钟表谐振机构 |
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| 申请号 | CN201710071187.8 | 申请日 | 2017-02-09 | 公开(公告)号 | CN107065493B | 公开(公告)日 | 2019-06-21 |
| 申请人 | 斯沃奇集团研究和开发有限公司; | 发明人 | G·迪多梅尼科; D·莱乔特; J-L·黑尔费尔; P·温克勒; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及包括钟表谐振机构的 手表 或 机芯 ，该谐振机构包括围绕中间转动式支承件 串联 安装并具有相同的虚拟枢 转轴 线的两个RCC挠曲枢轴，各枢轴均包括具有相同长度(L)的两个直的柔性条状件，所述条状件的与该轴线相对的夹持点相对于该轴线处于相同的距离(D)处，且所述条状件限定了线性方向，该线性方向成对地与该轴线形成 角 度，该角度的用度数表示的值在109.5+5/[(D/L)‑(2/3)]和114.5+5/[(D/L)‑(2/3)]之间，或更特别地在107+5/((D/L)‑(2/3))和112+5/((D/L)‑(2/3))之间，该谐振机构在一种有利变型方案中是一件式 温度 补偿 硅 谐振器 。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种钟表谐振机构(1000)，其包括第一支承件(100)，该第一支承件(100)具有第一锚固件(1)和第二锚固件(2)，挠曲枢轴机构(10)附装到第一锚固件(1)和第二锚固件(2)，该挠曲枢轴机构(10)限定了虚拟枢转轴线(A)，枢转重锤(200)围绕该虚拟枢转轴线(A)可转动地枢转，该挠曲枢轴机构(10)包括围绕所述虚拟枢转轴线(A)相对于彼此串联且头尾相接地安装的至少一个前RCC挠曲枢轴(10A)和至少一个后RCC挠曲枢轴(10P)，所述前RCC挠曲枢轴(10A)在所述第一支承件(100)和中间转动式支承件(20)之间包括两个直的柔性的前条状件(110、210)，这两个直的柔性的前条状件(110、210)在其夹持点之间具有相同的前长度LA并限定了两个线性的前方向(D1、D2)，这两个线性的前方向(D1、D2)在所述虚拟枢转轴线(A)处相交并且与所述虚拟枢转轴线(A)一起限定了前角度αA，其中，所述两个直的柔性的前条状件(110、210)的各自距离所述虚拟枢转轴线(A)最远的锚固件距所述虚拟枢转轴线(A)相同的前距离DA， |
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| 说明书全文 | 钟表谐振机构技术领域[0001] 本发明涉及一种钟表谐振机构，该钟表谐振机构包括第一支承件，该第一支承件具有第一锚固件和第二锚固件，挠曲枢轴机构附装到第一锚固件和第二锚固件上，该挠曲枢轴机构限定了虚拟枢转轴线，枢转重锤围绕该虚拟枢转轴线可转动地枢转，该挠曲枢轴机构包括围绕所述虚拟枢转轴线相对于彼此串联且头尾相接地安装的至少一个前RCC挠曲枢轴和至少一个后RCC挠曲枢轴，所述前RCC挠曲枢轴在所述第一支承件和中间转动式支承件之间包括两个直的柔性的前条状件，这两个直的柔性的前条状件在其夹持点之间具有相同的前长度并限定了两个线性的前方向，这两个线性的前方向在所述虚拟枢转轴线处相交并且与所述虚拟枢转轴线一起限定了前角度，其中，所述两个直的柔性的前条状件的各自距离所述虚拟枢转轴线最远的锚固件距所述虚拟枢转轴线相同的前距离，所述后RCC挠曲枢轴在所述中间转动式支承件和所述枢转重锤之间包括两个直的柔性的后条状件，其中，该中间转动式支承件包括第三锚固件和第四锚固件，所述两个直的柔性的后条状件在其夹持点之间具有相同的后长度并限定了两个线性的后方向，这两个线性的后方向在所述虚拟枢转轴线处相交并且与所述虚拟枢转轴线一起限定了后角度，其中，所述两个直的柔性的后条状件的各自距离所述虚拟枢转轴线最远的锚固件距所述虚拟枢转轴线相同的后距离。 [0002] 本发明还涉及一种包括至少一个这种谐振机构的钟表机芯。 [0003] 本发明还涉及一种包括至少一个这种类型的机芯的手表。 [0004] 本发明涉及钟表谐振机构的领域。 背景技术[0005] 已知使用挠曲枢轴使得可以代替摆轮的实际枢轴和弹性回复游丝。这具有消除了枢轴摩擦的优点。已知挠曲枢轴具有非线性弹性回复力，这使得谐振器不等时，即，频率取决于振荡的幅度，并且已知挠曲枢轴具有瞬间转动轴线的不期望的运动，这使得谐振器的速率对其在重力场中的位置很敏感。 [0006] 非线性弹性回复力的问题难以克服，并且现有的提高弹性回复力的线性度并由此使得谐振器在给定的角幅度范围内等时的几何解决方案要求在多层上制造该谐振器。因此，通过引用结合在本文中的The Swatch Group Research&Development Ltd名下的专利文献WO2016096677公开了一种具有在两个叠置的平面内的交叉的条状件的钟表谐振器，并阐述了特定角度的值的重要性，以优化弹性回复力的线性度并由此使得谐振器在给定的角幅度范围内等时。然而，不能在单一的二维蚀刻中蚀刻这种挠曲枢轴，这使得制造复杂。 [0007] LVMH SWISS MFT SA名下的专利文献EP3021174公开了一种在单个板上制成的一件式钟表谐振器，该谐振器包括刚性外部元件、刚性内部元件和弹性悬挂件，该弹性悬挂件将刚性外部元件连接到刚性内部元件并且允许振荡运动。该刚性内部元件包括彼此刚性连接的臂部，它们之间具有自由角空间，在该自由角空间中有弹性悬挂件。该文献示出一种紧凑的系统，该系统包括枢轴，该枢轴包括柔性条状件，然而，该文献没有描述任何能够确保等时性(速率与幅度无关)的特征或在重力场中对空间位置的不敏感性能(速率与位置无关)。条状件和中间支承件的架构是特殊的：应指出，两个条状件的靠近转动轴线的端部连接到两个不同的中间支承件上，并且不连接到相同的刚性元件上，它们由此不是RCC(远离中心依从性)枢轴；还可以注意到，靠近第一枢轴的枢转轴线的夹持点不是通过中间支承件刚性连接到远离第二枢轴的枢转轴线的夹持点上。最后，所述系统由三个相同的基本的柔性结构形成，所述结构每120°重复一次并且像弹簧一样平行地结合在一起。由于这些结构中的每个限定了其自身的转动轴线，因此整个系统显然超稳定，即具有比该系统工作所需的应力更大的应力。这由此大大破坏了变形和弹性回复力矩之间的关系的线性度，使得谐振器不能等时。该文献的教导不允许确定特殊的几何参数。NIVAROX-FAR名下的专利文献WO2012/010408公开了一种用于钟表机芯的振荡机构，该振荡机构包括第一刚性元件和第二刚性元件，每个刚性元件布置成附装到机芯的不同元件上，一个刚性元件可以相对于另一刚性元件运动并且围绕理论枢转轴线枢转。尽管以一件式的方式制成，但是该振荡机构是柔性的可几何变形的机构，并且包括第一弹性回复装置，该第一弹性回复装置在所述第一刚性元件和中间刚性元件之间形成直接或间接的弹性连接，并且包括至少第二弹性回复装置，该第二弹性回复装置在中间刚性元件和第二刚性元件之间形成直接或间接的弹性连接。第一刚性元件、第一弹性回复装置、中间刚性元件、第二弹性回复装置和第二刚性元件共面，并且布置成在该平面内变形。更特别地，第一弹性回复装置包括至少一个弹性条状件，第二弹性回复装置包括至少一个弹性条状件。再次，所述系统是超稳定的，因为它由两个基本的柔性结构形成，所述柔性结构每180°重复一次并且平行地结合在一起。 [0008] NIVAROX-FAR名下的专利文献EP2645189公开了一种包括摆轮和擒纵轮的钟表擒纵机构。在摆轮和擒纵轮之间的冲击的传动通过一件式柔性机构实现，该一件式柔性机构包括至少一个触杆，该触杆与擒纵轮或摆轮配合，该一件式柔性机构通过至少一个柔性条状件相应地连接到钟表的固定结构上或连接到擒纵轮上。更特别地，该一件式柔性机构是柔性的恒力双稳态扣式擒纵杆或瑞士杠杆，该擒纵杆包括杠杆，该杠杆设置有叉头和叉头钉并且包括枢转柔性引导心轴，该擒纵杆与两层擒纵轮配合，该擒纵轮在两个层上均包括冲击销，该擒纵杆在与柔性心轴不同的层上还承载冲击销，该冲击销布置成与擒纵轮配合，以使擒纵杆在其倾斜点附近运动。 [0009] CSEM名下的专利文献EP2911012公开了一种用于钟表的转动式振荡器，该转动式振荡器包括支承元件、摆轮、多个柔性条状件和与摆轮一体安装的外轮，支承元件允许将该振荡器装配在钟表中，柔性条状件将支承件连接到摆轮上并且能够在摆轮上施加回复力矩。该多个柔性条状件至少包括布置在与振荡器的平面垂直的第一平面内的第一柔性条状件以及布置在与振荡器的平面垂直并且与第一平面相交的第二平面内的第二柔性条状件。振荡器的振荡几何轴线由第一平面和第二平面的交线限定，该振荡几何轴线在第一和第二条状件的各自的长度的7/8处跨越第一和第二条状件。更特别地，多个柔性条状件包括由第一和第二条状件形成的一对条状件并包括第三条状件，该第一和第二条状件具有相同的几何结构并且布置在第一平面内，该第三条状件布置在第二平面内、插在第一和第二条状件之间并且具有是第一或第二条状件的高度的两倍的高度。 发明内容[0010] 本发明提出借助于由具有柔性条状件的转动式引导装置支承的例如摆轮的惯性部件实现高品质因数的机械式谐振器，该转动式引导装置也称作挠曲枢轴，该挠曲枢轴也用作弹性回复装置。希望该谐振器是等时的(速率与幅度无关)并且对在重力场中的位置不敏感(速率与位置无关)。 [0011] 本发明寻求将两种已知的二维和三维几何结构的优点结合在一个简单的经济的并且因此二维的实施例中。 [0013] 本发明还涉及一种包括至少一个这种谐振机构的钟表机芯。 [0015] 当参考附图阅读下文的详细描述时，可以发现本发明的其它特征和优点，其中： [0016] -图1示出根据本发明的机械式谐振器的示意性透视图，该机械式谐振器在第一支承件和可动的枢转重锤之间包括两个RCC挠曲枢轴，第一支承件布置成直接或间接地附装到钟表机芯的结构上，摆轮通过臂部装配在该可动的枢转重锤上，所述两个RCC挠曲枢轴围绕中间转动式支承件串联且头尾相接地安装并且具有相同的虚拟枢转轴线，并且每个RCC挠曲枢轴都包括两个直的柔性条状件，由可动的枢转重锤和附加摆轮形成的组件的质量中心与所述虚拟枢转轴线重合。 [0017] -图2是一种变型方案，其中，附加摆轮包括圆形的轮缘。 [0018] -图3示出图1的谐振器的中心部分的示意性平面图。 [0019] -图4是同一中心部分的细节，示出谐振器中所包括的用于防震保护的各种制动/阻挡(banking)表面。 [0020] -图5是表示作为条状件的夹持点距枢转轴线的距离与相关条状件的长度之间的比值的函数的各RCC挠曲枢轴的两个条状件之间的角度的最优值的曲线图。 [0021] -图6至8示出几何装置的其它变型方案。 [0022] -图9是示出具有包含根据本发明的谐振器的机芯的手表的框图，该谐振器包括串联布置的多个挠曲枢轴机构。 [0023] -图10示出RCC枢轴的示意性平面图。 [0024] -图11表示具有柔性条状件的枢轴的示意性平面图，该枢轴包括两个串联且头尾相接地布置的对称的RCC枢轴。 具体实施方式[0025] 本发明涉及一种钟表谐振机构1000，其包括固定的或可动的第一刚性支承件100，该第一刚性支承件100具有第一锚固件1和第二锚固件2，挠曲枢轴机构10附装到第一锚固件1和第二锚固件2，该挠曲枢轴机构10限定了虚拟枢转轴线A，刚性枢转重锤200围绕该虚拟枢转轴线A可转动地枢转。 [0026] 该挠曲枢轴机构10是二维挠曲枢轴，即，它可以在一个平面内制成。 [0027] 挠曲枢轴机构10允许刚性枢转重锤200围绕虚拟枢转轴线A相对于第一刚性支承件100转动。它由两个RCC(Remote Centre Compliance，远离中心依从性，即，偏离转动中心)挠曲枢轴形成，这两个RCC挠曲枢轴具有重合的转动轴线并且通过中间刚性转动式支承件20连接。这两个RCC枢轴因此串联布置，但是关于彼此头尾相接，从而它们的不期望的运动彼此抵消。 [0028] 由于没有平行布置的其它元件，因此从部件在没有过大的应力的情况下进行相对运动的意义上来讲本发明是均衡的。 [0029] 具有柔性条状件的基本枢轴是由通过两个彼此不接触的柔性条状件L1和L2连接的两个刚性部件R1和R2形成的组件。在休息时，条状件L1和L2是直的且不平行，从而所述条状件的延长线限定了交叉点A。两个刚性部件R1和R2可以围绕垂直于经过交叉点A的平面的轴线进行相对转动运动。 [0030] 图10所示的RCC(远离中心依从性)枢轴是具有柔性条状件的基本枢轴，其中，交叉点A位于条状件之外。该条状件由两个具有相同长度L的条状件L1和L2形成，条状件L1和L2在刚性部件R1中的夹持点距转动轴线A的距离相等。RCC枢轴对于本领域技术人员来说是众所周知的(见S.Henein的著作“Conception des guidages flexibles”[挠曲枢轴设计]，Presses polytechniques et universitaires romandes，2001年，第101页)。 [0031] RCC枢轴的几何结构的特征在于两个参数： [0032] (1)其两个条状件之间的角度α和(2)比值D/L，其中，D是转动轴线A与条状件的距离该转动轴线A最远的夹持点之间的距离，L是两个条状件中的每个的长度。 [0033] 本发明包括挠曲枢轴机构，该挠曲枢轴机构由串联布置的两个RCC枢轴形成，使得： [0034] -形成该挠曲枢轴机构的两个RCC枢轴位于相同的平面内； [0035] -形成该挠曲枢轴机构的两个RCC枢轴具有相同的转动轴线A； [0036] -形成该挠曲枢轴机构的两个RCC枢轴具有相同的参数α和D/L。 [0037] 另外，最靠近两个枢轴之一的转动轴线的刚性部件(图11中的R1A)刚性连接至距离另一枢轴的转动轴线最远的刚性部件(图11中的R2B)。两个RCC枢轴由此被称作串联且头尾相接地布置，如图11所示。 [0038] 本发明的挠曲枢轴机构因此仅由位于引导装置的平面内的三个刚性部件和四个条状件形成。为了确保枢转引导装置是均衡的，所述三个刚性部件之间在所述引导装置的所述平面内没有其它柔性连接是很重要的。然而，完全可以设想将另一挠曲枢轴机构布置在另一平面内，该另一平面与第一引导装置的平面平行并且远离该平面。该第二挠曲枢轴机构可以根据需要串联地或平行地连接到第一枢转引导装置上。 [0039] 第一刚性部件(图11中的R1B)可以附装到主板上，惯性重锤(尤其是摆轮)可以附装到第三刚性部件(图11中的R2A)上。相反也是可以的。 [0040] 中间刚性部件的四个部段中的一个可以是不连续的。在所示出的非限制性变型方案的图中也是这样的。然而，条状件在中间部件中的四个夹持点(在图11中，L1A、L2A在R1A中的夹持点和L1B、L2B在R2B中的夹持点)彼此刚性连接是很重要的。 [0041] 应理解，靠近第一RCC枢轴的虚拟枢转轴线A的夹持点经由中间转动式支承件20刚性连接到远离第二RCC枢轴的虚拟枢转轴线A的夹持点，或反之亦然，如图6和7所示。 [0042] 因此，挠曲枢轴机构10包括前RCC挠曲枢轴10A和后RCC挠曲枢轴10P，RCC挠曲枢轴10A、10P围绕共同虚拟枢转轴线A彼此串联且头尾相接地安装并且包括柔性弹性元件。 [0043] 前RCC挠曲枢轴10A在第一支承件100和中间转动式支承件20之间包括两个前弹性组件11、21，该前弹性组件11、21在图中的实施例中由两个直的柔性的前条状件110、210形成，该直的柔性的前条状件110、210在其夹持点之间具有相同的前长度LA，限定了两个线性的前方向D1、D2，该前方向D1、D2在虚拟枢转轴线A处相交并且与虚拟枢转轴线A限定了前角度αA，其中，两个直的柔性的前条状件110、210的各自距离虚拟枢转轴线A最远的锚固件距虚拟枢转轴线A相同的前距离DA。 [0044] 类似地，后RCC挠曲枢轴10P在中间转动式支承件20(该中间转动式支承件20包括第三锚固件3和第四锚固件4)和枢转重锤200之间包括两个后弹性组件31、41，该后弹性组件31、41在图中的实施例中由两个直的柔性的后条状件310、410形成，该直的柔性的后条状件310、410在其夹持点之间具有相同的后长度LP，限定了两个线性的后方向D3、D4，该后方向D3、D4在虚拟枢转轴线A处相交并且与虚拟枢转轴线A限定了后角度αP，其中，两个直的柔性的后条状件310、410的各自距离虚拟枢转轴线A最远的锚固件距虚拟枢转轴线A相同的后距离DP。 [0045] 另外，挠曲枢轴机构10是平面的。 [0046] 本发明在于优化各RCC挠曲枢轴的弹性元件之间的角度，以便枢轴具有线性弹性回复力，从而机械式谐振器在给定的角幅度范围内是等时的。 [0047] 根据本发明，如图1和2所示的非限制性变型方案中，由枢转重锤200以及该枢转重锤200所承载的任何附加惯性重锤201形成的组件的惯性中心位于虚拟枢转轴线A上或非常接近该虚拟枢转轴线A，并且机械式谐振器是等时的，如果： [0048] -用度数表示的前角度αA包括在107+5/[(DA/LA)-(2/3)]和114.5+5/[(DA/LA)-(2/3)]之间， [0049] -用度数表示的后角度αP包括在107+5/[(DP/LP)-(2/3)]和114.5+5/[(DP/LP)-(2/3)]之间。 [0050] 在一种具体变型方案中，前角度αA和后角度αP等于共同(common)角度α。更特别地，该共同角度α接近118°。 [0051] 在一种优选变型方案中，前距离DA和后距离DP等于共同距离D，前长度LA和后长度LP等于共同长度L。 [0052] 共同角度α因此包括在107+5/[(D/L)-(2/3)]和114.5+5/[(D/L)-(2/3)]之间。 [0053] 角度α的最优值主要取决于比值D/L，但是它还取决于条状件的夹持点半径、条状件的横截面纵横比和用于温度补偿的SiO2层的厚度。 [0054] 图5以实线表示出对于夹持点半径和条状件的纵横比的特定值的最优曲线，示出最优角度α随着比值D/L的变化。 [0055] 自然地，夹持点半径、条状件的横截面纵横比的不同值导致最优角度α的不同值。图5在虚线之间表示出该角度范围。 [0056] 更特别地，角度α和参数D/L满足以下关系：107+5/((D/L)-(2/3))<α<112+5/((D/L)-(2/3))。 [0057] 更特别地，在图中所示的变型方案中，第一前弹性组件11、第二前弹性组件21、第一后弹性组件31和第二后弹性组件41各自由直的柔性的条状件110、210、310、410形成。 [0058] 在图中未示出的另一变型方案中，第一前弹性组件11、第二前弹性组件21、第一后弹性组件31和第二后弹性组件41各自包括沿着各自的方向D1、D2、D3、D4对齐的交替布置的直的柔性条状件和比直的柔性条状件更加刚硬的中间元件。 [0059] 为了得到高品质因数的机械式谐振器，为枢转重锤200附加惯性元件201或将惯性元件201合并在该枢转重锤200中以及将第一刚性支承件100附装到钟表机芯的主板或桥夹板上或任何其它能够用作挠曲枢轴谐振器的支承件的元件上是有利的，该元件例如以非限制性的方式是用于音叉的连接元件或者是防震元件，该防震元件允许仅在猛烈震动的情况下运动，以减少谐振器所受到的加速。自然地，在这里示出的固定部件和可动部件是可交换的。该惯性元件可以是盘状件、是例如图2中所示的摆轮轮缘的环或简单地是图1所示的臂部。惯性元件的质量中心基本上与虚拟枢转轴线A对齐是很重要的。 [0060] 如图1至4所示，为了避免不期望的基本振动模式(fundamental modes of vibration)，借助凹部209使刚性中间转动式支承件20更薄以减小惯性并同时使其具有比形成弹性组件11、21、31和41的柔性条状件的刚度更大的刚度是有利的。 [0061] 同样，当弹性元件包括比直的柔性条状件更加刚硬的中间元件时，有利地也使这些中间元件更薄。 [0062] 涉及全部实施例的另一有利变型方案在于将刚性部件100、20、200布置成围绕虚拟枢转轴线A彼此非常靠近，以便它们借助如图4的表面105、25、26、206、28、208(尤其是，非常有助于系统的抗震的倾斜表面28和208)用作径向和/或成角度的防震制动元件，以防止条状件破坏。或者，一些刚性部件可以装备有制动臂部27，该制动臂部27布置成在发生震动时与第一支承件100所包括的互补表面107彼此抵靠地配合，如图4所示，其中，中间转动式支承件20承载所述制动臂部27。 [0063] 可以通过具有可变厚度的条状件实施本发明。条状件之间的最优角度因此必须相应地改变。 [0064] 本质是遵守柔性关于角度αA的二等分线和关于虚拟枢转轴线A的对称性。 [0065] 本发明特别适合于一件式的实施例。 [0066] 在一种有利的实施例中，第一支承件100、枢转重锤200和挠曲枢轴机构10形成一件式组件。该一件式组件可以通过传统的机械加工或以特别的非穷尽的方式通过MEMS或LIGA类型的技术或3D打印或通过激光或类似物的增材制造的技术，用硅、石英、DLC、金属合金、玻璃、红宝石、蓝宝石或其它陶瓷或加载或未加载的聚合物(loaded or unloaded polymer)或类似物制成，当该一件式组件由硅制成时，尤其通过二氧化硅的局部生长，在为此目的布置的部件的某些区域进行温度补偿。自然地，在以温度补偿为代价的一些情况下，还可以使用其它材料。在这里可以以特别的非限制性方式提到非晶态的或结晶的金属合金。 [0067] 当枢转重锤200承载附加惯性重锤201时，挠曲枢轴机构10有利地由硅制成，该硅被氧化，从而具有该附加惯性重锤201的整个谐振机构1000受到温度补偿。 [0068] 钟表谐振机构1000可以包括围绕同一虚拟枢转轴线A布置在平行的平面内的串联安装的多个这种挠曲枢轴机构10，以增加总的角行程。这种部件可以通过将在一层上蚀刻的两个零件装配在一起而形成，或者可以在两层上蚀刻SOI硅形成。 [0069] 在音叉构型中可以有利地使用两个挠曲枢轴机构，以消除支承件处的反作用；这可以外推到N个挠曲枢轴机构。 [0070] 本发明还涉及一种包括至少一个这种谐振机构1000的钟表机芯2000。 [0071] 本发明还涉及一种包括至少一个这种类型的机芯2000的手表3000。 [0072] 本发明提供了多个优点： [0073] -良好的等时性，速率与在重力场中的位置无关，速率与幅度无关； [0074] -制造的容易性，这是由于可以通过单次蚀刻硅或类似物、或通过晶片形成或切割、通过电火花加工、激光、水力喷射、增材制造或其它方式，在两个维度上实现将功能元件集聚在单个平面内。 |
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