用于钟表机芯的防震装置 |
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| 申请号 | CN201710347592.8 | 申请日 | 2017-05-17 | 公开(公告)号 | CN107402511B | 公开(公告)日 | 2019-08-09 |
| 申请人 | 蒙特雷布勒盖股份有限公司; | 发明人 | D·勒努瓦; D·萨尔其; B·雷格瑞特; | ||||
| 摘要 | 一种钟表 机芯 ，包括枢转元件(24)、用于该枢转元件的枢轴的 轴承 (28)和与该轴承相关联的防震装置(30)，该防震装置(30)包括弹性件(32)，该弹性件布置成在至少一个托钻(36)上施加回复 力 。该防震装置还包括 磁性 系统(40)，该磁性系统包括两个具有相反极性的磁体和高透磁性元件(46)，该高透磁性元件布置在这两个磁体之间并且固定到其中一个，两个磁体分别固定到防震装置的支承件和所述弹性件，并且布置成在它们之间与高透磁性元件相关联地在震动情况下托钻的可能的位移距离的第一区段产生总磁性吸引力，和在该位移距离的第二区段产生总磁性排斥力，该第二区段对应于比第一区段对应的分隔距离更大的分隔距离。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种钟表机芯(22；82)，包括枢转元件(24)、轴承(28)和与该轴承相关联的防震装置(30；86)，该枢转元件的枢轴(26)布置在该轴承(28)中，所述防震装置包括弹性件(32；88)，该弹性件布置成能够在至少一个托钻(36；36A)上施加压力，该托钻构成所述枢轴在枢转元件的旋转轴线(50)的方向上的止动件，所述防震装置布置成：当枢轴在震动的情况下压靠托钻时，所述防震装置能够通过托钻在所述枢轴上产生回复力；其特征在于，所述防震装置还包括磁性系统(40；40A、40B)，该磁性系统包括第一磁体(42)和第二磁体(44)以及高透磁性元件(46)，该高透磁性元件布置在第一磁体和第二磁体之间并且与其中一个磁体成一体，第一磁体和第二磁体分别固定到所述防震装置的支承件(48)和所述弹性件，以便当所述弹性件在震动的情况下在由所述枢轴对所述托钻施加的压力下经受弹性变形时，在第一磁体和第二磁体之间发生在一定相对距离上的相对运动；这些第一磁体和第二磁体布置成：在第一磁体和第二磁体之间且与所述高透磁性元件相关联地，在所述相对距离的第一区段产生总磁性吸引力，并且在所述相对距离的第二区段产生总磁性排斥力，该第二区段所对应的第一磁体和第二磁体之间的分隔距离大于该第一区段所对应的分隔距离；并且，所述磁性系统和所述弹性件布置成使得对于整个所述相对距离，在震动的情况下通过所述防震装置在所述枢轴上施加的总力保留了回复力。 |
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| 说明书全文 | 用于钟表机芯的防震装置技术领域[0001] 本发明涉及用于钟表的防震装置。这种防震装置通常与引导钟表机芯的枢转元件特别是摆轮旋转的轴承相关联。它们还被称作震动吸收装置、减震器或震动吸收件。本发明更具体地涉及对枢转元件所经受的轴向震动的抑制以及在这种轴向震动期间所引起的施加在枢轴上的机械应力。 背景技术[0002] 常见的钟表防震装置包括弹性件，该弹性件支承在包括该防震装置的轴承的至少一个托钻上或对该托钻施加压力，该托钻构成枢轴的止动件，该枢轴沿着相关枢转元件的旋转轴线的方向插入该轴承中。当枢轴在震动的情况下压靠托钻时，该防震装置布置成能够通过托钻在相关枢轴上产生回复力。应当理解，“托钻(endstone)”是指由任何适当的材料制成的、定义了枢轴的轴向支承表面的任何结构。 [0003] 这种防震装置通常包括机械弹簧，根据实用规则，该机械弹簧的尺寸根据经验确定成在工作的机械稳定性和对机械变形的弹性抵抗之间实现最好的折衷。实际上，希望具有刚度较大的震动吸收件，其在每次小的震动情况下不会引起枢转元件的轴向运动，同时保证对强烈震动的震动吸收功能，该强烈震动会导致可能损坏枢轴的枢转元件的大的轴向(正或负)加速。 [0004] 特别地，用于游丝摆轮、“降落伞(parachutes)”和里拉琴簧(lyre-spring)的传统防震装置的尺寸被确定成使得由于构成这些“降落伞”和里拉琴簧的弹簧的预应力(该预应力定义了阈值)，它们仅在较高的震动加速度(介于200g和500g之间，g是地球加速度)时被致动。超过该阈值时，弹簧会变形并且吸收部分震动能量。然而，由于所使用的金属条状件的低的机械震动吸收能力，大多数能量被回收到摆轮。即使对于较小的震动，摆轮枢轴也由此很可能局部变形。这种变形对手表的计时精度具有相当大的影响，并且由于对遵循一米震动的手表的计时稳定性的认证计时标准不严格(差值为60秒/天)，这种变形通常被忽略。 发明内容[0005] 本发明的一个目的是提供一种装备有至少一个有效的防震装置的钟表机芯，其对于震动发生甚至强烈震动情况下损坏枢轴的问题提供了解决方案。 [0007] 由于将在下文详细描述的本发明的特征，所述防震装置对于较强的震动具有较小的抵抗力，而对于较小的震动保证了良好的稳定性。实际上，根据本发明的防震装置的刚度意味着其不再表现得像机械弹簧一样，其中该机械弹簧产生基本上与托钻的轴向位移成比例的回复力。相反，当位移为零时，其施加较高的力，该力然后至少在可以由托钻产生的震动衰减行程的初始部分上减小。 [0010] 下面将参考通过非限制性示例给出的附图描述本发明，图中： [0011] -图1是根据本发明的第一实施例的防震装置的透视底视图。 [0012] -图2是包含图1的防震装置的钟表机芯穿过该防震装置的局部剖视图。 [0013] -图3是与包含在本发明的防震装置中的磁性系统相似的磁性系统的局部剖视的侧视图。 [0015] -图5示出由图1的防震装置的片簧施加在枢转元件的枢轴上的弹力的曲线图，以及由防震装置根据支靠于托钻的该枢轴沿着其旋转轴线的位移而施加的总力的曲线图。 [0016] -图6是根据本发明的第二实施例的防震装置的顶视图。 [0017] -图7是包含图6的防震装置的钟表机芯的穿过该防震装置的局部剖视图。 [0018] -图8示出由图6和7的防震装置的里拉琴簧在枢转元件的枢轴上施加的弹力的曲线图，以及由防震装置根据支靠于托钻的该枢轴沿着其旋转轴线的位移而施加的总力的曲线图。 具体实施方式[0019] 参考图1至5，下文将描述钟表机芯22的第一实施例，该钟表机芯22包含枢转元件24、轴承28和与该轴承相关联的防震装置30，枢转元件的枢轴26布置在该轴承28中。 [0020] 一般地，防震装置30包括在托钻36上施加力的弹性件32，该托钻36构成对于枢轴26在枢转元件的旋转轴线的方向上的止动件。当枢轴在震动的情况下压靠托钻时，该防震装置布置成能够通过托钻在枢轴26上产生回复力。根据本发明，防震装置还包括磁性系统 40，该磁性系统40包括两个磁体42、44和高透磁性元件46，该高透磁性元件46布置在这两个磁体之间并且固定到其中一个磁体。这两个磁体分别固定到防震装置的支承件48和弹性件 32，以便(尤其在发生一定的震动时)当弹性件在由枢轴对托钻施加的一定压力下暂时经受弹性变形时，赋予这两个磁体之间在一定的相对距离D上的相对运动(参考图3)。更具体地，与弹性件成一体的磁体44布置成：在枢转元件上发生较强的轴向震动的情况下，进行反复运动，该运动在图2中通过双向箭头表示。在没有震动时，弹性件处于确定的休止位置，承载该弹性件的磁体也是如此。将注意到，在该休止位置，弹性件可以存在初始弹性变形。在此情况下，弹性件被称作“被预加应力”。 [0021] 以一种不同寻常且非常有利的方式，如下文将参考图3和4所述，两个磁体42和44布置成在它们之间与高透磁性元件46相关联地在上述相对距离的第一区段产生总磁性吸引力，和在该相对距离的第二区段产生总磁性排斥力，该第二区段对应于第一和第二磁体之间的比对应于第一区段的分隔距离更大的分隔距离(图3中的附图标记E)。另外，磁性系统40和弹性件32布置成使得对于整个相对距离，在震动的情况下通过防震装置在枢轴26上施加的总力保留了一定回复力。 [0022] 图2所示的第一实施例的具体变型如下： [0023] -高透磁性元件46固定到与支承件48成一体的磁体42上； [0024] -高透磁性元件由板构成，该板具有基本上与磁体42的磁化轴线重合的中心轴线； [0025] -当弹性件处于其休止位置时，两个磁体42、44和高透磁性磁体46沿着基本上与枢转元件24的旋转轴线50平行的方向对齐； [0026] -磁体42和44沿着其对齐方向具有相反的极性。 [0027] 特别地，根据图1和2所示的变型，两个磁体是圆柱形的，并且所述板是例如由铁磁性材料制成的圆盘的形式。 [0028] 参考图3和4，下文将描述磁性系统40及其操作。为此，图3示出与磁性系统40相似的磁性系统52。因此，磁性系统52包括第一磁体4、高透磁性元件6和第二磁体8，该高透磁性元件6与第一磁体成为一体，该第二磁体8可以沿着位移轴线相对于由第一磁体4和元件6构成的组件移动。如上所述，元件6布置在第一磁体和第二磁体之间，与第一磁体接触或接近。特别地，元件6结合到第一磁体上，如图3所示。在另一变型中，第一磁体可以被压入高透磁性元件中，在此情况下，该高透磁性元件例如采用圆柱形壳体的形式，该壳体在一端开口以接纳第一磁体。在一个优选变型中，元件6和与其成为一体的磁体4之间的距离小于或基本上等于磁体沿着其磁化轴线的长度的十分之一。第一磁体4和元件6构成磁性系统的第一部分，第二磁体8构成该系统的第二部分。元件6例如由以下构成：碳钢、碳化钨、镍、FeSi或FeNi或其他具有钴的合金，例如 (CoFeNi)或 (CoFe)。在一个有利 变型中，该高透磁性元件由铁或钴基金属玻璃构成。元件6的特征在于饱和磁场BS和透磁率μ。磁体4和8例如由铁氧体、FeCo或PtCo、诸如NdFeB或SmCo的稀土材料制成。这些磁体的特征在于其剩余磁场Br1和Br2。 [0029] 高透磁性元件6具有中心轴线10，该中心轴线10基本上与第一磁体4的磁化轴线以及还与第二磁体8的磁化轴线重合。磁体4和8各自的磁化方向相反。这些第一和第二磁体由此具有相反的极性，并且它们能够在它们之间进行在一定的相对距离D上的相对运动。在图3所示的示例中，磁体4是固定的，磁体8可移动，从而它们之间的相对运动的方向基本上沿着中心轴线10，该中心轴线10由此定义了位移轴线。将注意到，轴线10是直线的，但这是一个非限制性变型。在本发明的第一实施例中，位移轴线基本上是圆弧，元件46的中心轴线基本上与该弯曲的位移轴线相切。在这种情况下，作为第一近似，磁性系统40的行为与磁性系统52的行为相似。如果曲率半径相对于元件46和磁体44之间的最大可能距离较大，如同本发明的第一实施例的情况，则更是如此。在一个优选变型中，如图3所示，元件6在中心轴线 10的正交平面上的尺寸比第一磁体4和第二磁体8在该正交平面上投影的尺寸更大。将注意到，在第二磁体在磁性吸引行程结束时移动至抵靠元件6的情况下，第二磁体有利地具有硬化的表面或在其表面处的硬质材料构成的薄层。 [0030] 两个磁体4和8布置成磁性排斥，使得在没有高透磁性元件6时，排斥力倾向于使这两个磁体彼此移动远离。 [0031] 然而，出人意料地，元件6在这两个磁体之间的布置使得在磁性系统的第一和第二部分彼此相距很短的距离时，它们之间的磁力反向，因此随后在这两个部分之间产生总磁性吸引力。图4是曲线图，其曲线54表示磁性系统52的第一和第二部分之间根据两个磁体的分隔距离E或者根据移动式磁体8和高透磁性元件6之间的相对距离D的磁性相互作用力。可观察到，磁体8在所述相对距离的第一区段D1上总体经受磁性吸引力，该磁性吸引力倾向于使磁体8保持抵靠元件6，或者如果它们移动分离则倾向于使磁体8朝向元件6返回。其次，元件6和两个磁体布置成使得第二磁体8在上述相对距离的第二区段D2上总体经受磁性排斥力。该第二区段所对应的第一和第二部分之间的分隔距离(由此所对应的元件6和磁体8之间的距离D)大于对应于所述相对距离的第一区段的分隔距离。第二区段受最大距离Dmax的限制，该最大距离Dmax总体上由限制移动式磁体的分隔距离的止动件限定。 [0032] 总磁力是部件之间距离的连续函数，并且在距离Dinv处具有零值。因此，当磁体8和元件6之间的距离大于距离Dinv时，该磁体经受总磁性排斥力，该总磁性排斥力倾向于使元件6移动远离。然而，当元件6和移动式磁体8之间的距离小于距离Dinv时，磁体8经受总磁性吸引力，该总磁性吸引力倾向于使磁体8移动靠近元件6，并且如果没有阻力，则使磁体8接触元件6并且然后将磁体8保持在此位置。这是磁性系统52的一个特征函数，其在根据本发明的防震装置中得到很好的使用。反向距离Dinv由构成磁性系统的三个磁性部件的几何结构及其磁性性能确定。 [0033] 下文将更加详细地描述根据第一实施例的防震装置30及其根据本发明由与磁性系统40的结合而导致的行为。弹性件32由具有第一端56和第二端58的片簧构成，第一端借助于螺钉60固定到支承件48，第二端承载第二磁体44。根据一个有利变型，在片簧的总体平面的投影中，托钻36定位在第一和第二端之间。轴承28包括基部62，该基部62固定地布置在支承件48中的开口内。该基部以传统的方式在其中心具有孔，枢轴26进入该孔中。枢转元件24(在这里为摆轴(未标示))具有支承表面70，该支承表面70以传统方式限制该元件沿着轴线50的位移，该支承表面70移动至抵靠由基部在所述孔的周边处限定的表面。轴承28还包括底座64，托钻36插入该底座64中。在所示的变型中，这是磁性轴承。因此，该底座还承载磁体66和封闭宝石件(closing jewel)68。该底座还是防震装置的一部分。它布置在由基部62和固定到支承件48的封闭板72构成的壳腔中，以便在发生震动的情况下当支承表面70移动至抵靠基部时，该底座进行至少一定距离上的轴向运动，该距离对应于枢轴26能够进行的最大位移。短管74在片簧32的端部58一侧固定到片簧32，以停靠于底座或封闭宝石件。防震装置经由该管作用于与托钻成一体的组件上。将注意到，本发明不限于磁性轴承。因此，在另一变型中，具有传统轴承，该传统轴承具有包含宝石孔和托钻的底座，该托钻能够具有面向枢轴的平坦表面。 [0034] 该磁性系统和弹性件布置成使得在防震装置的休止位置，托钻或固定该托钻的底座保持停靠于轴承支承件或轴承的基部，同时，由相关枢轴对托钻施加的力小于极限值，该极限值优选地大于作用于枢转元件尤其是游丝摆轮上的重力。在一个具体变型中，弹性件在防震装置的休止位置被预加应力，从而由在震动的情况下经受轴向加速的移动元件施加的力的较大数值范围上，托钻保持静止不动。 [0035] 图5表示根据托钻的以及由此停靠于该托钻的枢轴26的沿着其旋转轴线50的位移DP，由片簧32施加的弹力的曲线图和由防震装置30施加的总力的曲线图。将注意到，在位移DP和上述磁性系统40的距离D之间存在线性关系(第一近似)。以已知的方式，弹力随位移DP成比例地变化。其曲线图是以虚线示出的仿射直线(affine line)76。曲线78提供了由防震装置在承载托钻的组件上以及由此在停靠于该托钻的枢轴26上根据其位移DP施加的总力的曲线图，其对应于弹力和由磁性系统40产生的总磁力之和。可观察到，在第一区段DP1上，该总力(回复力)大于弹力，其中该第一区段DP1在对应于防震装置的休止位置的距离DPR和对应于其中施加在磁体44上的总磁力为零的托钻位置的距离DPinv之间。然后，在距离DPinv和距离DPmax(在该距离DPmax处，摆轴24被止靠于轴承的基部中的孔的外周表面)之间，总力小于弹力，因为总磁力此时抵抗弹力，这减小了施加在枢转元件的枢轴上的总力。 [0036] 根据本发明的防震装置显示出卓越的行为特性，如曲线78所示。至少对于托钻的小于DPinv的位移距离，在停靠于托钻的枢轴上施加的力对于防震装置在休止时的距离DPR是最大的。一旦枢轴向托钻施加的力增加到对于防震装置的休止位置的最大值以上，则托钻从其休止位置被移开，此时对枢轴26施加的总力较快地减小，这即刻保证了托钻的较大的移动和对于止动位置的良好的震动衰减。在图5给出的示例中，片簧具有接近标准刚度的刚度，但是与标准预应力相比，其预应力减小约30％至40％的系数，同时为处于其休止位置的防震装置提供了标准的稳定性。 [0037] 总力对枢轴根据摆轮的轴向位移和防震装置的相应位移的依赖关系允许以下操作(对于具有约40mg的重量的摆轮和介于磁性系统的两个磁体之间的由铁磁性材料制成的元件的变型)： [0038] 1)对于小于400g的加速震动，由于相叠加的磁性吸引力和弹簧的预应力，防震装置保持不动。 [0039] 2)对于超过400g、特别是1000g的震动，弹簧承载的移动式磁体与铁磁性元件分离，磁力迅速减小并且随后反向，在这种情况下，抵抗由弹簧施加的弹力。一旦已经超过防震装置的轴向运动致动阈值力，则由于防震装置的变形立刻变得非常显著并且允许摆轮非常快速地到达机械止动件，总合力至少在枢轴的大部分可能的位移上减小。这允许摆轮的动能被吸收，同时限制了在整个震动衰减行程上对枢轴施加的力。 [0040] 一旦震动结束，由于总力保持为正(回复力)且超过摩擦力，因此防震装置可以返回其初始位置。在移动式磁体移动至足够靠近铁磁元件时发生的磁力反向同时保证了机械迟滞的完全消失和轴承在震动之后的重新定心。 [0041] 从根据本发明的防震装置的特征得到下列优点： [0042] -所述防震装置像真正的震动吸收件一样工作(与传统的防震装置不同)； [0043] -通过优化预应力(以及由此在需要轴承稳定性时对小的震动的操作)和对大的震动的阻尼响应来确定防震装置的尺寸的可能性； [0044] -在大的震动之后，通过磁性吸引力保证使防震装置重新就位在其给定的休止位置和使(限定摆轮的旋转轴线的)底座重新定心； [0045] -由于最大力优选地是防震装置在其休止位置产生的总力，在大的震动的情况下摆轴受到的力减小。 [0046] 参考图6至8，下文将描述包含根据本发明的防震装置的第二实施例的钟表机芯82。轴承和与其相关联的防震装置86布置在板84中的开口内。弹性件88是具有两个分支89和90的里拉琴簧，该里拉琴簧布置成在托钻36A上施加压力。在一个变型(未示出)中，两个分支压在托钻固定于其上的底座上。防震装置包括第一磁性系统40A和第二磁性系统40B，各磁性系统40A和40B与关于第一实施例描述的磁性系统40相似。因此，这里将不再描述这两个磁性系统的卓越的操作。 [0047] 两个磁性系统分别与两个结构92和94相关联，该结构92和94基本在其中间区域分别固定到两个分支89和90。这两个结构分别承载两个磁体44A和44B，各磁体44A和44B分别构成相应磁性系统的移动式磁体。因此，两个分支分别与第一和第二磁性系统相关联，并且各自经由结构92和94分别承载移动式磁体44A和44B，该移动式磁体44A和44B分别与固定式磁体42A和42B配合。各磁性系统还分别包括高透磁性元件46A、46B，该高透磁性元件46A、46B与相应的磁性系统的固定式磁体成一体。 [0048] 将注意到，里拉琴簧的各分支89、90以传统的方式在其两端由轴承的基部62A的上部环的成角度突出的部分轴向地保持。因此，当受到应力时，里拉琴簧是在这些分支的中间区域经受最大弹性变形。还将注意到，各分支基本在其中部压在托钻上。优选地，但以非限制性方式，两个结构92和94与里拉琴簧成为一体，并且特别是通过更大的厚度而具有比相应分支的刚度更大的刚度，如图所示。然而，在另一变型中，该结构具有与里拉琴簧分支相同的厚度，以便于制造，但是具有更大的横截面。然而，在另一变型中，移动式磁体承载结构的刚度并不大于分支的刚度，因此在大的震动情况下，移动式磁体比托钻进行更长的行程。 [0049] 两个磁性系统以对称的方式分别与两个弹性里拉琴簧分支相关联的布置是有利的，因为对于两个分支的相同的弹性变形，这种布置使各分支在托钻上或更一般地在移动式轴承组件96上施加相同的压力。由此在轴向震动的情况下，在与摆轮的旋转轴线垂直的总平面上保持了防震装置特别是托钻36A的一致的行为特性。 [0050] 图8示出由里拉琴簧对托钻以及由此在停靠于该托钻的枢轴26上施加的弹力随着托钻的轴向位移的变化的曲线76A，以及由防震装置86在枢轴上施加的总力随着所述轴向位移的变化的曲线100。将注意到，所示变型特别地在防震装置的休止位置未提供防震装置的机械预应力；仅具有磁性吸引力，其在直到防震装置的一定的最大静态力的防震装置的静态操作范围(在这里对应于等于零的位移DP的休止位置)内保证了防震装置防震装置静止不动。磁力在休止位置的优势使得一旦防震装置进入其动态操作范围以及一旦它由此翘起时，总力可以充分下降到静态情况的最大力以下。这使得可以保证向停靠于托钻的枢轴施加的最大力是防震装置在非翘起状态的最大力。因此，在由于大的轴向震动而导致枢轴突然移动时，摆轮移位，经受较小的阻力，直到它碰到由轴承的基部构成的止动件。将注意到，通过作用于摆轴24的环形支承表面，该止动件能够在强烈震动的情况下保护摆轴。 [0051] 最后，里拉琴簧的刚度和两个磁性系统的尺寸设置成使得由防震装置施加的总合力保留比摩擦力更高的回复力，以便在产生比在静态情况下在移动式轴承组件96上产生的最大力更高的力的震动之后，保证防震装置返回其初始位置和该移动式组件的适当的重新定心(用于保证钟表机芯的良好计时的重要性能)。 [0052] 将注意到，有利地，在第二实施例中，游丝摆轮的两个轴承装备有上述类型的震动吸收装置。 |
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