CN115702396A - 具有柔性枢轴的钟表振荡器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有柔性枢轴的钟表振荡器，该钟表振荡器包括：支撑件(1)、摆轮(2)以及第一弹性条(4)和第二弹性条(5)，第一弹性条(4)和第二弹性条(5)布置成引导摆轮(2)绕虚拟旋转轴线(A)相对于支撑件(1)旋转，并对摆轮(2)施加返回扭矩。第一弹性条(4)和第二弹性条(5)在平行的平面中延伸并且相互交叉而不接触。摆轮(2)包括轮缘(12)，轮缘(12)的形状相对于虚拟旋转轴线(A)大致对称，并且摆轮(2)被组装在上部分(6)和下部分(7)之间，上部分(6)包括支撑件(1)的上平台(8)和第一弹性条(4)，下部分(7)包括支撑体(1)的下平台(10)和第二弹性条(5)。

Description

具有柔性枢轴的钟表振荡器

技术领域

本发明涉及一种具有柔性枢轴的振荡器，其旨在用作钟表机构中的时基。

背景技术

具有柔性枢轴的振荡器是一种具有摆轮的振荡器，该振荡器通过弹性部件的布置而不是通过在轴承中滑动的物理旋转轴来引导旋转。除了其旋转引导功能外，柔性枢轴还以摆轮-游丝(hairspring)振荡器的游丝的方式对摆轮施加返回扭矩。

与摆轮-游丝振荡器不同，具有柔性枢轴的振荡器在操作过程中不产生干摩擦。因此，具有改进的质量因数。

本发明更具体地涉及一种具有柔性枢轴的振荡器，该振荡器的弹性部件的布置包括独立交叉条。这样的条在平行的平面和不同的方向上延伸，以便相互交叉而不接触。例如，在专利申请EP 2911012、EP 2998800、WO 2016/096677、WO 2017/055983和WO 2018/109584中描述了具有独立交叉条的振荡器。

在已知的具有独立交叉条的振荡器之中，一些振荡器旨在通过DRIE(深度活性离子蚀刻)而由硅一件式制造，而其他振荡器则通过部件组装而成。当需要提高尺寸精度时，通常选择一件式制造，而当需要方便制造时，选择通过组装制造，因为多层DRIE实施起来复杂且昂贵，并且需要使用特殊技术来分离条。

与任何钟表振荡器一样，具有独立交叉条的振荡器的特性特别体现在其频率精度、质量因数、对重力的不敏感性、对温度的不敏感性、等时性和抗冲击性。

发明内容

本发明旨在提出一种具有独立交叉条的钟表振荡器，对于该振荡器，上述特性中的至少一些特性可以是优异的。

为此，本发明涉及一种具有柔性枢轴的钟表振荡器，该钟表振荡器包括：支撑件、摆轮以及第一弹性条和第二弹性条，第一弹性条和第二弹性条布置成引导摆轮绕虚拟旋转轴线相对于支撑件旋转，并对摆轮施加返回扭矩，第一弹性条和第二弹性条在平行平面中延伸并且相互交叉而不接触，摆轮具有轮缘，轮缘的形状相对于虚拟旋转轴线大致对称并且摆轮被组装在上部分和下部分之间，上部分包括支撑件的上平台和第一弹性条，下部分包括支撑件的下平台和第二弹性条。

申请人已经注意到，具有独立交叉条的振荡器的条的尺寸精度对于计时至关重要。一个条相对于设定尺寸的任何偏差都会对计时产生负面影响。这本应该使一件式制造成为首选，但经验实际上表明，通过多层DRIE制造具有独立交叉条的柔性枢轴不一定比本发明所允许的每个叠置部件通过DRIE制造在单个层上并且每个叠置部件包括条的叠置部件的组装更精确，甚至可能更不精确。

此外，本发明能够使振荡器的基本上由摆轮施加的惯性与弹性条的刚度不相关，并能够分别调节惯性和刚度。与标准摆轮一样，可以通过附接的摆轮以已知的方式轻松地调节惯性，并且弹性条可以生产为具有所需的刚度，而没有任何尺寸限制，以便获得刚度和惯性之间的适当折衷，这是通常在具有柔性枢轴的标准振荡器中寻求的。摆轮以及上部分和下部分的材料可以不同，并根据要实现的功能进行优化。

此外，根据本发明的振荡器的几何和结构特征有助于改善振荡器的许多特性，包括对重力和温度的不敏感性以及抗冲击性。

附图说明

通过阅读下面参照附图给出的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得清楚，在附图中：

-图1是根据本发明的一个特定实施例的钟表振荡器的立体图；

-图2是同一个振荡器的立体图，但为了简化附图而去掉了某些部件，这里显示的振荡器与固定的中心止动件相关联；

-图3是该振荡器的摆轮的立体图；

-图4是该振荡器的轴向剖视图。

具体实施方式

如图1至图4所示，用于诸如腕表、怀表或吊坠表的钟表的根据本发明的具有柔性枢轴的钟表振荡器包括：支撑件1、摆轮2以及将支撑件1连接到摆轮2的柔性枢轴3。支撑件1旨在安装到钟表的固定或可移动框架。柔性枢轴3包括第一弹性条4和第二弹性条5，第一弹性条4和第二弹性条5是相同的，但在平行的平面中和不同方向上延伸，以便相互交叉而不接触。从上看平面图时，条4、5的交叉点与摆轮2的几何中心重合。条4和5的交叉限定摆轮2的相对于支撑件1的虚拟旋转轴线A，虚拟旋转轴线A是垂直于振荡器和摆轮2的平面的旋转轴线。因此，柔性枢轴3用于将摆轮2悬置于支撑件1上，以引导摆轮2绕虚拟旋转轴线A相对于支撑件1旋转，并对摆轮2施加弹性返回扭矩，该弹性返回扭矩倾向于使摆轮2返回到相对于支撑件2的平衡位置(图1和图2所示的位置)。

与具有柔性枢轴的许多振荡器不同，根据本发明的振荡器不是一件式的，而是由包括上部分6、下部分7以及在两者之间的摆轮2的若干部件形成的。上部分6包括支撑件1的上平台8、第一弹性条4和上臂9，上臂9通过第一弹性条4连接到支撑件1的上平台8，下部分7包括支撑件1的下平台10、第二弹性条5和下臂11，下臂11通过第二弹性条5连接到支撑件1的下平台10。

上部分6和下部分7中的每一个优选地是一件式的。这些部分6、7的材料因其良好的弹性特性和适合于微加工而被选择。根据典型示例，这些部分6、7中的每一个都由硅通过在单层上进行DRIE来生产，这种技术实施起来相对简单，并且可以实现高水平的精度。硅部分6、7可以由强化层(例如氧化硅层)覆盖，从而允许提高硅部分6、7的机械强度。这种氧化硅层的厚度也可以被选择为使振荡器的频率对温度变化(通常为30℃)不敏感。

摆轮2包括轮缘12和直径臂13，在所示的示例中，直径臂13在其中心部分中断。摆轮2可以至少部分地由诸如铍铜、金、铂、镍银的高密度材料或任意其他高密度合金或金属制成。因此，对于给定的惯性矩，摆轮可以具有较小的直径。通过这种方式，减少了与空气的摩擦，从而提高了质量因数。摆轮2的轮缘12可以承载传统的惯性块12a，从而允许调节惯性。

支撑件1的上、下平台8、10被叠置，由例如金属间隔件d的间隔件14隔开，并通过销15组装。为此，销15穿过上、下平台8、10的弹性端16，并进入间隔件14中的孔中。因此，平台8和10仅通过销15的弹性夹持而彼此固定地连接。间隔件14中的被销15穿过的孔的直径略大于销15的直径，以便不约束弹性条4、5，因为这将改变它们的刚度，从而改变振荡器的频率。通过胶合、钎焊或焊接到销15和/或平台8、10中的至少一个，使得间隔件14相对于平台8、10不可移动。

上臂9、直径臂13和下臂11是叠置的。对于支撑件1，销17穿过上臂9和下臂11的弹性端18并进入直径臂13中的孔19中，因此，上臂9和上臂11仅通过销17的弹性夹持而彼此固定地连接。直径臂13中被销17穿过的孔19的直径略大于销17的直径，以便不约束弹性条4、5。通过胶合、钎焊或焊接到销15和/或平台8、10中的至少一个，使得直径臂13相对于臂9、11不可移动。摆轮2的上臂9和下臂11的组装(通过其直径臂13)形成刚性振荡单元。

通过臂9、11、13组装摆轮2和上部分6和下部分7确保了振荡器具有良好的机械强度和高水平的组装精度。此外，在冲击造成摆轮2过度旋转的情况下，无论摆轮2的旋转方向如何，在超过弹性条4、5的弹性极限之前，直径臂13都可以抵靠支撑件1，更准确地说抵靠间隔件14，以保护这些条。

上、下平台8、10以及上、下臂9、11的每个弹性端16、18可以由弹性臂形成，优选地由三个弹性臂形成，从而夹持相应的销15、17。如图所示，每个弹性臂与销15、18之间的接触可以是点接触，以确保弹性端16、18与销15、17之间仅在离散点处接触。通过这种方式，可以非常精确地对准上部分6和下部分7。

除了在制造精度方面的益处之外，上部分6和下部分7以及摆轮2的组装能够实现弹性条4、5的真正的物理分离，这比一件式制造更容易实现。

臂9、11、13的组合件，其中直径臂13用作上臂9和下臂11的间隔件，通过弹性条4、5将摆轮2悬置在支撑件1上。摆轮2构成振荡器的惯性件，其中上臂9和上臂11的惯性可以忽略不计。通过附接到柔性枢轴且与柔性枢轴不是一件式的摆轮，本发明使振荡器的惯性件与柔性枢轴的刚度不相关，这有利于调节振荡器的频率。一方面，摆轮2的惯性和不平衡以及另一方面柔性枢轴3的扭矩可以容易地相互独立地测量和校正。此外，能够将摆轮2和柔性枢轴3配对，换句话说，将具有选定惯性力矩的摆轮与产生选定扭矩的柔性枢轴相关联，以获得所需的频率。

根据本发明的另一有利特征，根据本发明的振荡器包括分别安装到上部分6的上表面和下部分7的下表面的上抵接构件20和下抵接构件21。这些抵接构件20、21通过穿过臂9、11、13的销22组装。以虚拟旋转轴线A为中心的上抵接构件20的中心螺钉23与固定至支撑件1的上止动件25的孔24有间隙地接合。类似地，以虚拟旋转轴A为中心的下抵接构件21的中心螺钉26与固定至支撑件1的下止动件28中的孔27有间隙地接合。

在振荡器的正常操作期间，螺钉23、26在孔24、27中转动而不接触孔壁。螺钉23、26不构成在轴承中被引导的枢轴，而是构成在表受到冲击时能够与固定的止动件25、28接触的简单的可移动止动件。在发生径向冲击的情况下，螺钉23、26可以抵靠孔24、27的侧壁支承。在发生轴向冲击的情况中，螺钉23、26中的一个可以抵靠孔24、26的底部，或者更普遍的是，抵接构件20、21之一可以抵靠相应的固定止动件25、28，28。抵接构件20、21和固定的止动件25、28之间的配合可以通过防止在径向或轴向冲击的情况下弹性条4、5的变形超过其弹性极限来保护弹性条4、5。

上抵接构件20和下抵接构件21通常由金属材料制成，该金属材料可以与摆轮2的金属材料相同或不同。销22可以被驱动到抵接构件20、21中以及摆轮2的直径臂13中，并且可以有间隙地穿过上臂9和下臂11。

螺钉孔的布置可以是相反的，换句话说，固定的止动件25、28可以包括螺钉，而抵接构件20、21可以包括孔。

通过将摆轮2布置在上部分6和下部分7之间，摆轮2，更一般地说，整个刚性振荡单元2、9、11、20、21可以使其质心基本上位于柔性枢轴3的中间平面中，在弹性条4、5分别延伸的平行平面之间。因此，在佩戴者的手臂运动过程中，在受到冲击的情况下或在重力的作用下，摆轮2倾斜的风险降低，而这种倾斜将通过使弹性条4、5变形脱离其工作平面或甚至导致抵接构件20、21与固定的止动件25、28摩擦而破坏计时。在上部分6和下部分7之间设置摆轮也使得振荡器的频率对温度更不敏感。在振荡器热膨胀的情况下，金属的摆轮2的变形与硅臂9、11的变形不同。根据本发明的布置能够避免由硅制成的上部分6和下部分7变得弯曲并以扭曲的方式使条4、5变形，从而改变其刚度。

摆轮2及其轮缘12具有相对于虚拟旋转轴线A对称的总体形状，使得摆轮2的热膨胀不会改变或仅略微改变其质心的位置，从而避免增加在额定操作幅度下的表的不同位置之间的运行偏差。此外，轮缘12优选地是环形的，以便优化摆轮2的惯性与质量的比率，并因此降低振荡器的频率对相对于重力的朝向的敏感性。

根据本发明的另一有利特征，如图1所示，不平衡调节部件29安装在摆轮2上。该不平衡调节部件29安装在摆轮2的中心，在上抵接构件20上，以便尽可能少地改变摆轮2的惯性。该不平衡调节部件29由上抵接构件20的中心螺钉23弹性地保持，该中心螺钉23穿过部件29中的狭槽30，从而弹性地变形。狭槽30沿着柔性枢轴3的对称轴线定向，从上看平面图时，所述对称轴线经过柔性枢轴3与支撑件1连接的点。当钟表师为了调节摆轮2的不平衡而移动不平衡调节部件29时，被驱动到上抵接构件20并穿过狭槽30的销钉31引导不平衡调节部件29沿所述对称轴线平移。

根据专利申请PCT/IB2020/056370的教导，该专利申请的内容通过引用并入本文，不平衡调节部件29允许摆轮2的质心，更准确地说，摆轮2所属的整个刚性振动单元的质心被置于柔性枢轴3的所述对称轴线上，其位置与虚拟旋转轴线A的位置不同，所述位置被选择为对于预定的振荡幅度使振荡频率对重力方向的依赖性最小。由摆轮2支承的调节惯性块12a可用于补偿由不平衡调节引起的摆轮2的惯性变化。

摆轮2可以支承部分33或具有突出部或凹部，该支承部分33，突出部或凹部使摆轮能够在制造时就实现一定的不平衡，因此不平衡调节部件29用作微调元件。如图1和图3所示，部分33可以是以虚拟旋转轴线A为中心的圆弧的形式，并且可以被孔34贯穿，部分33的功能是允许(通过激光二极管)光学测量摆轮2的振幅与时间的关系。

为了与擒纵叉配合，根据本发明的振荡器可以包括传统类型的销35。如图所示，该销35可以由下抵接构件21支承。在一种变型中，销35可以由上抵接构件20或由上臂9和下臂11支承。

应注意的是，通过销17组装摆轮2以及上部分6和下部分7的方式与摆轮2及其轮缘12的形状以及部分2、6、7的叠置顺序无关。

Claims (13)

1.一种具有柔性枢轴的钟表振荡器，所述振荡器包括：支撑件(1)、摆轮(2)以及第一弹性条和第二弹性条(4、5)，所述第一弹性条(4)和第二弹性条(5)布置成引导所述摆轮(2)绕虚拟旋转轴线(A)相对于所述支撑件(1)旋转，并对所述摆轮(2)施加返回扭矩，所述第一弹性条(4)和第二弹性条(5)在平行的平面中延伸并且相互交叉而不接触，所述摆轮(2)具有轮缘(12)，所述轮缘(12)的形状相对于所述虚拟旋转轴线(A)大致对称，并且所述摆轮(2)被组装在上部分(6)和下部分(7)之间，所述上部分(6)包括所述支撑件(1)的上平台(8)和所述第一弹性条(4)，所述下部分(7)包括所述支撑件(1)的下平台(10)和所述第二弹性条(5)。

2.根据权利要求1所述的钟表振荡器，其特征在于，所述钟表振荡器包括：直径臂(13)，形成所述摆轮(2)的一部分；上臂(9)，形成所述上部分(6)的一部分；以及下臂(11)，形成所述下部分(7)的一部分，并且所述摆轮(2)通过三个臂(9、11、13)的叠置和组装而被组装到所述上部分(6)和下部分(7)。

3.根据权利要求2所述的钟表振荡器，其特征在于，在所述摆轮(2)过度旋转的情况下，在超过所述第一弹性条(4)和所述第二弹性条(5)的弹性极限之前，所述三个臂(9、11、13)的组装能够在所述摆轮(2)的两个旋转方向中的每一个方向上抵靠所述支撑件(1)。

4.根据权利要求2或3所述的钟表振荡器，其特征在于，所述三个臂(9、11、13)通过销(17)组装，所述销(17)由所述上臂(9)和所述下臂(11)的弹性部件(18)弹性地夹持并且有间隙地穿过所述直径臂(13)，并且所述直径臂(13)通过胶合、钎焊或焊接相对于所述上臂(9)和所述下臂(11)不可移动。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的钟表振荡器，其特征在于，所述摆轮(2)通过销(17)组装到所述上部分(6)和所述下部分(7)，所述销(17)由所述上部分(6)和所述下部分(7)的弹性部件(18)弹性地夹持并且有间隙地穿过所述摆轮(2)，并且所述摆轮(2)通过胶合、钎焊或焊接相对于所述上部分(6)和所述下部分(7)不可移动。

6.根据权利要求4或5所述的钟表振荡器，其特征在于，所述弹性部件(18)仅在离散的点处与所述销(17)接触。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的钟表振荡器，其特征在于，所述上部分(6)和所述下部分(7)中的每一个是一件式的。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的钟表振荡器，其特征在于，所述摆轮(2)由不同于所述上部分(6)和所述下部分(7)的材料的材料制成，优选由比所述上部分(6)和所述下部分(7)的材料密度更高的材料制成。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的钟表振荡器，其特征在于，所述摆轮(2)由金属或合金制成。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的钟表振荡器，其特征在于，所述上部分(6)和所述下部分(7)由硅基材料制成。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的钟表振荡器，其特征在于，所述轮缘(12)是环形的。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的钟表振荡器，其特征在于，所述钟表振荡器在其中心部分包括上抵接构件(20)和下抵接构件(21)，所述上抵接构件(20)和所述下抵接构件(21)固定地附接到所述摆轮(2)，并且在受到冲击的情况下，在超过所述第一弹性条(4)和所述第二弹性条(5)的弹性极限之前，所述上抵接构件(20)和所述下抵接构件(21)分别抵靠相对于所述支撑件(1)固定的止动件(25、28)。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的钟表振荡器，其特征在于，包括不平衡调节部件(29)，所述不平衡调节部件(29)安装在所述摆轮(2)上，并且布置成沿所述第一弹性条(4)和所述第二弹性条(5)的对称轴线被平移地引导，从上看平面图时，所述对称轴线经过所述第一弹性条(4)和所述第二弹性条(5)连接所述支撑件(1)的点之间。

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