用于在钟表机芯中使旋转元件的心轴枢转的磁性装置的制作方法

本发明涉及一种钟表组件，其包括旋转元件的心轴和在钟表机芯内部使心轴绕确定的轴线枢转的装置，该装置包括至少一个磁性轴承和托钻托钻(endstone)，所述磁性轴承包括在心轴的由磁性材料制成的枢轴上施加吸引力的磁体磁体，该托钻布置在磁体和枢轴之间。本发明更具体地涉及这样一种装置：其中，托钻和枢轴之间的摩擦系数小于或基本等于0.1，并且形成托钻的材料具有大于500HV的硬度。

背景技术：

在钟表机芯的旋转元件中使用永磁体可能是有利的，这特别是因为它在限制摩擦的同时可以形成显著的局部力。

已知满足前序部分中给出的定义的磁性枢转装置。一个示例是在专利文献WO 2012/062524的图13中表示的用于在钟表中枢转心轴的装置。本文的附图1是该现有技术的图示的再现。所示枢转装置被设置成用于心轴1，该心轴1的端部构成两个枢轴，分别标记为2和3。该枢轴由磁性材料制成。该附图还示出布置成支承和引导两个枢轴2和3旋转的第一轴承和第二轴承。该两个轴承中的每个轴承包括底座(setting)，分别标记为40和44，安装在底座中的永磁体，分别标记为4和6，以及插入磁体和底座的开口之间的宝石盖(jewel cap)，分别标记为18和19。第一轴承和第二轴承的磁体4和6取向成分别吸引第一和第二枢轴，从而将心轴1保持在枢轴轴线上，并具有一定的径向和轴向游隙。

由于极其缩小的尺寸和精确地执行精密时计功能所需的高空间精度，生产根据上述原理工作的可靠的钟表机构是一个重大的技术挑战。

实际上，大多数天然或合成磁性材料在毫米或更小数量级上是不同质的。因此很难控制这一级别上的磁场的定位和强度。特别地，具有最高磁能强度的永微磁体，例如SmCo或NdFeB微磁体，通常由来自于稀土族的化学元素的粉末制造，因为其颗粒结构具有包括在1和100微米之间的尺寸。当其接近颗粒度时，磁场的同质性总体上减小。

在图1中示出的这种类型的枢转装置的另一缺陷与在磁体和枢轴之间存在宝石盖(分别标记为18和19)有关。事实上，宝石盖的存在具有增加磁体和枢轴之间的气隙的宽度的作用。已知当远离磁体表面移动时，磁场强度快速地减小。在这些情况下，宝石盖的厚度足够使由磁体施加在枢轴上的回复力的强度极大地减少。

技术实现要素：

本发明的一个目的是通过提供一种枢转装置来克服现有技术的前述缺陷，在该枢转装置中，磁场在承载表面处的分布以更大的精度确定，使得磁通量大部分地集中在以枢轴轴线为中心的较小区域内。

本发明通过提供一种钟表组件来实现该目的，该钟表组件包括旋转元件的心轴和在钟表机芯内使心轴围绕确定的枢轴轴线枢转的装置，该枢转装置包括至少一个磁性轴承，该磁性轴承包括磁体和布置在磁体与枢轴之间的托钻，该磁体在心轴的由磁性材料制成的枢轴上施加吸引力。托钻由硬度大于500HV的材料制成，且该材料与形成枢轴的材料之间的摩擦系数小于或基本等于0.1。形成托钻的材料还具有高的导磁率且在关于枢轴轴线的横截面中具有比磁体要小的尺寸，布置在钟表机芯中的托钻在确定的枢轴轴线上定心。

需要指出，“具有高导磁率的材料”表示这样的材料：其相对导磁率达到大于10的最大值，并且其中磁场饱和值大于0.5Tesla。

根据本发明，托钻由具有高导磁率的材料制成并且布置在磁体和枢轴之间。在这些情况下，可以理解的是，从磁性的视角，本发明的托钻起到磁极件的作用。另外，因为在横截面中磁极件的尺寸小于磁体的尺寸，所以磁极件用作磁通量集中器。由于该特征，本发明使得一方面可以增大在托钻的承载表面处的磁场强度，另一方面可以增大磁场的径向梯度。本发明的第一优点因而是增加径向地作用在枢轴上的磁性回复力。

根据本发明，托钻布置为在枢轴轴线上对中/定心。另外，由于托钻使磁场集中，因此磁场强度最大的区域也在枢轴轴线上对中。无论磁体的装配公差如何，情况都是如此。该特征的一个优点是，代替压入磁体，可以使用精度较小但是限制也较小的方法，比如粘接。破坏由磁体产生的磁场的风险因而减少了。还可以理解，前述特征的第二优点是，枢轴以改进的精度对中，而不论在磁体中的磁性缺陷如何。

根据本发明，同一构件起到托钻的作用和磁通量集中器的作用，并且也起到使磁性心轴对中的磁性结构的作用，即，用于使心轴在所提供的枢轴轴线上对齐的作用。因此本发明的第三优点是，在使枢轴在所提供的枢轴轴线上正确对中的同时也使磁通量集中，而不会增加枢转装置的尺寸。另外，可以理解，由于减少了构件的数量，本发明使得可以简化设计和减少花费。

附图说明

在参照附图阅读下面仅仅作为非限制性示例给出的描述后，本发明的其它特征和优点将显现，图中：

–图1是现有技术的磁性枢转装置的纵向剖视图。

–图2是根据本发明的第一实施例的枢转装置的示意图。

–图3和图4分别是根据本发明的第一实施例的变型的抗震枢转装置局部的纵向剖视图和立体图。

–图5是手表机芯的局部剖视图，其示出了图3和4的枢转装置如何结合到钟表机芯中的一个示例。

–图6A是与图3类似的局部纵向剖视图，但是示出了根据本发明的第二实施例的第一变型的枢转装置。

–图6B是根据本发明的第二实施例的第二变型的枢转装置的立体图。

–图7是根据本发明的第三实施例的枢转装置的示意性立体图。

–图8A和8B是与图7的实施例的变型对应的两个托钻的示意性平面图。

–图9是示出与本发明的第四实施例对应的枢转装置的轴承的局部纵向剖视图。

具体实施方式

图2是根据本发明的第一实施例的枢转装置的示意图。根据本发明，该托钻(标记为63)为多功能托钻，因为它也起到磁极件的作用。参照图2，其中可以看到永磁体106、磁极结构119和枢轴103。磁极结构119由中心部分和外周部分形成，中心部分由托钻63形成，外周部分特别地为框架61。在本示例中，框架61具有中心处布置有托钻的板的大体形状。根据本发明，托钻63由具有高导磁率的材料形成，并且围绕托钻63的框架61可有利地由与当前托钻相同的材料形成。在这种情况下，在第一实施例中形成框架的板优选地具有比当前托钻的厚度要薄得多的厚度。事实上，所述板具有较小厚度的事实阻止了其成为一个使磁场线朝磁体的另一极返回的屏蔽罩。优选地，框架61具有围绕托钻的薄板的形式，并且其厚度小于托钻厚度的十分之一。

可替代地，也可以用与形成托钻的材料不同的材料形成框架。例如可以选择具有低导磁率的材料，特别是非磁性材料，即，具有值接近1的导磁率的材料。在该第二种情况下，在当前实施例中形成框架61的板可有利地具有与托钻63大约相同的厚度，托钻63插入到位于框架中心的孔中，该孔优选地为通孔。

在通向本发明的研究中，发明人寻找还对于托钻63具有良好摩擦学性能的磁性材料。他们因此选择将硬金属/硬质合金与钴或镍结合剂相结合的合金。根据一个有利的变型，所讨论的硬金属是碳化钨(WC)。根据一个优选变型，形成托钻的材料是包含有20％到25％之间的钴的碳化钨和钴的混合物。可替代地，形成托钻的材料可以为磁性金属玻璃。有利地，该金属玻璃是铁基金属玻璃族(铁-钴-镍)中的一员。优选地，可以使用组成为(Fe,Co,Ni)-(Al,Ga)-(P,C,B,Si,Ge)或组成为(Fe,Co,Ni)-(Zr,Nb,Hf,Ta,Mo,W)-(P,C,B,Si)的金属玻璃。另一有利的替代是选择镨-钕基金属玻璃。如果制造托钻的材料是该镨-钕基金属玻璃，则其优选地是组成为(Nd,Pr)-(Fe,Ni,Cu)-Al的金属玻璃。

再次参照图2，可以看到，在图示的示例中，磁极结构119直接放置在磁体106上。磁体和磁极结构是具有相同直径的圆柱体形式。但是，也可以理解，磁极结构的直径不必与磁体的直径相等。例如，磁体的直径可有利地包含在0.4和1.5mm之间，并且它的厚度可以包含在0.2和2.0mm之间。根据本发明，托钻63在关于枢轴轴线的横截面中的尺寸小于磁体的尺寸。同样作为示例，托钻的直径可有利地包含在0.1和0.2mm之间，并且它的厚度在80到150μm之间。最后，框架61的外直径可以包含在例如0.1和1.2mm之间。如果框架由与托钻相同的材料制成，则它的厚度优选地包含在40和100μm之间。

再次参照图2，可以看到，枢轴103在磁极结构的中心处与托钻63直接接触。因为其磁性性能，托钻用作使总磁通量的相当大的一部分集中的磁极盘(pole disk)。因此，枢轴103受到吸引它朝向磁极结构119的中心的磁性力。另外，如上面看到的并且根据本发明，托钻63在所提供的枢轴轴线上对中。在这些情况下，可以理解的是，心轴101(图3，4和5)通过由托钻形成的磁性对中结构以一定的径向游隙保持在枢轴轴线上。

现在更具体地参照图3，4和5，将对于本发明的第一实施例更详细地描述一种设计变型。此实施例对应于抗震枢转装置。示出的枢转装置包括心轴101，心轴101的端部形成两个枢轴，分别标记为102和103。枢轴103由磁性材料制成。该附图还示出了包括磁体105的第一轴承和类似于第一轴承的包括磁体104的第二轴承，该磁体105布置成支承和引导枢轴103旋转。在下文中将仅描述第一轴承，其包括底座144、抵靠底座的底部的承载宝石146、抵靠承载宝石安装在底座中的永磁体106、以及在磁体和底座的开口之间插入的磁极结构119。在示出的例子中，承载宝石146除了关闭底座的底部并且作为用于磁体的承载表面以外，没有其它技术功能。承载宝石还通过隐藏磁体而具有装饰功能。该附图还示出支承件145，支承件145的基部包括用于供枢轴103通过的开口135。支承件145布置成定位且弹性地保持底座144。为此，该底座通过弹性装置被保持在支承件145中的倒锥形的壳腔内，该弹性装置在本示例中由弹簧110形成。在示出的例子中，支承件145是包括圆形边缘的回转部件。

根据本发明，托钻63在钟表机芯中布置成在枢轴轴线上对中。可以理解的是，根据本示例的实施例，托钻通过框架61被定位，框架61进而被刚性地保持在底座144中，该底座因而用作托钻的支承件。用于刚性地装配磁极结构和底座的一个可能的方式为将框架强制地插入到底座中。

如果钟表机芯受到轴向震动，则摆轴101的枢轴103将磁极结构119和底座144向上推。在这种情况下，仅由弹簧110进行作用来使底座和摆轴回到它们的初始位置。弹簧110的尺寸设计为具有有限的位移，使得在它的极限之外，摆轴101的台肩抵靠开口135的外缘，以允许摆轴的较厚部分吸收震动。在中等强度的侧向震动的情况下，仅磁体106产生的并且由托钻63集中的磁场进行作用来使枢轴回到它的平衡位置。可以理解的是，枢轴的平衡位置对应于最大磁场强度并且该最大磁场强度的位置与托钻63的中心一致。如果侧向震动的强度超过特定极限，则由磁场产生的力不足以保持枢轴103。枢轴从而抵靠开口135的外缘。然后，一旦开口的外缘已止动枢轴的行程，则磁力能使枢轴朝它的平衡位置返回。

图6A和6B对应本发明的第二特定实施例。图6A是本发明的枢转装置的该第二实施例的局部纵向剖视图。图6B是对应于第二实施例的示意性立体图。首先参照图6B，可以看到，示出的磁极结构219具有中空插座的总体形式(在附图中向下开口)。如在附图中示出的，永磁体206从下方插入到在磁极结构219内部形成的腔室中。在磁体206上方，该插座的平坦底部类似于在图2中示出的磁极结构119。托钻63布置于平坦底部的中心处，位于插座的轴线上。插座的其余部分形成框架216A，与前述的例子一样，框架216A可由与托钻相同的材料制成，或由不同的材料制成。在示出的例子中，磁极结构具有圆柱形对称性。但是可以理解的是，插座可替代地可以具有方形、椭圆形、多边形截面等。

图6A非常类似于图3。这也是图6A的与图3的元件实质相同的任何元件被给予相同的附图标记并且这里不再描述的原因。但是，可以注意到，磁体206具有比图3的磁体106的直径更小的直径，这使得磁体206可以被压入到磁极结构219的插座-框架中或粘接在该插座-框架中。由于其中含有的腔室，根据当前示例的实施例的枢转装置的磁极结构219同时具有以下功能：即，根据本发明的包括托钻63的磁极结构的功能，以及布置成接收磁体206的底座的功能。因而该实施例的一个优点是简化了抗震轴承的构造。

图7、8A和8B示出了本发明的第三示例性实施例。如在图中看到的，根据该实施例，磁极结构包括将框架与托钻分开的环形空间，根据本发明，该托钻由具有良好摩擦学性能的磁性材料制成。至少三个条形件穿过该环形空间将框架连接到托钻。首先参照图7，可以看到永磁体306、磁极结构319和枢轴103(枢轴的端部部分已被移除以更多地看到磁极结构319)。可以看到，磁极结构319由限定托钻63A的中心部分和外周部分或框架361形成，该托钻63A由限定中心盘的小圆柱体形成。在当前实施例中，框架361具有环形件的总体形状，该框架通过标记为365的至少三个臂连接到托钻。

可以理解的是，框架361和臂365可以由与实际托钻相同的材料形成。在这种情况下，在托钻和框架之间的环形空间的存在防止了磁极结构形成使磁力线朝磁体的另一极返回的屏蔽罩。因此，第三实施例使得可以具有更厚且因而更坚固的框架，即使框架是由与托钻相同的材料制成。替代地，框架361和壁365可由与形成托钻的材料不同的材料制成。

现在更具体地参照图8A，可以看到，示出的磁极结构包括通过四个连接元件375彼此连接的框架371和托钻73。如可以看到的，示出的连接元件为弯曲成圆弧的小条形件的形式。可以理解的是，在该示出的变型中，小条形件375的弯曲使得在中心部分和外周部分之间形成弹性连接。事实上，框架371围绕托钻73布置以承载托钻73。在这种情况下，臂的弹性允许托钻在框架的中心处被弹性地保持就位。因此，即使框架发生变形(例如当框架被插入到底座时)，托钻也相对于磁极结构的框架和底座基本保持其中心位置。可以理解的是，弹性臂因而保证托钻一定程度的“自对中”。

现在参照图8B，可以看到，图示的对中结构包括通过三个连接元件385彼此连接的框架381和托钻83。如可以看到的，图示的连接元件采用弯曲成S形的小条形件的形式。可以理解的是，如在前述变型中一样，在示出的变型中，小条形件385的弯曲具有增加中心部分和外周部分之间的连接的弹性的作用。

图9是示出与本发明的第四实施例对应的枢转装置的轴承的局部纵向剖视图。此实施例的一个特点是，磁极结构不具有外周框架，而是限于托钻，该托钻的尺寸在关于枢轴轴线的横截面中小于磁体的尺寸。在附图中，可以看到磁体406和直接结合到磁体的托钻463。根据本发明，该托钻由具有良好摩擦学性能的磁性材料形成。