では、磁気周期の数は、24に等しく、したがって制動周波数は、2Hzに等しい。
図3は、本発明による計時器の第3の実施形態を示す。(部分的に図示された)計時器80は、単にスレーブ主共振器6Aの、および制動パルス生成機構50Aの少数の特徴によって、図1における計時器とは異なる。共振器6Aは、てん輪をバランスさせるためのネジ82が収容されたキャビティ84を(てん輪の一般的な平面内に)有するフェロー9Aを備えている。したがって、てん輪の外部側面46Aは、もはや連続的な円形面を画定するのではなく、4つの連続的な角度セクタを有する不連続な円形面を画定する。ストリップばね42は、図3に示すように、ストリップばねに面してキャビティが存在する場合でも、てん輪8Aの任意の角度位置のために、制動パルスが留まることが可能な範囲を備えた接触面を有することに留意されたい。次に、パルス生成器50Aのレバー40Aは、レバーの両側にそれぞれ延びる2つの弾性ストリップ86A、86Bによって中央部に保持され、したがって、2つの弾性ストリップによって画定される仮想軸の周りを旋回できる。2つの弾性ストリップは、2つのスタッドに取り付けられ、各スタッドは、スロットを有し、ここには、ストリップ端部が、堅固に挿入されている。最後に、第1の制動パルス後の制動期間において、他の顕著な制動パルスが、共振器6Aに加えられるのを阻止するために、第1の制動パルスの生成後に、このレバーの振動を十分に減衰させるように、ショックアブソーバ88が、レバー40Aに関連付けられる。
図4および図5は、本発明による計時器の一般的な配置のための2つの代替構成を概略的に示している。図4は、前述した実施形態で実施された好ましい配置に関する。一方、計時器ムーブメントは、主要部分で製作され、ここでは、主バレルによって形成される主機械式動力源が、その動力を主トランスミッションを介してスレーブ振動子92へ、および時間表示機構へ伝達し、その動作は、このスレーブ振動子によってペーシングされる。本発明によれば、制動デバイスは、スレーブ共振器を制動するように配置され、この制動の強度は、上記で説明したように、制動周波数で周期的に変動する。この制動デバイスは、機械式ムーブメントの主要部分の要素から独立した機械式修正デバイスの一部を形成する。機械式修正デバイスは、主バレルから分離された補助バレルによって形成される補助機械式動力源を備えている。この補助バレルは、その動力を、補助トランスミッションを介して、最初にマスタ振動子94に、次に制動デバイスに供給する。第1の実施形態では、補助トランスミッションを介して制動デバイスに動力が供給され(バージョンV1)、この補助トランスミッションのホイールセットは、制動パルスがトリガされる時間を決定するのみならず、このパルス生成器を作動させるために必要な動力を伝達するパルス生成器の制御機構を形成する。第2の実施形態では、これら2つの機能を作動フィンガで直接実行するのは、ガンギ車である(バージョンV2)。この配置は、マスタ振動子に連結されたホイールセットからスレーブ振動子に連結されたホイールセットを完全に分離するという利点を有する。これは、マスタ振動子の動作と精度に影響を及ぼす可能性のある2つの振動子間のあらゆる可能な結合を阻止する。スレーブ振動子とマスタ振動子との間で想定される唯一の相互作用は、制動パルスによって構成される。
図5は、考慮され得る一般的な代替構成を示している。計時器ムーブメントの主要部分および修正デバイスは、同じ単一の動力源、すなわち、その動力を供給するバレルを、共有のトランスミッションを介して、差動機構へ共有し、差動機構は、この動力を、最初に、スレーブ振動子92へ、および時間表示機構へ、次に、マスタ振動子94へ、および制動デバイスへ分配することが特徴とされる。この代替案は、直列または並列の複数のバレルが、差動機構に動力を供給するために使用されることを阻止しないことに留意されたい。
さらなる特定の実施形態を提示する前に、マスタ補助振動子に対するスレーブ主振動子の同期が、どのように得られるのかに加えて、本発明による計時器の注目すべき動作が詳細に説明される。
以下のテキストは、図6および図7を参照して、本発明に至る開発の範囲内で強調され、本発明による計時器で実施される同期方法に関係する注目すべき物理現象を説明する。この現象を理解することにより、機械式ムーブメントの動作を調整する修正デバイスによって得られる同期をより良く理解することが可能になり、この結果が以下で詳しく説明される。
図6と図7では、最初のグラフは、制動パルスP1、P2が、問題となっている機械式共振器にそれぞれ加えられ、この共振器によって形成される、機械式振動子によってペーシングされる機構の動作を修正する時間tP1を示している。後者の2つのグラフはそれぞれ、機械式共振器の振動部材(以下「てん輪」ともいう)の経時的な角速度(毎秒のラジアンの値:[rad/s])および角度位置(ラジアンの値:[rad])を示す。曲線90、92はそれぞれ、制動パルスの発生前に自由に振動(その固有周波数における振動)するてん輪の角速度および角度位置に対応する。制動パルス後、制動パルスからの外乱を伴うシナリオ、および外乱のないシナリオにおける共振器の振舞いにそれぞれ対応する速度曲線90a、90bが示される。同様に、位置曲線92a、92bはそれぞれ、制動パルスからの外乱を伴うシナリオ、および外乱のないシナリオにおける共振器の振舞いに対応する。これら図において、制動パルスP1、P2が発生する時間tP1、tP2は、これらのパルスの中点の時間位置に対応する。しかしながら、制動パルスの開始およびその持続時間は、時間に関して制動パルスを画定する2つのパラメータであると考慮される。
パルスP1、P2は、図6および図7においてバイナリ信号によって表されていることに留意されたい。しかしながら、以下の説明では、制御パルスではなく機械式共振器に加えられる機械的な制動パルスが考慮される。したがって、特定の実施形態では、特に機械式制御デバイスを有する機械式修正デバイスでは、機械的な制動パルスを加える前に、少なくとも部分的に制御パルスが発生する場合があることに留意されたい。このような場合、以下の説明では、制動パルスP1、P2は、共振器に加えられる機械的な制動パルスに対応し、以前の制御パルスには対応しない。
さらに、制動パルスは、一定の力結合または非一定の力結合(たとえば、実質的にガウス曲線または正弦曲線)で加えられることに留意されたい。「制動パルス」という用語は、機械式共振器へ力結合を瞬間的に加えることを示し、機械式共振器は、その振動部材(てん輪)を制動する。すなわち、この振動部材の振動運動に対向する。可変の、ゼロではない結合の場合、パルスの持続時間は、一般に、機械式共振器を制動するための顕著な力結合を有するこのパルスの一部として画定される。制動パルスは、顕著な変動を示す場合があることに留意されたい。途切れがちの、短いパルスが連続することもあり得る。一定の結合の場合、各パルスの持続時間は、設定点周期の半分未満であり、好ましくは設定点周期の1/4よりも短いと想定される。各制動パルスは、図6および図7のように機械式共振器を停止させることなく制動をかけ得るか、制動パルス中に停止させ、この制動パルスの残りの間に、瞬間的に停止させ得ることに留意されたい。
機械式振動子の自由な各振動周期T0は、この機械式振動子の振動振幅を画定する2つの終了位置間でそれぞれ発生する第2の半周期A02が続く第1の半周期A01を画定し、各半周期は、同じ持続時間T0/2を有し、中央時間において、機械式共振器のゼロ位置を経由する機械式共振器の通過を示す。振動の2つの連続した半周期は、てん輪がそれぞれ一方向の振動運動を維持し、その後、他方向の振動運動を維持する2つの1/2周期を画定する。換言すれば、半周期は、振動振幅を画定するその2つの終了位置の間の一方向または他方向のてん輪の振動に対応する。原則として、制動パルスが発生する振動周期の変動、したがって機械式振動子の周波数の孤立した変動が観察される。実際、時間変動は、制動パルスが発生する唯一の半周期に関連している。「中央時間」という用語は、半周期の中間点で実質的に発生する時間を示す。これは、特に機械式振動子が自由に振動する場合である。一方、調整パルスが発生する半周期の場合、この中央時間は、調整デバイスによって引き起こされる機械式振動子の外乱により、これらの半周期のおのおのの持続時間の中間点に正確に対応しなくなる。
次に、図6に示されたものに対応する、その振動周波数の第1の修正シナリオにおける機械式振動子の振舞いを説明する。第1の周期T0後、次に、それぞれ新たな半周期A1である新たな周期T1、が始まり、この間に、制動パルスP1が発生する。半周期A1は初期時間tD1において開始し、共振器14は、終了位置に対応する最大の正の角度位置を占める。次に、制動パルスP1は、共振器がそのニュートラル位置を通過する中央時間tN1の前に、したがって、外乱のない振動の対応する中央時間tN0の前に位置する時間tP1でも発生する。最後に、半周期A1は、終了時間tF1で終了する。制動パルスは、半周期A1の開始を示す時間tD1後の時間間隔TA1の後にトリガされる。持続時間TA1は、1/2半周期T0/4から、制動パルスP1の持続時間を引いたものよりも短い。与えられた例では、この制動パルスの持続時間は、1/2半周期T0/4よりもかなり短い。
したがって、この第1の場合では、制動パルスは、半周期の開始と、この半周期での共振器のニュートラル位置を経由する共振器の通過との間に生成される。制動パルスP1の間、絶対値での角速度は減少する。このような制動パルスは、角速度の2つの曲線90a、90bおよび角度位置の2つの曲線92a、92bによって、図6に示すように、共振器の振動に負の時間位相シフトTC1、すなわち、外乱のない理論信号(破線で表示)に対する遅延をもたらす。したがって、半周期A1の持続時間は、時間間隔TC1だけ増加する。したがって、半周期A1を備える振動周期T1は、値T0に対して延長される。これは、機械式振動子の周波数の孤立した減少と、関連付けられた機構の瞬間的な減速をもたらし、この機械式振動子によって、その動作がペーシングされる。
図7を参照して、その発振周波数の第2の修正シナリオにおける機械式振動子の振舞いを以下に説明する。第1の周期T0後、次に、それぞれ半周期A2である新たな振動周期T2が始まり、この間に、制動パルスP2が発生する。半周期A2が、初期時間tD2において始まり、その後機械式共振器は、終了位置(最大の負の角度位置)にある。1/2半周期に対応する1/4周期T0/4の後、共振器は、中央時間tN2においてニュートラル位置に到達する。次に、制動パルスP2は、共振器がそのニュートラル位置を通過する中央時間tN2の後に、半周期A2に位置する時間tP2で発生する。最後に、制動パルスP2の後、この半周期A2は、共振器が再び終了位置(周期T2における最大の正の角度位置)を占める終了時間tF2において、したがって、外乱のない振動の対応する終了時間tF0の前でも発生する。制動パルスは、半周期A2の初期時間tD2後の時間間隔TA2の後にトリガされる。持続時間TA2は、1/2半周期T0/4よりも長く、半周期T0/2から、制動パルスP2の持続時間を引いたものよりも短い。与えられた例では、この制動パルスの持続時間は、1/2半周期よりもかなり短い。
したがって、問題となっている第2のシナリオでは、半周期において、共振器がニュートラル位置(ゼロ位置)を通過する中央時間と、この半周期が終了する終了時間との間に、制動パルスが生成される。制動パルスP2の間、絶対値での角速度は減少する。注目すべきことに、この場合、角速度の2つの曲線90b、90cおよび角度位置の2つの曲線92b、92cによって、図7に示されるように、制動パルスは、共振器の振動において、正の時間位相シフトTC2、すなわち、(破線で示すように)外乱のない理論信号に対する先行をもたらす。したがって、半周期A2の持続時間は、時間間隔TC2だけ減少する。したがって、半周期A2を備える振動周期T2は、値T0よりも短い。これは、機械式振動子の周波数の孤立した増加と、関連付けられた機構の瞬間的な加速をもたらし、この機械式振動子によって、その動作が計時される。この現象は驚くべきことであり、明白ではない。これが、過去に当業者がこのことを無視していた理由である。実際、制動パルスにより、機構の加速を得ることは、原理的に驚くべきことであるが、これは実際には、この動作が機械式振動子によりペーシングされ、制動パルスがその共振器に加えられる場合である。
機械式振動子について上述した物理現象は、本発明による計時器で実施される同期方法に含まれる。計時器の分野での一般的な教示とは異なり、制動パルスで機械式振動子の周波数を低下させるのみならず、制動パルスで機械式振動子の周波数を増加させることもできる。当業者は、制動パルスを用いて、機械式振動子の周波数を実際に低下のみさせることができ、必然的に、前記振動子に電力を供給するときに、駆動パルスを加えることによって、このような機械式振動子の周波数を増加のみさせることができると期待するであろう。計時器の分野で確立され、したがって当業者が最初に思い付くようになったこのような直観的なアイデアは、機械式振動子にとって不正確であることが判明している。したがって、以下で詳細に説明するように、マスタ振動子を画定する補助振動子によって、わずかに高すぎるまたは低すぎる周波数を瞬間的に有するか否かに関わらず、さらに非常に正確な機械式振動子を同期させることが可能である。したがって、単に制動パルスによって、高すぎる周波数または低すぎる周波数を修正することが可能である。要約すると、てん輪−ヒゲゼンマイの振動の半周期中に制動結合を加えると、そのニュートラル位置を経由したてん輪−ヒゲゼンマイの通過の前または後にそれぞれ、前記制動トルクが加えられるか否かによって、このてん輪−ヒゲゼンマイの振動における負または正の位相シフトをもたらす。
本発明によって計時器に組み込まれた修正デバイスの、結果として生じる同期方法を、以下に説明する。図8Aは、250msの振動周期中に、300°の振幅で振動する計時器機械式共振器の角度位置(度)を示す。図8Bは、連続的な振動周期内で制動パルスが加えられた時間にしたがって、すなわち、機械式共振器の角度位置にしたがって、機械式共振器の連続的な振動周期内で加えられた1ミリ秒(1ms)の制動パルスによって生成される毎日の誤差を示す。この場合は、機械式振動子が、4Hzの固有周波数で自由に機能するという事実に基づく(外乱のないシナリオ)。各制動パルスによって加えられる3つの力結合(100nNm、300nNm、500nNm)に対して、それぞれ3つの曲線が与えられる。結果は、上記の物理現象、つまり、第1の1/4周期または第3の1/4周期に発生する制動パルスは、機械式振動子の周波数の低下に起因する遅延をもたらす一方、第2の1/4周期または第4の1/4周期に発生する制動パルスは、機械式振動子の周波数の増加に起因する先行をもたらすことを確認する。次に、所与の力結合について、共振器のニュートラル位置で発生する制動パルスの毎日の誤差がゼロに等しく、振動の終了位置に接近すると、この毎日の誤差は、(絶対値において)増加することが観察される。共振器の速度がゼロを通過し、動きの方向が変化するこの終了位置では、毎日の誤差の符号が突然反転する。最後に、図8Cは、振動周期中に制動パルスが加えられた時間に応じて、上記の3つの力結合値に対して消費される制動力を与えている。共振器の終了位置に接近すると速度が低下するため、制動力も低下する。したがって、もたらされる毎日の誤差は、終了位置に接近すると増加するが、必要な制動力(したがって、振動子によって失われるエネルギ)は大幅に減少する。
図8Bにおいてもたらされる誤差は、実際には、機械式振動子が、設定点周波数に対応しない固有周波数を有するシナリオの修正に対応し得る。したがって、振動子が、低すぎる固有振動数を有する場合、振動周期の第2または第4の1/4に発生する制動パルスにより、自由な(外乱のない)振動によって採り入れられる遅延の修正が可能になる場合があり、この修正は、振動周期内の制動パルスの時間に応じてほぼ実質的である。一方、振動子が、高すぎる固有周波数を有する場合、振動周期の第1または第3の1/4に発生する制動パルスにより、自由な振動によって採り入れられる先行の修正が可能になる場合があり、この修正は、振動周期内の制動パルスの時間に応じてほぼ実質的である。
上記で与えられた教示により、補助機械式振動子上の主機械式振動子(スレーブ振動子)の同期の、注目すべき現象を理解することが可能となり、正の整数Nで除された設定点周波数F0Cを2倍にする、すなわち、FFR=2F0C/Nにするために、有利に対応する制動周波数FFRで、スレーブ機械式共振器に、単に制動パルスを周期的に加えることにより、マスタ振動子を形成する。したがって、制動周波数は、マスタ振動子の設定点周波数に比例し、正の整数Nを与えられると、単にこの設定点周波数に依存する。設定点周波数は、基準周波数を乗じられた分数に等しいと想定されるので、制動周波数は、基準周波数に比例し、この基準周波数によって決定される。この基準周波数は、本来、または設計によって、主機械式振動子よりもより正確である、補助機械式振動子によって供給される。
本発明によって計時器に組み込まれた修正デバイスによって得られた上述の同期は、図9から図22を活用してより詳細に説明される。
図9は、先頭グラフにおいて、自由に振動し(曲線100)、制動により振動する(曲線102)スレーブ機械式共振器、特に計時器共振器のてん輪−ヒゲゼンマイの角度位置を示す。自由振動の周波数は、設定点周波数F0C=4Hzよりも大きい。第1の機械的な制動パルス104(以下、「パルス」とも称される)は、この場合、終了位置を経由する通過と、ゼロを経由する通過との間の1/2半周期における振動周期ごとに1回発生する。想定されるシステムは機械式共振器の角度位置を検出しないため、この選択は任意である。したがって、これは、とりわけ、以下で分析される可能性のある仮説にすぎない。したがって、機械式振動子の減速のシナリオが、ここで観察される。この場合、第1の制動パルスの制動トルクは、振動周期にわたって自由な振動子によって採り入れられる先行を補償するための最小の制動トルクよりも大きいと想定される。これにより、第2の制動パルスは、これらのパルスが発生する1/4周期内で第1よりもわずかに前に生じる。機械式振動子の瞬時周波数を与える曲線106は、実際、瞬時周波数が、第1のパルスから、設定点周波数を下回ることを示している。したがって、第2の制動パルスは、先行する終了位置により近く、後続のパルスでは、制動効果が増加するという具合である。したがって、変動位相では、振動子の瞬時周波数は漸進的に低下し、パルスは、振動の終了位置に漸進的に近づく。一定時間後、制動パルスは、機械式共振器の速度が方向を変え、その後、瞬時周波数が増加し始める、終了位置を経由する通過を備えている。
この制動は、共振器の動きの方向に関わらず、共振器の動きに対向することを特徴とする。したがって、共振器は、制動パルス中にその振動の方向の反転で通過するとき、制動トルクは、この反転時に、符号を自動的に変える。これは、制動トルクに、第1の符号を有する第1の部分と、第1の符号と反対の第2の符号を有する第2の部分とを有する制動パルス104aを与える。したがって、このシナリオでは、信号の第1の部分は、終了位置の前に発生し、この終了位置の後に発生する第2の部分の効果に反する。第2の部分は、機械式振動子の瞬時周波数を低下させるが、第1の部分は、増加させる。その後、振動子の瞬時周波数が(この場合、制動周波数に対応する)設定点周波数に等しい値において、最終的に比較的迅速に安定するために、修正は減少する。したがって、変動位相の後には、同期位相とも称される安定位相が続く。この場合、振動周波数は設定点周波数に実質的に等しく、制動パルスの第1および第2の部分は、実質的に一定の、画定された比率を有する。
図10におけるグラフは、図9におけるグラフと同等である。主な違いは、自由な機械式振動子の固有周波数の値であり、これは、設定点周波数F0C=4Hz未満である。第1のパルス104は、図9と同じ1/2半周期において発生する。予想通り、曲線110によって与えられる瞬時周波数の減少が観察される。したがって、制動を伴う振動108は、パルス104bが終了位置を経由して共振器の通過を包含し始めるまで、変動位相において瞬間的により多くの遅延を採る。終了位置の前に発生するパルスの第1の部分は、瞬時周波数を増加させるので、この時から、設定点周波数に達するまで瞬時周波数が増加し始める。この現象は、自動的である。実際、振動周期の持続時間は、設定点周期T0Cの持続時間よりも長い間、パルスの第1の部分は増加するが、第2の部分は減少し、その結果、瞬時周波数は増加し続け、設定点周期は、実質的に振動周期に等しい安定した状態になる。したがって、目的とされた同期が得られる。
図11におけるグラフは、図10におけるグラフと同等である。主な違いは、第1の制動パルス114は、図10とは別の1/2半周期、すなわちゼロを経由する通過と、終了位置を経由する通過との間の1/2半周期において生じることである。上述したように、この場合、変動位相では、曲線112によって与えられる瞬時周波数における増加が観察される。この場合、第1の制動パルスの制動トルクは、振動周期にわたって自由な機械式振動子によって採られる遅延を補償するための最小の制動トルクよりも大きいと想定される。これにより、第2の制動パルスは、これらのパルスが発生する1/4周期内で第1よりもわずかに後に生じる。曲線112は、実際に、振動子の瞬時周波数が、第1のパルスから、設定点周波数を超えて増加することを示している。したがって、第2の制動パルスは、後続する終了位置により近く、後続のパルスでは制動効果が増加するという具合である。したがって、変動位相では、制動114を伴う振動の瞬時周波数が増加し、制動パルスは、振動の終了位置に漸進的に近づく。一定時間後、制動パルスは、機械式共振器の速度が方向を変える、終了位置を経由した通過を備えている。その時から、上記と同様の現象が観察される。制動パルス114aは、その後、2つの部分を有し、第2の部分は、瞬時周波数を低下させる。瞬時周波数におけるこの減少は、図9および図10を参照して与えられたものと同じ理由で、設定点値に等しい値になるまで続く。周波数における低下は、瞬時周波数が、設定点周波数に実質的に等しくなると、自動的に停止する。次に、同期位相における設定点周波数での機械式振動子の周波数の安定化が得られる。
図12から図15を活用して、振動周期中に第1の制動パルスが発生する、任意の時点での、遷移位相における機械式振動子の振舞いのみならず、振動周波数が設定点周波数において安定化される同期位相に対応する最終シナリオが説明される。図12は、機械式共振器の位置の曲線S1を用いて振動周期を表している。この場合、問題になっているシナリオでは、自由な機械式振動子(制動パルスなし)の固有振動周波数F0は、設定点周波数F0Cよりも大きい(F0>F0C)。振動周期は、通常、おのおの振動振幅に対応する2つの終了位置(tm-1、Am-1;tm、Am;tm+1、Am+1)の間にある第2の半周期A2が続く第1の半周期A1を備えている。次に、第1の半周期では、制動パルス「Imp1」が示され、その中点の時間位置が、時間t1において生じ、第2の半周期では、制動パルス「Imp2」が示され、その中点の時間位置が、時間t2において生じる。パルスImp1およびImp2はT0/2の位相シフトを示し、所与の制動トルクプロファイルに対して、システムの2つの不安定な平衡をもたらす修正に対応するという特徴がある。これらのパルスはそれぞれ振動周期の第1および第3の1/4において発生するため、自由な機械式振動子の過度に高い固有周波数を正確に修正できる程度まで機械式振動子を(制動パルスを加えるために選択された制動周波数で)制動する。パルスImp1、Imp2は両方とも第1のパルスであり、おのおのは、他のパルスがない場合に、それ自体で考慮されることに留意されたい。パルスImp1、Imp2の効果は同一であることに留意されたい。
したがって、時間t1またはt2において第1のパルスが発生すると、理論的には、次の振動周期中に、このシナリオが繰り返され、振動周波数は、設定点周波数に等しくなる。このようなシナリオでは、2つの点に留意されたい。第1に、時間t1またはt2において、第1のパルスが正確に発生する可能性は比較的低いが可能である。第2に、このような特定のシナリオが発生した場合、それは長期間続くことができない。実際、計時器におけるてん輪−ヒゲゼンマイの瞬時周波数は、様々な理由(振動振幅、温度、空間的方位の変化等)により、時間の経過とともにわずかに変化する。これらの理由は、精密な腕時計製造では、一般に、最小限に抑えることが求められている外乱を表すが、実際には、このような不安定な均衡は、あまり長く続かないという事実が残っている。制動トルクが高いほど、時間t1、t2は、それぞれに続くニュートラル位置を経由した機械式共振器の2つの通過時間に近くなることに留意されたい。また、固有振動周波数F0と設定点周波数F0Cとの差が大きいほど、時間t1、t2はまた、それぞれに続くニュートラル位置を経由した機械式共振器の2つの通過時間に近くなることに留意されたい。
次に、パルスを加えている間に、時間位置t1またはt2からわずかに逸脱したときに、何が起こるかを検討する。図12を参照して与えられた教示によれば、ゾーンZ1a内のパルスImp1の左(先行する時間位置)にパルスが発生した場合、後続する周期中に、先行する終了位置Am-1が漸進的に制動パルスに接近するように、修正が増える。一方、パルスImp1の右(後続する時間位置)で、ゼロ位置の左にパルスが発生した場合、後続する周期中にパルスは、修正のない、このゼロ位置に向かってドリフトするように修正が減少する。実際、パルスの効果が変化し、瞬時周波数が増加する。固有周波数はすでに高すぎるため、パルスは急速に終了位置Amにドリフトする。したがって、ゾーンZ1bにおいて、パルスImp1の右にパルスが生じると、後続するパルスは、後続する終了位置Amに漸進的に接近する。同じ振舞いは、第2の半周期A2でも観察される。ゾーンZ2aのパルスImp2の左にパルスが生じると、後続するパルスは、先行する終了位置Amに漸進的に接近するであろう。一方、ゾーンZ2bにおいてパルスImp2の右にパルスが生じると、後続するパルスは、後続する終了位置Am+1に漸進的に接近するであろう。この定式化は、相対的であり、実際には、制動パルスの印加周波数は、(制動周波数を与えられると)マスタ振動子によって設定され、変動するのは振動周期となり、制動パルスの印加時間に接近するのは、問題となっている終了位置になることに留意されたい。結論として、パルスが、t1以外の時間において、第1の半周期A1で発生した場合、瞬時振動周波数は、後続する振動周期中に、変動位相において進み、この第1の半周期の2つの終了位置のうちの1つ(機械式共振器の動きの方向の反転位置)は、制動パルスに漸進的に接近するようになる。同じことは、第2の半周期A2にも当てはまる。
図13は、上記の変動位相の後に発生する最終的な安定状態に対応する同期位相を示す。前述のように、制動パルス中に終了位置を経由した通過が生じると、場合に応じて、終了位置の直前または直後に、これらの制動パルスが、少なくとも完全に発生する制動パルスで、自由な機械式振動子の時間ドリフトを十分に修正できるように構成されている(力結合および持続時間)のであれば、この終了位置は、制動パルスと揃えられる。したがって、同期位相では、第1の半周期A1において第1のパルスが発生すると、振動の終了位置Am-1は、パルスImp1aと揃えられるか、振動の終了位置Amは、パルスImp1bと揃えられる。実質的に一定の結合の場合、スレーブ主振動子の高すぎる固有周波数と、マスタ補助振動子によって設定された設定点周波数との差を正確に修正できるように、パルスImp1a、Imp1bはおのおの第1の部分を有し、その持続時間は、第2の部分の持続時間よりも短い。同様に、同期位相では、第1のパルスが、第2の半周期A2おいて発生するのであれば、振動の終了位置Amは、パルスImp2aと揃えられるか、または、振動の終了位置Am+1は、パルスImp2bと揃えられる。
パルスImp1a、Imp1b,Imp2a、およびImp2bはそれぞれ、比較的安定した時間位置を占めることに留意されたい。確かに、これらのパルスの1つは、外乱により左または右にわずかにずれると、後続するパルスを、初期の相対時間位置に戻す効果を有する。その後、同期位相中に、機械式振動子の時間ドリフトが変化すると、振動はわずかな位相シフトを自動的に維持し、パルスImp1a、Imp1b,Imp2a、およびImp2bそれぞれの第1の部分と第2の部分との比は、制動パルスによってもたらされる修正を、周波数における新たな差に適応させる程度に変化する。本発明による計時器のこのような振舞いは、真に注目に値する。
図14および図15は、図12および図13に類似しているが、振動子の固有周波数が、設定点周波数未満であるシナリオの場合である。その結果、制動パルスによって行われた修正の不安定な平衡シナリオに対応するパルスImp3およびImp4は、それぞれ、パルスが、振動周波数の増加をもたらす第2および第4の1/4周期(時間t3および時間t4)に位置する。システムの振舞いは、先行する検討に由来するため、ここでは再び詳細に説明されない。変動位相(図14)において、ゾーンZ3aにおけるパルスImp3の左に、半周期A3においてパルスが生じると、先行する終了位置(tm-1、Am-1)は、後続するパルスに漸進的に接近する。一方、ゾーンZ3bにおいて、パルスImp3の右にパルスが生じると、後続する終了位置(tm、Am)は、後続するパルスに漸進的に接近する。同様に、ゾーンZ4aにおいて、パルスImp4の左に、半周期A4においてパルスが生じると、先行する終了位置(tm、Am)は、後続するパルスに漸進的に接近する。最後に、ゾーンZ4bにおいて、パルスImp4の右にパルスが生じると、後続する終了位置(tm+1、Am+1)は、遷移位相中、後続するパルスに漸進的に接近する。
同期位相(図15)において、第1の半周期A3において第1のパルスが発生すると、振動の終了位置Am-1は、パルスImp3aと揃えられるか、振動の終了位置Amは、パルスImp3bと揃えられる。実質的に一定の結合の場合、パルスImp3a、Imp3bはおのおの、第1の部分を有し、その持続時間は、スレーブ主振動子の低すぎる固有周波数と、マスタ補助振動子によって設定された設定点周波数との差を正確に修正するために、その持続時間がその第2の部分の持続時間よりも長い。同様に、同期位相において、第1のパルスは、第2の半周期A4で発生すると、振動の終了位置Amは、パルスImp4aと揃えられるか、振動の終了位置Am+1は、パルスImp4bと揃えられる。図12および図13を参照して上記で説明したシナリオの範囲内で行われるその他の検討は、図14および図15のシナリオと同様に適用される。結論として、自由な機械式振動子の固有周波数が高すぎるか低すぎるかに関わらず、振動周期内の第1の制動パルスが加えられる時間に関係なく、本発明による修正デバイスは効果的であり、機械式振動子の共振器に制動パルスが加えられる制動周波数を制御するマスタ補助振動子の基準周波数によって決定される設定点周波数において、機械式ムーブメントの動作をペーシングする機械式振動子の周波数を迅速に同期させる。これは、機械式振動子の固有周波数が変化し、特定の期間では設定点周波数よりも高く、他の期間ではこの設定点周波数よりも低い場合でも、依然として正しい。
上記で与えられた教示および本発明による計時器の特徴によって得られる同期は、制動パルスを加えるための制動周波数が設定点周波数に等しくないシナリオにも当てはまる。振動周期毎に1つのパルスを加える場合、不安定な位置(t1、Imp1、t2、Imp2、t3、Imp3、t4、Imp4)で発生するパルスは、単一の振動周期中に時間ドリフトを補償する修正に対応する。他方、想定される制動パルスが、複数の振動周期中の時間ドリフトを修正するのに十分な効果を有する場合、この複数の振動周期に等しい時間間隔ごとに単一のパルスを加えることが可能である。その後、振動周期ごとに1つのパルスが生成されるシナリオに関して同じ振舞いが観察される。パルスが発生する振動周期を考慮すると、上記のシナリオと同じ変動位相と、同じ同期位相とがある。さらに、これらの検討は、各制動パルスの間に、整数の半周期がある場合にも正しい。奇数の半周期の場合、場合に応じて、図12から図15における半周期A1またはA3から、半周期A2またはA4へ、遷移が交互に行われる。半周期によってオフセットされた2つのパルスの効果は同じであるため、2つの連続する制動パルス間の偶数回の半周期に関して、同期が実行されることが理解される。結論として、すでに述べたように、図12から図15を参照して説明したシステムの振舞いは、制動周波数FFRが2F0C/Nに等しくなると観察され、F0Cは、振動周波数の設定点周波数であり、Nは正の整数である。
あまり関心はないが、同期は、設定点周波数の2倍(2F0)より大きい制動周波数FFR、すなわちN>2の場合、F0のN倍に等しい値について得られることに留意されたい。FFR=4F0である代替実施形態では、機械式共振器のニュートラルポイントにおいて、2パルス毎に1つが発生するため、同期位相において影響を与えずにシステム内のエネルギ損失のみが存在する。2F0より高い制動周波数FFRの場合、終了位置で発生しない同期位相におけるパルスは、その対の効果を相殺する。したがって、これらは大きな実用的な意味はない理論的なシナリオであることが理解される。
図16および図17は、設定点周波数の1/4に等しい制動周波数FFRの代替実施形態のための同期位相を示し、したがって、4つの振動周期ごとに1つの制動パルスが発生する。図18および図19はそれぞれ、図16および図17の部分拡大図である。図16は、主振動子の固有周波数が、設定点周波数F0C=4Hzよりも大きいシナリオに関し、図17は、主振動子の固有周波数が、この設定点周波数よりも大きいシナリオに関する。制動パルスImp1bまたはImp2a、Imp3bまたはImp4aそれぞれが発生する振動周期T1*およびT2*のみが、固有周期T0*に対する変動を示すことが観察される。制動パルスは、対応する周期において単に位相シフトをもたらす。したがって、この場合、瞬時周期は、設定点周期間の平均値に等しい平均値のあたりで振動する。図16から図19では、瞬時周期は、振動信号の立ち上がりエッジでゼロを経由する通過から、このような後続する通過まで測定されることに留意されたい。したがって、終了位置において発生する同期パルスは、振動周期に完全に含まれる。包括的であるために、図20は、固有周波数が、設定点周波数に等しい特定のシナリオを示している。この場合、振動周期T0*はすべて等しいままであり、制動パルスImp5は、(一定の制動トルクの場合)同一の持続時間を有するこれらパルスの第1および第2の部分を有する自由振動の終了位置において正確に発生し、第1の部分の効果は、第2の部分の反対の効果によって相殺される。
図21は、設定点周波数F0C=3Hzの振動周期の変化と、機械式振動子の3つの振動周期ごとに発生する、1日あたり550秒、すなわち、1日あたり約9分の毎日の誤差を示す時間表示機構の動作をペーシングする適切な制動パルスとを示している。この誤差は非常に顕著であるが、制動デバイスは、このような誤差を修正できるように構成されている。この場合、制動効果は比較的顕著である必要があり、瞬時周期の大きな変動があるが、平均周期は、本発明による計時器における修正デバイスの噛合後の設定点周期と、短い変動位相とに、実質的に等しい。修正デバイスが動作していないとき、予想されるように、総時間誤差は、時間に応じて線形的に増加するのに対し、修正デバイスの噛合後に、この誤差は、急速に安定化されることが観察される。したがって、時間が、このような修正デバイスの噛合と、変動位相と後に設定された場合、(「累積誤差」とも称される)合計誤差は、低いままであるため、計時器はその後、この計時器に組み込まれ、制動デバイスに関連付けられているマスタ振動子の精度に対応する精度で時間を示す。
図22は、本発明による修正デバイスの噛合後のスレーブ機械式振動子の振幅の進行を示す。変動位相では、第1のパルスがゼロ位置(ニュートラル位置)の近くで生じるシナリオにおいて、振幅における比較的明白な減少が観察される。図8Cのグラフに見られるように、特にこの変動位相の第1の部分で発生する様々な制動パルスは、比較的大きなエネルギ損失をもたらす。その後、エネルギ損失は比較的急速に減少し、最終的に同期位相における所与の修正に対して最小になる。そのため、パルスが機械式共振器の終了位置を経由した通過を含むと、再び振幅が増加し、同期位相の開始時に増加し続けるが、散逸した制動エネルギは、その後、機械式振動子の振幅変動に対する比較的大きな時定数が仮定されると、その最小値で安定化することが観察される。したがって、本発明による計時器はさらに、想定される制動パルスによって、振動子によって散逸されるエネルギが最小である同期位相で安定化するという利点を有する。実際、振動子は、その振幅の安定化の後、想定される制動パルスの振幅における最小の可能な減少を示す。これは、主振動子を維持しているゼンマイが解放されると、機械式ムーブメントの動作を実行するための最小振動振幅が、正確な運転を保証しながら可能な限り遅く達成されるため、利点である。したがって、本発明による同期を生成する機械式ムーブメントの動作を修正するデバイスは、パワーリザーブための最小化された影響を有する。
制動パルスによって生成される外乱、特に計時器ムーブメントのエネルギ損失を最小化するために、短いパルス持続時間、さらには非常に短いパルス持続時間が、好ましくは選択される。したがって、特定の代替実施形態では、制動パルスのおのおのは、設定点周期の1/10未満の持続時間を有する。好ましい代替実施形態では、制動パルスはおのおの、前記設定点周期の1/250から1/40までの間の持続時間を有する。後者の場合、4Hzに等しい設定点周波数の場合、パルスの持続時間は、0.1ミリ秒から5ミリ秒までの間である。
図1から図3を参照して、制動デバイスは、スレーブ振動子の使用可能な動作範囲内の振動周期の実質的にいつでも、機械的な制動パルスをスレーブ機械式共振器に加えることを可能にする円形制動面を有する機械式共振器を備えた計時器が説明されている。これは好ましい代替実施形態である。計時器ムーブメントは一般に、有利な連続的な外部面を備えた円形フェローを有するてん輪を有するので、上記の好ましい代替実施形態は、その機械式振動子の修正を必要とせずにこのようなムーブメントに容易に実施され得る。この好ましい代替実施形態により、変動位相の持続時間を最小化し、最適な時間内に所望の同期を実行することを可能にすると理解される。
しかしながら、一定期間後、スレーブ機械式共振器および機械式制動デバイスによって形成される機械式システムとの安定した同期がすでに得られている場合があり、この機械式システムは、機械式制動デバイスが、スレーブ機械式共振器の任意の位置で、この画定された共振器の位置の連続的または準連続的範囲においてのみ周期的な制動パルスを開始できるように構成され、この範囲は、スレーブ機械式共振器のニュートラル位置から、両側面のうちの第1の側面において、その使用可能な動作範囲に対するスレーブ振動子の振幅の範囲によって定義される。有利なことに、この位置の範囲は、最小振幅の側面において、最小振幅のために、動的な乾燥摩擦によって制動パルスを可能とするように、制動パルスの持続時間に対応する角度距離まで増加される。機械式システムが、すべての半周期において、単にすべての振動周期においてではなく機能できるように、この機械式システムは、機械式制動デバイスが、その使用可能な動作範囲に対するスレーブ機械式振動子の振幅の範囲内において、前記ニュートラル位置からの2つの側面のうちの第2の側面における機械式共振器の任意の位置において、周期的な制動パルスを開始できるようにも構成される必要がある。有利には、位置の範囲はまた、最小振幅の側面において、少なくとも制動パルスの持続時間に実質的に対応する角度距離だけ増加する。
したがって、第1の一般的な代替実施形態では、スレーブ機械式共振器の位置の上述した連続的または準連続的範囲は、そのニュートラル位置から2つの側面の第1の側面において、少なくとも、スレーブ振動子が、このスレーブ振動子の使用可能な動作範囲のためにこの第1の側面において有しやすい振幅の範囲にわたって、そしてその上有利なことに、振幅の範囲の最小振幅の側面において、少なくとも、制動パルスの持続時間に実質的に対応する角度距離にわたって延びる。第2の一般的な代替実施形態では、第1の連続的または準連続的範囲である第1の一般的な代替実施形態において上記で定義された連続的または準連続的範囲に加えて、上述の機械式システムは、スレーブ振動子が、前記使用可能な動作範囲のためにこの第2の側面において、そしてその上有利なことに、少なくとも前記第1の角度距離にわたる振幅の、使用可能な動作範囲の最小振幅の側面において有しやすい、振幅の範囲にわたって延びるこのスレーブ機械式共振器の少なくとも第2の連続的または準連続的な範囲におけるそのニュートラル位置からの2つの側面のうちの第2の側面において、機械式制動デバイスが、スレーブ機械式共振器の任意の位置において周期的な制動パルスを開始できるように構成されている。
最後に、本発明の範囲内で、2つの周期的な制動パルスのカテゴリは、スレーブ機械式共振器に加えられる機械的な力結合の強度および周期的な制動パルスの持続時間に関して区別され得る。第1のカテゴリに関しては、スレーブ振動子の使用可能な動作範囲について、少なくとも上述された変動位相の大部分における周期的な制動パルス中に、スレーブ機械式共振器を瞬間的にロックしないように、制動トルクと制動パルスの持続時間が想定される。この場合、システムは、各制動パルス中、少なくとも可能な前記変動位相の大部分において、機械的な制動トルクがスレーブ機械式共振器に加えられるように配置される。
有利な代替実施形態では、振動部材および制動部材は、少なくとも可能な前記変動位相の大部分において、本質的には制動部材と、振動部材の制動面との間の動的な乾燥摩擦によって周期的な制動パルスが加えられるように配置される。第2のカテゴリに関しては、スレーブ振動子の使用可能な動作範囲について、および上述した同期位相において、少なくともその端部において、周期的な制動パルス中に機械式共振器をロックするように、機械的な制動トルクと、周期的な制動パルスの持続時間が想定される。
特定の代替実施形態では、同期位相では、周期的な制動パルスによって、スレーブ機械式共振器の瞬間的なロックが想定されるが、周期的な制動パルスが、スレーブ機械式共振器の終了位置の外側で発生する、可能な変動位相の初期部分では、機械式共振器は、これらの周期的な制動パルスによってロックされない。
図23Aから図23Cは、本発明による計時器の第4の実施形態における修正デバイスの一連の動作を示す。スレーブ主共振器6および機械式修正デバイス52Aのみが示されている。修正デバイスは、マスタ補助振動子96によって、および、制動パルス生成機構50Aを備えている第1の実施形態の範囲内で示されたものと同様の制動デバイス56Aによって形成される。マスタ振動子96は、第2の実施形態の振動子54に類似している。マスタ振動子96の動作は類似しており、ここでは再度説明されない。マスタ振動子96は、その2つの振動枝の自由端に、軸方向の磁化を有する2つの磁石99、100をそれぞれ支える音叉によって形成されるその共振器98によって異なる。これらの磁石は、共振器98をガンギ車68に結合するために使用される。ガンギ車と2つの磁石は、マスタ振動子96の磁気脱進機を形成する。音叉は、逆位相で振動するその2つの分岐を備えた基本共振モードを有するため、および、音叉が支える2つの磁石99、100は、アイドル状態において、ガンギ車の回転軸に対して正反対に配置されるため、ガンギ車の磁気構造の磁気周期の数は、偶数であると想定される。音叉は、比較的高い固有振動数を有することができ、これによって、代替実施形態では、作動フィンガ58が、修正デバイス52Aの動作に必要な機械的動力の補助トランスミッションのために歯車列のホイールセット上に配置されるように考慮され、このホイールセットは、ガンギ車68よりも遅い速度で回転する。
修正デバイスの動作は、ガンギ車68および作動フィンガ58によって形成される制御機構が、制動パルス生成機構50Aに逆に作用するという点で、前述の実施形態の動作とは異なる。図2Aにおけるように、フィンガ58が、レバー40の端部41に向かって回転するとき、レバー40はアイドル状態であり、ストリップばね42は、てん輪8の制動面46から一定の距離にある(図23A)。しかしながら、フィンガがレバーの端部41に接触するとすぐに、レバーは、時計方向に回転し始め、ストリップばねは、制動面46に触れるまで、制動面46に向かって徐々に回転する一方、フィンガ58は、依然として、前記端部41を支えている(図23Bは、てん輪に接触したときのレバーを示す)。その後、フィンガは連続的に進み続けるので、フィンガと前記端部との接触が失われ、レバーが解放されるまで、ストリップばねは、ますますてん輪を押して、てん輪を制動し(図23C)、レバーは、前の段階で拡張されたばね44Aによって後方に引っ張られるので、制動パルスを終了させる。
この場合、ばね44Aの力は非常に小さくてもよいが、レバーの解放後のレバーの振動を阻止し、第1のパルスに続く制動期間中に第2の寄生制動パルスを引き起こすために、十分な減衰が想定されることが好ましい。制動パルスの持続時間は、ストリップばねが制動面に触れた後、作動フィンガがレバーの端部に接触し続ける角度距離によって決定される。この角度距離は、特に作動フィンガの長さの比を調整することにより、所定の値に設定され得る。この場合、制動トルクは、制動パルス中に増加し、レバーが解放されるとすぐに、ほぼ瞬時的に減少することに留意されたい。この力結合は、特にストリップばねの剛性と、レバーの2つのアーム間の長さとに応じて、所定の値に設定され得る。
図24Aから図24Cは、本発明による計時器の第5の実施形態における修正デバイスの一連の動作を示す。スレーブ主共振器6と、機械式修正デバイスの一部のみが示されている。修正デバイスは、ガンギ車34Aのみが図示されているマスタ補助振動子22A(その共振器およびアンクルアセンブリは、図1に示されたものと同様)、および制動デバイス56Aによって形成される。したがって、第1の実施形態と同様に、ガンギ車は、マスタ共振器の基準周波数によって決定される角速度でステップ状に回転する。制動デバイスは、第4の実施形態の範囲内で上述したものと同様の制動パルス生成機構50Aを備えている。このパルス生成器は、第4の実施形態のものと同様に動作する。この場合、制動デバイスの制御機構48Aは、ガンギ車によって、および、このガンギ車に正反対に取り付けられた2本のピン38によって、形成される。
前の実施形態とは対照的に、制御機構はステップ状に進む。ガンギ車のステップ中に、制動パルスの生成が想定される(図24B)。ガンギ車は、たとえば15の歯を有し、マスタ振動子22Aは、7.5Hzの基準周波数で動作する。ガンギ車は、1秒間に1/2回転し、これによって、1Hzの制動周波数で、制動パルスが生成される。マスタ振動子の各周期において、ガンギ車34Aは2つのステップを実行し、24°に等しい角度距離だけ進み、これによって、2つのステップの少なくとも1つは、少なくとも12°の回転に対応する。レバー40の端部41は、制御ホイールの所与のステップ中に、制動パルスが完全に生成されるように、回転ピン38によって画定される円に対して構成および位置される。制動パルスをもたらすために、発生するステップに先行する制御ホイールのステップ中に、レバーがすでに有利に回転されていることに留意されたい。このような場合、ストリップばね42が、前記先行するステップ中に、この制動面に触れることはないが、そこから短い距離で停止することによって、てん輪の制動面46に向かって回転するように、制動デバイスを配置するよう注意が払われる(図24A)。
図24Aから図24Cは、ガンギ車が2つの連続するステップを実行する基準期間にわたって発生する制動デバイスの3つの構成を示す。図24Aは、ガンギ車34Aの、決定されたステップの終了時における制動デバイスの第1の状態を示している。図24Bは、前記決定されたステップ(てん輪8への制動パルスの印加)に直接続く第1のステップ中の制動デバイスの第2の状態を示す。図24Cは、第2のステップが前記第1のステップに直接続く前に、ガンギ車34Aが、図24Bに示される第1のステップを完了した第3の状態に対応する。ステップ中に、ガンギ車34Aが非常に迅速に回転する(自由回転)と、制動パルスの持続時間は、比較的短くなり得る。