用于枢转质量体的枢转引导装置和钟表谐振器机构的制作方法

[0001]
本发明涉及一种用于枢转质量体(pivoting mass)的枢转引导装置。
[0002]
本发明还涉及一种钟表谐振器机构，其包括至少两个枢转引导装置。
[0003]
本发明还涉及包括这种谐振器机构的钟表机芯。


背景技术：

[0004]
具有虚拟枢轴的柔性引导装置可以显著改善钟表谐振器。最简单的是由两个引导装置组成的交叉弹簧枢轴，其中直的叶片相交，通常是垂直相交。这两个叶片可以是在两个不同平面中的三维物体，也可以是在同一平面中的二维物体，因此就好像它们是在其交叉点上焊接的一样。
[0005]
可以优化用于振荡器的三维交叉弹簧枢轴，以试图与其在重力场中的取向无关地使其与走时差(rate)同步，特别是以两种方式(相互独立，或两者一起)：
[0006]-关于它们的设置选择叶片的交叉位置，以具有与位置无关的走时差；
[0007]-选择叶片之间的角度为等时的，并且具有与振幅无关的走时差。
[0008]
然而，这些装置的使用不允许实现叶片的完美偏转。实际上，并未实现在枢转期间获得足够稳定的虚拟轴以使质量体的旋转运动具有完美周期性。返回扭矩不完全是线性的，这会根据质量体的振幅导致不等时性。此外，机构的质心移动太多，也会由于其相对于重力的取向而导致不等时性。


技术实现要素：

[0009]
本发明试图避免上述缺陷，并且旨在改善柔性枢轴的行为，特别是针对于它们在谐振器机构中的应用。
[0010]
因此，本发明涉及一种用于绕虚拟枢转轴线可旋转地枢转引导枢转质量体的装置，该装置包括第一支承件和第二支承件，其中一个支承件是固定的，另一个支承件能够旋转并形成或支承枢转质量体，该装置基本上布置在一个平面中，并且包括当该装置不工作时沿相同方向定向的第一和第二柔性叶片，以及刚度明显大于柔性叶片的刚度并将第一柔性叶片连接到第二柔性叶片的中间叶片，该装置包括由第一支承件和第一叶片的第一端形成的第一固定连结部、由第一叶片的第二端和中间叶片的第一端形成的第二固定连结部、由中间叶片的第二端和第二叶片的第一端形成的第三固定连结部和由第二叶片的至少一个第二端形成的第四固定连结部。
[0011]
该装置的特征在于，当装置不工作时，第一和/或第四固定连结部基本上沿所述方向布置在第二和第三固定连结部之间。
[0012]
因此，本发明是一种交叉弹性枢轴，其包括刚度大于柔性叶片的中间叶片，并且其第一和/或第四固定连结部设置在第二和第三固定连结部之间。这种枢轴允许在质量体枢转期间保持更稳定的质心，以使柔性和返回扭矩更加线性。由重力引起的特别是在谐振器机构中的不等时性问题也大大减少，从而使钟表机械机芯更加精确。
[0013]
根据本发明的一个具体实施例，第四固定连结部布置在第二叶片的第二端和第二支承件之间，该第二支承件是旋转的，而第一支承件是固定的。
[0014]
根据本发明的一个具体实施例，当装置不工作时，第四固定连结部在所述方向上布置在第二固定连结部和第三固定连结部之间。
[0015]
根据本发明的一个具体实施例，当装置不工作时，第一和第四固定连结部在所述方向上布置在第二和第三固定连结部之间。
[0016]
根据本发明的一个具体实施例，中间叶片是弯曲的，优选为u形。
[0017]
根据本发明的一个具体实施例，中间叶片是柔性的，其横截面惯量大于柔性叶片的横截面惯量。
[0018]
根据本发明的一个具体实施例，中间叶片具有由以下等式定义的长度x1:
[0019][0020]
其中l1是第一柔性叶片的长度，l2是第二柔性叶片的长度。
[0021]
根据本发明的一个具体实施例，第四固定连结部与枢转质量体的质心之间的距离是由以下等式定义的长度x2:
[0022][0023]
其中l1是第一柔性叶片的长度，l2是第二柔性叶片的长度。
[0024]
根据本发明的一个具体实施例，第一叶片的长度l1＝l，中间叶片的长度x1由下式定义:
[0025][0026]
根据本发明的一个具体实施例，第一叶片的长度l1＝l，并且第四固定连结部与枢转质量体的质心之间的距离是由以下等式定义的长度x2:
[0027][0028]
根据本发明的一个具体实施例，第二柔性叶片具有由以下等式定义的长度l2：
[0029][0030]
根据本发明的一个具体实施例，该装置包括第二中间叶片，第四固定连结部由第二叶片的第二端和第二中间叶片的第一端形成，并且第一支承件是旋转的。
[0031]
根据本发明的一个具体实施例，该装置包括在第二中间叶片和固定的第二支承件之间的第三柔性叶片，该装置包括由第二中间叶片的第二端和第三叶片的第一端形成的第五固定连结部，以及由第三叶片的至少一个第二端形成的第六固定连结部。
[0032]
根据本发明的一个具体实施例，第六固定连结部由第三叶片的第二端和固定的第二支承件形成。
[0033]
根据本发明的一个具体实施例，当装置不工作时，第五和第六固定连结部在所述方向上布置在第二和第三固定连结部之间。
[0034]
本发明还涉及一种钟表谐振器机构，其包括枢转质量体，该枢转质量体布置成以
旋转方式围绕虚拟枢转轴线枢转，该机构包括两个根据本发明的用于可旋转地枢转引导的柔性装置。
[0035]
根据本发明的一个具体实施例，当机构不工作时，各个装置的柔性叶片的方向基本上彼此垂直。
[0036]
根据本发明的一个具体实施例，该机构包括第三引导装置，这三个装置是叠置的。
[0037]
根据本发明的一个具体实施例，这些装置成角度地分布，使得三个引导装置的柔性叶片的方向两两以120
°
布置。
[0038]
根据本发明的一个具体实施例，这些装置的旋转支承件是刚性连接的。
[0039]
根据本发明的一个具体实施例，这些装置的固定支承件是刚性连接的。
[0040]
根据本发明的一个具体实施例，每个装置的柔性叶片两两具有相同的长度。
[0041]
根据本发明的一个具体实施例，这些装置布置在平行的平面上。
[0042]
本发明还涉及包括这种钟表谐振器机构的钟表机芯。
附图说明
[0043]
通过参考附图阅读以下详细描述，本发明的其他特征和优点将会显现，其中:
[0044]
图1示意性地示出了根据本发明的枢转引导装置，
[0045]
图2示意性地示出了根据本发明第一实施例的包括两个枢转引导装置的谐振器机构，
[0046]
图3示出了根据第二实施例的第一替代方案的谐振器机构的俯视图，
[0047]
图4示出了根据第二实施例的第二替代方案的谐振器机构的俯视图，
[0048]
图5示出了根据第二实施例的第三替代方案的谐振器机构的俯视图，
[0049]
图6示出了图5的第二实施例的第三替代方案的透视图，
[0050]
图7示出了图3的谐振器机构的一种改进方案的透视图，
[0051]
图8示出了根据第三实施例的谐振器机构的透视图，
[0052]
图9示出了根据第四实施例的谐振器机构的透视图，
[0053]
图10示出了根据第四实施例的谐振器机构的俯视图。
具体实施方式
[0054]
本发明涉及一种装置1，用于绕虚拟枢转轴线a可旋转地枢转引导枢转质量体，如图1所示。该装置优选基本布置在一个平面内。枢转轴线a垂直于装置1的平面。装置1包括固定支承件2和旋转支承件3，旋转支承件3用于形成或支承枢转质量体。
[0055]
装置1包括第一柔性叶片4和第二柔性叶片5以及将第一柔性叶片4连接到第二柔性叶片5的中间叶片6。第一叶片4和第二叶片5优选地具有相似或者甚至相同的横截面惯量。本发明是以一种优选的特定情况进行说明的：其中最具柔性的叶片是直的。然而，其他几何形状也是可能的，例如线圈形状或其他形状。
[0056]
中间叶片6的刚度显著大于柔性叶片4、5。换句话说，中间叶片6具有比柔性叶片更大的刚度系数。
[0057]
根据第一实施例，中间叶片6的刚度系数大得多，使得中间叶片6被认为在枢转质量体的作用下不具有柔性。
[0058]
根据第二实施例，中间叶片6也是柔性的，但是小于第一叶片4和第二叶片5的柔性。在这种情况下，两种类型的叶片在柔性上的差异仍是显著的。因此，中间叶片6在枢转质量体的作用下是柔性的。为此，中间叶片6例如具有比柔性叶片4、5更大的横截面——如果它们由相同材料制成的话。优选地，第一柔性叶片4和第二柔性叶片5具有相同的横截面。
[0059]
图1示出了处于不工作状态的装置1，也就是说，旋转支承件3不枢转并且保持在静止不动的稳定位置。如图1所示，当装置1不工作时，第一叶片4和第二叶片5在相同的方向上定向。
[0060]
装置1包括叶片4、5、6的四个固定连结部:
[0061]-由固定支承件2和第一叶片4的第一端形成的第一固定连结部7，
[0062]-由第一叶片4的第二端和中间叶片6的第一端形成的第二固定连结部8，
[0063]-由中间叶片6的第二端和第二叶片5的第一端形成的第三固定连结部9，以及
[0064]
由第二叶片5的第二端和旋转支承件3形成的第四固定连结部11。
[0065]
术语“固定连结部(fixed link)”意味着多个端部牢固地彼此固定在一起，例如一端刚性地设置在另一端中。
[0066]
在不工作位置，第一叶片4基本上垂直于固定支承件2，第二叶片5基本上与第一叶片4共线，而中间叶片6基本上平行于第一叶片4和第二叶片5。因此，在不工作位置，四个固定连结部在柔性叶片4、5的相同方向上对齐。在图1中，旋转支承件3具有l形状，以使支承件3相对于柔性叶片4、5偏移。l的基部垂直于柔性叶片4、5，并且包含第四固定连结部11。l的背部平行于柔性叶片4、5，并且还设置有弯曲的自由尖端p。自由尖端p仅用于指示装置1的质心位置。通过根据本发明的装置，在支承件3的枢转过程中，自由尖端p以及因此质心的移动非常小。
[0067]
根据本发明，当装置1不工作时，第一固定连结部7和/或第四固定连结部11布置在第二固定连结部8和第三固定连结部9之间。在图1的实施例中，当装置1不工作时，第一固定连结部7和第四固定连结部11布置在第二固定连结部8和第三固定连结部9之间。因此，在不工作位置，第一柔性叶片4和第二柔性叶片5布置在中间叶片6中。
[0068]
为此，中间叶片6是弯曲的，这里是直的u形，以能够部分地围绕第一固定连结部7和第四固定连结部11。u的基部b是最长的，其长度x1由下式定义:
[0069][0070]
其中l1是第一柔性叶片4的长度，l2是第二柔性叶片5的长度。这些长度是关于轴线和原点(在附图中未示出)定义的向量。可以理解，负值与正值是沿相反的方向定向。因此，某些值可以是负的，如l1或l2，以及因此x1或x2。
[0071]
此外，第四固定连结部11与枢转质量体的质心之间的距离是由l的背部形成的长度x2，其由以下等式限定:
[0072][0073]
通过这些尺寸，系统的质心在装置枢转时更加稳定，因为枢转质量体的质心是静止不动的，直到质心的位置关于装置1的平面中的偏转角的有限展开的第二阶。
[0074]
在一个优选模式中，选择第一柔性叶片4的长度l1＝l且第二柔性叶片5的长度因此，柔性叶片4、5在枢转过程中不会有碰撞的危险。避免了必须将这些叶片放置在两个不同的层面上以防止碰撞。因此，中间叶片6的长度x1由以下等式定义:并且旋转支承件3具有的长度x2由以下等式定义:其对应于第四固定连结部11与枢转质量体的质心之间的距离。
[0075]
在一个有利的实施例中，第一固定支承件11、第二固定支承件12和叶片形成一体式组件。该一体式组件可以通过mems或liga类型的技术或类似技术由硅或类似材料制成，并且进行热补偿，特别是通过在为此目的设置的某些部件区域中进行二氧化硅的特定局部生长(当该一体式组件由硅制成时)实现。
[0076]
根据图中未示出的第三实施例，该装置包括第二中间叶片和第三柔性叶片，旋转支承件和固定支承件相对于前述实施例是倒置的。因此，第一固定连结部由旋转支承件和第一柔性叶片的第一端形成，第二固定连结部由第一柔性叶片的第二端和第一中间叶片的第一端形成，第三固定连结部由第一中间叶片的第二端和第二柔性叶片的第一端形成，而第四固定连结部由第二柔性叶片的第二端和第二中间叶片的第一端形成。该装置包括由第二中间叶片的第二端和第三柔性叶片的第一端形成的第五固定连结部，以及由第三柔性叶片的第二端和固定支承件形成的第六固定连结部。在此实施例中，当装置不工作时，第一、第四、第五和第六固定连结部例如布置在第二和第三固定连结部之间。
[0077]
图2示出了谐振器机构10的第一实施例，该谐振器机构10包括两个类似于上文所述的枢转引导装置12、21。第一引导装置12包括第一固定支承件14和第一旋转支承件33、第一柔性叶片16和第二柔性叶片17，以及将第一柔性叶片16连接到第二柔性叶片17的第一中间叶片31。第二引导装置21包括第二固定支承件13和第二旋转支承件34、第三柔性叶片18和第四柔性叶片19，以及将第三柔性叶片18连接到第四柔性叶片19的第二中间叶片32。两个装置12、21各自的柔性叶片16、17、18、19两两具有相同的长度。因此，第一装置12的第一叶片16和第二装置21的第三叶片18具有相同的长度，正如第一装置12的第二叶片17和第二装置21的第四叶片19具有相同的长度。中间叶片42、45设置成使得u形的基部朝向机构的外部定向。
[0078]
两个装置12、21布置在两个平行的平面上，以便能够在不会发生叶片碰撞的情况下枢转。在此示例中，两个装置12、21基本上彼此垂直。因此，当机构10不工作时，各个装置12、21的柔性叶片16、17、18、19的方向是基本垂直的。
[0079]
在其他实施例中，通过在各装置之间形成不同于90
°
的角度——例如60
°
——可以使这些装置以不同方式定向。
[0080]
此外，这些柔性叶片的方向是直的。两个装置12、21的中间叶片31、32在不工作位置是基本垂直的，并在第一点35处相交。由于装置12、21在两个不同的平面上，所以在机构10的运行过程中，叶片之间不会发生碰撞。第一柔性叶片16和第三柔性叶片18在不工作位置是基本垂直的，并在限定旋转支承件和枢转质量体的质心的第二点36处相交。第二点36还限定了虚拟轴线的位置，机构的旋转围绕该虚拟轴线发生，特别是对于枢转质量体而言。枢转轴线基本上垂直于装置的平面。
[0081]
两个装置的旋转支承件33、34彼此刚性连接，就像两个装置12、21的固定支承件22、23一样。这里，旋转支承件33、34具有直叶片的形状，其可以具有与中间叶片相同的性质，优选不是柔性的。旋转支承件33、34基本上垂直于相应装置12、21的柔性叶片16、17、18、19。旋转支承件33、34通过它们的相对端彼此固定，以便形成支架形状的拐角件15。拐角件15可以形成对于机构的振动质量体——例如摆轮——的支承件。
[0082]
当机构10被致动时，两个装置12、21枢转，使得拐角件15围绕虚拟轴进行周期性平衡运动。这种运动是通过柔性叶片产生的，在有或没有质量体的情况下，柔性叶片在旋转支承件的运动的作用下弯曲。
[0083]
谐振器机构10可以包括多个串联安装的这种柔性枢转引导装置12、21，以增加总的角行程，这些柔性枢转引导装置设置在平行的平面中，并且围绕相同的虚拟枢转轴线a。
[0084]
图3至图6是根据本发明的第二实施例的可选方案，机构20、30、40均包括两个装置58、59，其中在不工作位置，只有第四固定连结部51、55布置在第二固定连结部48、53和第三固定连结部49、54之间。装置58、59各自包括两个柔性叶片39、41、43、44和一个中间叶片42、45。像在第一实施例中一样，装置58、59基本上彼此垂直。
[0085]
在两个装置的每一个中，第一固定连结部47、52布置在中间叶片42、45的外部。因此，第一柔性叶片39、43位于中间叶片42、45的外部。
[0086]
因此，该机构比第一实施例的机构更紧凑。中间叶片42、45具有变形u形的形状，其中通过第一固定连结部48、53连结到第一柔性叶片39、43的分支稍微凸起并且比另一个分支更长或更短，u形的基部朝向u形的内部凹入。固定支承件在各种可选方案中是相同的，并且一起形成具有基本上等于90
°
的角度的第一圆弧部37。第一圆弧部37包括第一附接件46，这里是在装置平面内布置在弧部37的外部部分上的环，以便能够将谐振器机构固定到钟表机芯。
[0087]
在图3和图4的可选方案中，两个旋转支承件一起形成小于第一圆弧部的第二圆弧部38，其角度基本上等于90
°
，其中心基本上与第一圆弧部37的中心相同。第一弧部37和第二弧部38在不工作位置基本平行。第二附接件56添加到第二弧部38上。第二附接件56是环。第二附接件56允许固定一振荡质量体，例如钟表机芯的摆轮。
[0088]
形成图3的第二附接件56的环相对于机构20远离，并且通过也可以是柔性的附加叶片57连接到第二弧部38的一端。
[0089]
在作为另一个可选方案的图4中，第二附接件56固定在第二圆弧部38上并在其上居中。
[0090]
在谐振器机构40的图5和图6的可选方案中，装置61、62布置成使得中间叶片66、67的u形的基部朝向机构的内部定向，这是通过先前的可选方案的中间叶片相对于柔性叶片39、41、43、44的方向进行对称来实现的。旋转支承件63、64是弯曲的，并且在到达第二附接件65之前在不同的平面中相交。第二附接件65与第一附接件46关于在第二柔性叶片41、44的相交处形成的机构的质心对称地相对设置。图6的透视图可以观察到两个装置61、62的两个层级。应注意，由固定支承件形成的第一弧部37以及第二附接件65具有足够的厚度，以允许实现在两个不同平面中的固定连结部。
[0091]
不管可选方案如何，当机构20、30、40被致动时，两个装置枢转，使得附接件围绕虚拟轴进行周期性平衡运动。这种运动是通过柔性叶片产生的，在有或没有质量体的情况下，
这些柔性叶片在旋转支承件的运动的作用下弯曲。
[0092]
图7示出了类似于图3的谐振器机构50，其中柔性叶片72、73、74、75包括侧向加强件71，以避免叶片的互反曲(面)的(anticlastic)弯曲。这些加强件由布置在叶片两侧的肋部构成，以局部增加叶片72、73、74、75的厚度。这些肋部周期性地设置在叶片的每个面上，优选地设置在叶片72、73、74、75的整个高度上。
[0093]
在此实施例中，中间叶片76、77在叶片厚度中还具有多孔结构。各个孔在叶片的整个高度上是管状的，以获得“镂空”叶片。因此，中间叶片76、77的重量减小，同时保持足够的刚度。
[0094]
仅包括这两个附加特征之一的实施例当然是可行的。
[0095]
图8示出了谐振器机构60的第三实施例，该谐振器机构60包括两个引导装置81、82，根据上述的用于枢转引导的装置81、82的该第三实施例，每个引导装置具有三个柔性叶片83、84、85、86、87、88以及两个中间叶片89、91、92、93。两个装置81、82垂直地设置并在第二中间叶片92、93处相交。第二中间叶片92、93限定了彼此不接触的凹陷部。为此，它们具有u形的形状，并能够一个在另一个内部不接触地垂直安装在一起。第一中间叶片89、91也具有u形的形状，其长度对应于它们各自的装置81、82的长度。每个第二柔性叶片85、86的长度基本上对应于它们各自的装置81、82的第一中间叶片83、84和第三中间叶片87、88的增加的长度。
[0096]
两个装置81、82的柔性叶片83、84、85、86、87、88、第二中间叶片92、93以及旋转支承件和固定支承件布置在同一平面中。第一中间叶片89、91布置在平行于第一平面的第二平面中。
[0097]
装置81、82的旋转支承件刚性地连接并形成圆弧部94。每个装置81、82的固定支承件也彼此刚性地连接以形成在圆弧部94中的拐角件95。当机构运动时，圆弧部94能够相对于拐角部95移动。
[0098]
对于处于不工作位置的每个装置81、82，第一、第四、第五和第六固定连结部布置在第二固定连结部96、97和第三固定连结部98、99之间。
[0099]
图9和10示出了谐振器机构100的第四实施例，其包括三个引导装置101、102、103，它们围绕机构的对称轴线a成角度地分布。装置101、102、103相叠置并且以在它们之间形成120
°
角度的方式定向。因此，三个引导装置101、102、103的柔性叶片的方向以两两成120
°
布置。
[0100]
当机构不工作时，对称轴线a基本上穿过每个装置101、102、103的两个柔性叶片105、106、107。枢转质量体的质心由对称轴线限定，它是第二柔性叶片105、106、107的交点。引导装置101、102、103是针对图3和4的谐振器机构的第二实施例所描述的类型，但是支承件108、109除外。
[0101]
类似于图3和4的装置，旋转支承件109包括第一弧部111、112、113。旋转支承件109还包括叠置的第二圆弧114、115、116，其长度不同以到达每个装置101、102、103各自的第一弧部111、112、113。第一弧部111、112、113和第二弧部114、115、116通过直线部分117、118、119连接。第二弧部114、115、116刚性地连接，并通过朝机构100外部定向的第一附接件120延伸。
[0102]
固定支承件108包括叠置的第三弧部121、122、123，其根据装置101、102、103的布
置而具有不同的长度。第三弧部121、122、123刚性连接并通过第二附接件125朝向机构外部延伸。
[0103]
第二圆弧部114、115、116和第三圆弧部121、122、123限定了圆形空间，除了附接件120、125之外，装置101、102、103的元件布置在该圆形空间内。第一附接件120和第二附接件125优选对称地设置在该空间的两侧。
[0104]
本发明还涉及一种钟表机芯，其包括例如用于钟表机芯的摆轮的谐振器机构，诸如上述谐振器机构中的一种。