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Pièce d'horlogerie électrique La présente invention se rapporte aux pièces d'horlogerie électriques dans lesquelles le mouvement est commandé en accord avec la fréquence de la vibration électromécanique d'un vibreur.
On connaît déjà de telles pièces d'horlogerie dans lesquelles le vibreur est à anche lamellaire. On connaît d'autre part des résonateurs électromécaniques à barre ronde supportée par des vis permettant d'ajuster la position de la barre par rapport à un support, et par conséquent de régler la fréquence de sa vibration. Pour les pièces d'horlogerie, telles que par exemple, les horloges étalon qui exigent une grande précision, on peut utiliser un vibreur à anche lamellaire dont la vibration est entretenue par un oscillateur électrique.
La fréquence de vibration du vibreur à anche est ensuite abaissée par un diviseur de fréquence dont le signal de sortie est amplifié pour entraîner un moteur synchrone qui, à son tour, actionne le mouvement par un train de rouages approprié. Ces vibreurs à anche lamellaire ont une caractéristique de fréquence à simple syntonisation, mais la fréquence de leur vibration est fortement sensible aux variations de la température et de la pression atmosphérique.
En revanche les vibreurs à barre ronde qui sont faciles à obtenir par étirage à froid et n'exigent aucune opération d'usinage ont en général une section transversale qui n'est pas exactement circulaire mais légèrement elliptique.
Ils ont par conséquent une caractéristique de fréquence à double syntonisation. Si l'on monte dans une pièce d'horlogerie à la place d'un vibreur à anche lamellaire un vibreur à barre ronde et qu'on le fixe suivant le dispositif connu mentionné ci-dessus pour pouvoir régler sa fréquence de vibration en le rapprochant ou l'éloignant de son support,
ce dispositif présentera l'inconvénient d'influencer la rigidité de sa fixation .lorsqu'on ajustera cette distance en déplaçant individuellement ses points d'appui et provoquera des pertes d'énergie et des irrégularités dans le système vibrant.
La présente invention vise à éliminer ces incon- vénients tout en utilisant, au lieu d'un vibreur à anche lamellaire, un vibreur à barre ronde, ceci grâce à un dispositif de fixation permettant le réglage de la fréquence de vibration sans influencer la rigidité de sa fixation.
La présente invention a pour objet une pièce d'horlogerie dont l'organe régulateur est constitué par un vibreur à barre ronde à fréquence réglable, caractérisée en ce que la barre ronde de ce vibreur est orientée angulairement autour de son axe longitudinal de façon qu'elle ne soit soumise .qu'à des vibrations à caractère de simple syntonisation, cette barre étant supportée par deux barrettes transversales, fixées aux points de ses noeuds de vibration,
les extrémités de ces barrettes étant fixées à des plaques montées sur un organe de support lui-même monté sur un socle fixe muni de deux pôles magnétiques d'excitation, des moyens de fixation et de réglage permettant d'ajuster ledit organe de support en hauteur et de le fixer à la distance voulue dudit socle de façon à permettre le réglage de la fréquence de vibration de la barre par l'ajustage de la distance entre cette barre et les pôles magnétiques d'excitation.
Le dessin annexé représente schématiquement à titre d'exemple, une forme d'exécution de la pièce d'horlogerie électrique .objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation de côté d'un vibreur à barre ronde ;
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la fig. 2 est une vue en élévation, schématique, expliquant la manière dont le vibreur de la fig. 1 est supporté.
La fig. 3 est une vue en perspective schématique montrant le vibreur à barre ronde de la fi-. 1 et sa vibration.
La fig. 4 est une coupe transversale à échelle agrandie d'un vibreur à barre ronde.
Les fig. 5 et 8 indiquent la façon de vibrer des extrémités libres de la barre ronde.
Les fig. 6 et 7 sont des schémas des caractéristiques de fréquence de vibreurs à barre ronde.
La fig. 9 est un schéma d'ensemble d'une pièce d'horlogerie électrique à vibreur.
La fig. 10 est un diagramme des variations de la fréquence de vibration d'un vibreur à barre ronde, en fonction de la pression atmosphérique.
La fi-' 11 est un diagramme du coefficient de variation de la fréquence par rapport à la pression atmosphérique et le diamètre de la barre ronde.
Les fig. 12 et 13 sont des vues en élévation d'un dispositif de support et de réglage de la fréquence d'un vibreur à barre ronde avec dispositif de fixation traditionnel, et les fig. 14, 15 et 16 sont, respectivement, des vues en plan, en élévation et en perspective de la forme d'exécution du dispositif de support et de réglage de la fréquence du vibreur à barre ronde d'une pièce d'horlogerie selon la présente invention.
L'expression vibreur à barre ronde désigne un vibreur déflecteur avec des extrémités libres, comme représenté dans les fia. 1, 2 et 3, qui a la forme d'une barre de section transversale circulaire et possède deux noeuds de vibration dont chacun est disposé à une distance égale à 0,224 fois la longueur totale de la barre depuis l'extrémité correspondante de la barre ; la barre est supportée à l'endroit de ses deux noeuds par des moyens appropriés tels que le dispositif qui sera décrit plus loin. La matière qui compose cette barre est en général un alliage uniformément élastique tel que l'élinvar ou le coélinvar.
Etant donné que le vibreur a une section transversale circulaire, il présente l'avantage de pouvoir être facilement obtenu dans tous les calibres appropriés par simple étirage à froid. Toutefois, un vibreur ayant une section transversale exactement circulaire ne peut, à vrai dire, être obtenu par un tel procédé. En général, la section transversale est en réalité une ellipse très proche d'un cercle parfait.
Si les grand et petit axes de cette ellipse sont désignés par 2a et 2b, respectivement, et le centre de l'ellipse est pris au point d'origine, la fréquence de vibration fa et f@ dans les directions du petit et du grand axe, respectivement, peut être exprimée par les équations suivantes
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dans lesquelles E est le module de Young de la matière composant le vibreur, 1 est la longueur du vi- breur ; et Q est la densité de la matière du vibreur.
Par exemple, si le petit axe est de 3 microns plus court que le grand axe lorsque ce dernier a une longueur de 3 mm, et la fréquence de vibration dans la direction du grand axe de 1000 cycles par seconde, la fréquence de vibration dans la direction du petit axe sera de 999 cycles par seconde.
Toutefois, ces équations ne valent que si la force motrice est constante, c'est-à-dire si l'amplitude du vibreur est constante. Si l'amplitude de l'oscillation varie, les fréquences de vibrations dans le sens du petit axe et du grand axe sont représentées respectivement par les équations suivantes
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Dans lesquelles a désigne l'amplitude. Plus précisément, les fréquences de vibrations sont influencées par la variation de l'amplitude. c'est-à-dire que quand l'amplitude augmente, la valeur de la fréquence d'oscillation diminue et vice versa.
Puisque la force du pôle magnétique agissant sur le vibreur (force motrice) peut être changée en faisant varier la distance entre le pôle et le vibreur, la fréquence du vibreur peut être réglée en modifiant l'amplitude de l'oscillation de ce dernier. Ainsi, pour un vibreur à barre ronde, on obtient deux fréquences de vibration.
Pour ce motif, lorsque le vibreur est excité avec une fréquence motrice orientée, par exemple, dans une direction qui n'est ni celle du petit axe, ni celle du grand axe de la fig. 4, et que l'on observe au microscope l'amplitude de la vibration à la surface d'extrémité du vibreur, on observe des vibrations telles que représentées dans la fia. 5.
Plus précisément, la fi-. 5 représente les vibrations de la surface d'extrémité libre d'un vibreur à barre ronde observées à travers un microscope, lorsque ledit vibreur est mis en vibration dans des conditions variables au voisinage de sa fréquence naturelle. La fig. 5 (a) indique l'état dans lequel il n'existe presque pas de vibration à la surface d'extrémité, et la fig. 5 (b) indique l'état dans lequel l'amplitude de la vibration est devenue légèrement plus grande lorsque le vibreur est actionné par une fréquence qui est légèrement plus élevée que celle du cas de la fig. 5 (a).
Si la direction de la vibration dans cet état est prise comme direction X, la fig. 5 (c) indique l'état d'amplitude de vibration maximum dans la direction X et indique que, juste à ce moment, le vibreur vibre à une fréquence f1 représentée dans la fig. 6. La fig. 5 (d) indique un mouvement elliptique de la surface d'extrémité dû à l'introduction d'une composante de vibration dans la direction Y perpendiculaire à la direction X, l'am-
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plitude de la vibration dans la direction X étant plus faible que celle du cas représenté dans la fig. 5 (c).
Dans la fig. 5 (e) est représenté l'état dans lequel les deux composantes de vibration dans les directions X et Y sont devenues exactement égales, et la surface d'extrémité du vibreur est soumise à un mouvement circulaire, la fréquence à ce moment-là étant la fréquence f, représentée dans la fig. 6. La fig. 5 (f) indique l'état dans lequel la composante de vibration dans la direction X est devenue plus petite que celle dans le cas de la fig. 5(e), et la composante de vibration dans la direction Y est devenue plus grande.
La fig. 5 (g) indique l'état dans lequel la composante de vibration dans la direction X est devenue égale à zéro et la seule composante de vibration existant est celle agissant dans la direction Y, l'amplitude de la vibration étant maximum et sa fréquence à ce moment étant la fréquence f, désignée dans la fig. 6. Ensuite, si la fréquence d'entraînement augmente encore, l'amplitude dans la direction Y deviendra elle aussi plus petite comme indiqué dans la fig. 5 (h) jusqu'à ce que, comme indiqué dans la fia. 5 (i), il n'y ait presque plus de vibration.
Les états susmentionnés peuvent être graphiquement représentés dans la fi-. 6. Comme il ressort des fig. 5 et 6, un vibreur à barre ronde est soumis à des variations telles qu'indiquées dans les directions X et Y, même si la forme de sa section trans- versale est sensiblement celle d'un cercle parfait. Par conséquent la caractéristique de fréquence d'un tel vibreur est de nature à double syntonisation. Ceci signifie que le vibreur vibre à deux fréquences d'entraînement f 1 et f ,, .
La cause de ceci réside dans le fait que, comme mentionné ci-dessus, la forme de la section transversale du vibreur dévie légèrement de colle ducercle parfait et s'approche de celle d'une ellipse. En outre, puisque fi = f,2, le degré d'acuité de résonance Q est faible, et il est difficile d'obtenir une fréquence de vibration qui soit stable et précise. Par conséquent, une telle caractéristique est indésirable pour un vibreur.
L'un des buts de la pièce d'horlogerie décrite est l'élimination complète des difficultés susmentionnées. Pour y parvenir, la barre ronde est supportée d'une façon appropriée dans le voisinage de ses noeuds de vibration, dans une position angulaire appropriée autour de son axe longitudinal, et en excitant ledit vibreur à une fréquence proche de sa fréquence naturelle. Ainsi la vibration est parallèle à la direction d'entraînement, comme indiqué dans la fil. 8 (a) jusqu'à 8 (e), et il n'apparait aucune composante de vibration dans la direction perpendiculaire à ladite direction d'entraînement.
La vibration susmentionnée se produit lorsque le vibreur est actionné dans la direction du petit axe ou dans celle du grand axe de l'ellipse. Par conséquent, l'angle susmentionné déterminant une telle vibration existe dans quatre positions angulaires dans une révolution du vibreur. Puisque les vibrations indiquées dans la fia. 8 (a), (b) ... (e) correspondent aux points a, b, ... e de la fig. 7, la courbe de caractéristique de fréquence a une syntonisation simple comme représentée dans la fig. 7 d'une syntonisation double comme dans la fi-. 6.
Pour fixer la barre ronde à ses barrettes transversales, on procède de la façon suivante : Les noeuds sont supportés tout d'abord par deux fils minces courbés en leur centre en demi- cercle de façon à pouvoir être tournés librement. Pendant qu'on tourne la barre à la main, on l'excite par un électro-aimant pour déterminer les positions dans lesquelles la caractéristique de fréquence présente un seul sommet. Les barrettes sont alors fixées dans ces positions.
Comme indiqué plus haut, le vibreur à barre ronde peut être facilement obtenu dans n'importe quel calibre par étirage à froid et n'exige d'autre part aucune autre opération d'usinage. Par conséquent, les pertes de matière par usinage et la durée de la fabrication sont fortement réduites.
Il s'ensuit que si on le compare avec les vibreurs des pièces d'horlogerie à cristal, le vibreur présente de grands avantages au point de vue de sa fabrication, particulière- ment dans le cas de vibreurs pour vibration à basse fréquence. Le vibreur à barre ronde présente en outre l'avantage d'un faible effet des variations de la pression atmosphérique sur sa fréquence de vibration, cet effet étant de l'ordre de 1/c à 1/2 de celui constaté dans le cas d'un vibreur à anche vibrante lamellaire, d'un diapason, ou d'autres vibreurs analogues.
Un autre avantage, tout aussi important, du vibreur à barre ronde réside dans le fait que l'effet susmentionné des variations de la pression atmosphérique est toujours constant quelles que soient les dimensions du vibreur. Ces avantages sont mis en lumière dans les fig. 10 et 11.
La composition d'une pièce d'horlogerie électrique dans laquelle un vibreur à barre ronde est utilisé comme étalon de temps est représentée dans la fia. 9. La vibration du vibreur 1 est entretenue par un oscillateur 2, et la fréquence de vibration de ce vibreur est ensuite abaissée par un diviseur de fréquence 3. Le signal de sortie de ce diviseur de fré- quence 3 est amplifié par un amplificateur 4 de façon à entraîner un moteur synchrone 5. La rotation du moteur synchrone 5 fournit l'indication de l'heure au moyen d'un mécanisme d'horlogerie 6 qui comprend un train d'engrenages approprié.
Une batterie 7 cons- titue la source de courant d'alimentation de l'oscilla- teur 2 du diviseur de fréquence 3 et de l'amplificateur de sortie 4.
Ainsi, la précision de la pièce d'horlogerie réside dans la précision de la fréquence de vibration d'un vibreur à barre ronde. En outre, puisque le vibreur à barre ronde peut être fabriqué avec facilité, la pièce d'horlogerie électrique est bon marché et précise.
Suivant les méthodes connues utilisées pour supporter un vibreur à anche vibrante, ce dernier est supporté par des ressorts ou au moyen de chevilles
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comme indiqué dans la fig. 12. Lorsque la fréquence doit être réglée en ajustant la distance entre le vibreur et les pôles magnétiques, il est nécessaire de déplacer individuellement chacun des points d'appui, et, particulièrement dans le cas de chevilles de support, cette façon de procéder donne parfois lieu à des déformations telles qu'indiqué de façon fortement exagérée dans la fig. 13.
Par conséquent la rigidité de la fixation de la barre ronde et sa position angulaire sont influencées par les changements de support chaque fois qu'on procède à un réglage de la fréquence, ce qui affecte défavorablement le fonctionnement du vibreur. Cet effet constitue un grave inconvénient des moyens de support connus.
Le dispositif connu des fig. 12 et 13 comprend un socle 11, sur lequel sont montés des piliers de support 12a et 12b. Des plaques porte-barrettes 13a et 13b qui portent une barrette 17 et sont réglables en hauteur, sont maintenues par des vis 15a et 15b dans les positions déterminées sur les piliers de support 12a et 12b. La barrette 17 qui est fixée au vibreur à anche vibrante 16, repose sur les plaques porte-barrette 13a et 13b et est maintenue en place par des plaques de fixation 14a et 14b. Le vibreur 16 est ainsi supporté dans une position adéquate par rapport au pôle magnétique 18.
Ce dispositif connu présente donc l'inconvénient d'influencer la rigidité du support de la barre ronde lorsqu'il s'agit de régler la fréquence, comme il ressort de la fig. 13, ce quia pour conséquence un défaut de fonctionnement du vibreur.
Le dispositif de support représenté aux fig. 14, 15 et 16 comprend un socle 21, sur lequel est fixé un organe de support 22 présentant une creusure longitudinale en forme d'auge. L'organe de support 22 est monté de façon réglable en hauteur au moyen de vis de fixation 23a, 23b, 23c et 23d et de réglage 31.
Deux barrettes 27a et 27b qui sont fixées aux points des n#uds de vibration de la barre ronde 26, reposent sur le sommet de l'organe de support 22 et sont maintenues en place par des plaques de fixation 29a, 29b, 29e et 29d, qui, à leur tour, sont fixées à l'organe de support 22 par des vis 30, chaque plaque de fixation 29 étant fixée par deux vis 30 disposées à une distance S l'une de l'autre (fig. 15). La hauteur de l'organe de support 22 par rapport au socle 21 est réglable au moyen des vis 31. Des pôles magnétiques 28 et 28a sont montés sur le socle 21 et sont destinés à fournir l'excitation vibrationnelle à la barre ronde 26.
Dans ce dispositif de support, lorsque les barrettes 27a. et 27b doivent être fixées sur l'organe de support 22, elles peuvent être placées dans n'importe quelle position entre leurs vis de fixation 30, c'est- à-dire sur toute la distance S comme indiqué dans la fia. 15. Par conséquent ces barrettes 27a et 27b sont maintenues en place sans être soumises à aucune flexion.
D'autre part, lorsque la distance entre le vibreur 26 et les pôles magnétiques 28 et 28a doit être modifiée et réglée, l'organe de support 22 auquel les barrettes 27a et 27b ont été fixées peut être déplacé solidairement avec lesdites barrettes au moyen des vis de fixation 23a, 23b, 23c et 23d et de réglage 31. Il s'ensuit que ces barrettes 27a et 27b sont maintenues dans leur position initiale de support sans aucune déformation, et que, par conséquent, leur rigidité reste inchangée et n'est nullement influencée par le réglage.
Par conséquent, dans ce dispositif de support, lorsque la fréquence doit être réglée en changeant la distance entre le vibreur et les pôles magnétiques, l'organe de support des barrettes peut être abaissé ou relevé une fois que les barrettes elles-mêmes ont été fixées à la barre ronde dans la position angulaire désirée de cette dernière. De ce fait, puisque le réglage est fait au moyen de vis, on peut procéder à des réglages extrêmement minutieux et obtenir ainsi une vibration stable.