混合钟表振荡器的制作方法

本发明涉及一种钟表振荡器，其包括至少一个游丝摆轮组件，该游丝摆轮组件包括摆轮轮副，该摆轮轮副自身包括至少一个摆轮轮缘，并且通过至少一个游丝返回。

本发明还涉及一种包括这种振荡器的机芯。

本发明还涉及一种包括这种振荡器的手表。

本发明涉及机械钟表振荡器领域。

背景技术：

机械手表的传统振荡器是游丝摆轮。这类解决方案具有多个优点：

-非常精确的计时，这是因为游丝的有效长度及其除了一个自由度(内桩围绕虚拟中心的转动)之外在每个自由度中的高刚度以及摆轮平衡的可调节性(全部惯性都集中在该部件中)；

-对外部干扰的稳定性，这是因为摆轮的较高的惯性；

-通过多个擒纵系统维持系统的可能性；

-较好地抵消热变化的可能性；

-即使对于非常低的频率(从2至10hz)也具有较高的品质因数，以及由此低的能耗和大的动力存储；

-在高幅值下工作的可能性。

然而，它还具有下列不良的特征：

-摆轴的枢转、摩擦和游隙在手表的不同位置产生计时差；

-在转动期间的枢转使得品质因数和计时取决于部件的摩擦，这还导致幅值和日差具有随着时间漂移的风险；

-需要完善的润滑以优化枢转，这引入了不可受控的参数，该参数可能随着时间或温度和湿度的差异而变化；

-当振荡频率变高、大于10hz时，难以维持振荡，这对于这些高性能振荡器的动力存储是不利的。

技术实现要素：

2012年，montresbreguet介绍了一种创新的解决方案，使得可以克服这些不良特征中的一些：磁性枢转机构。该解决方案使得可以消除手表位置之间的计时差异，并且导致品质因数以及由此动力存储的随之改善。

然而，尽管通过该创新减少了摩擦效应，但是该摩擦效应仍然存在，并且计时仍然部分取决于摩擦品质。

blancpain提出了对游丝摆轮的不良特征的第二解决方案：具有代替了摆轴和游丝的扭丝的振荡器。该创新使得可以消除摩擦相关问题，但是与游丝相比，产生了与扭丝的计时品质相关的原理问题：扭丝经受多种变形模式、弯曲模式、旋进，并且消除这些模式需要引入向底座施加的机械张力，该机械张力难以控制，并且可能随着时间或温度变化而变化。

本发明的一个目的是，通过提出一种混合机械/磁性系统，保留磁性枢转机构的优点和扭转振荡器的优点，同时消除这两种创新的不良特征，该系统仍然使用游丝摆轮系统作为定义手表日差的振荡器元件。

为此，本发明涉及一种根据权利要求1所述的钟表振荡器。

本发明还涉及一种包括至少一个这种振荡器的机芯。

本发明还涉及一种包括至少一个这种振荡器的手表。

附图说明

当参考附图阅读下文的详细描述时，本发明的其它特征和优点将显现出来，图中：

-图1为根据本发明的混合振荡器的第一变型的沿经过摆轮的枢转轴线的平面截断的示意性透视图，该混合振荡器包括游丝摆轮组件，其中，摆轮还通过扭丝返回，该扭丝在第一下端刚性固定到主夹板，并且在另一上端自由，该扭丝在该上端支承重锤，该重锤通过磁性吸引与固定到摆夹板的磁体配合，以保证扭丝张力和使摆轮保持在其理论轴线上。

-图2是图1的振荡器沿着相同平面的剖视图。

-图3是示出扭丝附装到内桩的平面图。

-图4是示出扭丝附装到轮缘的平面图。

-图5是示出扭丝附装到单圆盘的平面图。

-图6是侧视图，示出倾向于吸引摆轮轮副的轴向极片，而侧向极片倾向于排斥该摆轮轮副，以使其恰当地保持在其轴线上。

-图7是示出以束的形式的扭丝的示意性俯视图，该束包括围绕轴线规则分布的多个基元扭丝。

-图8以与图2相似的方式示出根据本发明的混合振荡器的第二变型，其中，重锤通过磁性排斥与固定到摆夹板的磁体配合，以保证扭丝张力和使摆轮保持在其理论轴线上。

-图9是示出包括具有这种振荡器的机芯的手表的框图。

具体实施方式

本发明的一个目的是，通过提出一种混合机械/磁性系统，来结合磁性枢转机构和扭转振荡器的优点，同时消除这两种创新结构的不良特征，该系统仍然使用游丝摆轮系统作为定义手表日差的振荡器元件。

本发明因此涉及一种钟表振荡器100，其包括至少一个游丝摆轮组件10，该游丝摆轮组件10以传统的方式包括摆轮轮副1，该摆轮轮副1自身包括至少一个摆轮轮缘2，并且通过至少一个游丝3返回。

根据本发明，摆轮轮副1在第一侧通过至少一个扭丝5和在与第一侧相对的第二侧通过非接触式磁性枢转机构相对于结构4枢转，该扭丝5在第一端通过刚性锚固元件51或经由降落伞式弹簧(parachutespring)固定到结构4。

图1和2示出刚性锚固元件51的情况。在未示出的变型中，该第一端固定到降落伞式弹簧，该降落伞式弹簧自身固定到结构4，因此该第一端具有受降落伞的刚度限制的轴向自由度。

该非接触式磁性枢转机构布置成在扭丝5的第二远端上施加沿着优选是游丝摆轮组件10的轴线d的方向的方向的磁性张力，所述第二远端与设置在锚固元件51中的第一端相对。为此，摆轮轮副1包括至少一个第一极60，该第一极60与摆轮轮副1和至少一个扭丝5嵌在一起。各至少一个第一极60关于通过轴线d的平面具有对称性，或者更具体地关于轴线d具有对称性。为了第一极60的磁悬浮和为了至少一个扭丝5的拉伸，在关于轴线d具有轴向对称性的合成磁场中，该至少一个第一极60与结构4(尤其是图中的摆夹板43)所包括的至少一个第二极70、71、72配合。该合成轴向磁力由此允许嵌入极60的径向再居中、扭丝5的轴向再对齐和摆轮轮副1的径向居中。

实际上，除了游丝3之外，第二极70、71、72也作用在游丝摆轮组件10上，特别是作用在至少一个第一极60上，以使其沿着轴线d的方向再居中。摆轮轮副1的再居中由此不仅仅是扭丝5的轴向再居中的结果。

具有轴向对称性的合成磁场由此施加用于轴向拉伸至少一个扭丝5的磁力以便轴向保持扭丝5以及施加用于使摆轮轮副1轴向居中的磁力。

按照惯例，下文与扭丝5和摆轮轮副1相关的任何机构将被称作“第一”，在扭丝5的远端侧与结构4相关的任何机构将被称作“第二”。

应理解，相互作用是第一极60和第二极70、71、72之间的磁性相互作用：

-通过吸引力，该吸引力允许通过第一磁体和第二磁体之间或第一磁体和第二磁化零件之间或第一磁化零件和第二磁体之间的吸引力配合，或者

-通过排斥力，该排斥力仅能够通过第一永磁体和第二永磁体或第一磁体和第二抗磁部件或第一抗磁部件和第二磁体实现。

根据所选择的构型，极由此可以包括永磁体、抗磁部件或铁磁零件。下文使用的表述“极片”不排他性地涉及永磁体，尽管永磁体是优选实施例。

本发明可以在多种变型中实现，包括一种在摆轮上包括至少一个永磁体的变型，该变型是特别有利但非限制性的。

计算磁性相互作用的大小，使得存在的磁场足以在扭丝5的远端上施加足够的力，以在空间中的全部位置恰当地拉伸该扭丝5，并且抵抗普通加速度。

自然，尽管该张力f必然沿着游丝摆轮组件10的轴线d的方向取向，但是它可以是轴向、径向或甚至倾斜磁场的合成，如例如图6所示。

在一个具体实现中，扭丝5是以纯扭转方式工作的丝/线材，如blancpainsa名下的专利申请ch01571/12所述。

在一种变型中，所述至少一个扭丝5是具有一起形成一个扭丝的多个基元丝的网。这些基元丝中的每个可以是以纯扭转方式工作的这种扭丝，或以弯曲模式或更精确地以扭转和弯曲组合模式工作的扭丝。尽管扭丝5的组成可以采用非常不同的形式，但是本质在于可以保证扭丝的拉伸沿着轴线d的方向。

更具体地，至少一个第一极60关于游丝摆轮组件10的轴线d具有旋转对称性。仍然更具体地，每个第一极60都关于轴线d具有旋转对称性。

在图1和2所示的第一变型中，至少一个第一极60通过磁性吸引与至少一个第二极70配合。更具体地，每个第一极60通过磁性吸引与至少一个第二极70配合。

在图8所示的第二变型中，至少一个第一极60通过磁性排斥与至少一个第二极70配合。扭丝的至少一个优选轴向的拉伸连接和优选地具有旋转对称性的磁性排斥的倾斜或径向连接的组合是可能的。图8示出一种非限制性实施例，其中，包括可动重锤6的扭丝端第一极60超过极片，以获得沿着允许扭丝被拉伸的方向的磁性排斥。该变型在机芯的总厚度方面是有利的。更具体地，每个第一极60通过磁性排斥与至少一个第二极70配合。

更具体地，至少一个第一极60是独立于摆轮轮副1并且远离该摆轮轮副1的可动重锤6，尤其是永磁体。

更具体地，至少一个第二极70是极片7。更具体地，该极片7围绕轴线d具有旋转对称性，并且独立于任何外部能量源。

这些图示出在该极片7附近的非磁性间隔件75，该非磁性间隔件75布置成限制第一极60的行程。

根据本发明，该摆轮轮副1在第一侧通过至少一个扭丝5和在与第一侧相对的第二侧通过非接触式磁性枢转机构相对于结构4枢转。为了实现该非接触式枢转机构，摆轮轮副1包括至少一个可动重锤6，该可动重锤6关于轴线d具有对称性，或更具体地关于轴线d具有旋转对称性。更具体地，为了可动重锤6的磁悬浮，至少一个这种可动重锤6与结构4所包括的至少一个极片7在图1和2中以吸引方式或在图8中以排斥方式配合。

图6示出一种具体变型，其中，轴向极片70倾向于吸引摆轮轮副1，而侧向极片倾向于排斥摆轮轮副1，以将其恰当地保持在其轴线上。相反的构型也是可能的。

在图7所示的变型中，至少一个扭丝5是束50，该束50包括围绕轴线d规则分布的多个扭丝5，每个扭丝5被支承在经过轴线d的平面上，或被支承在与经过轴线d的平面平行的平面上，或通过围绕轴线d延伸的螺旋体支承，例如如果扭丝被编织在一起时。

可以在钟表学规模上制造编织丝，更具体地通过使用硅、硅氮化物或碳化物、nip(镍-磷)或金属玻璃。编织丝作为光导而存在，并且编织丝的横截面尺寸与用于振荡器类型的应用所需的横截面尺寸相似。

在图1至6和8所示的变型中，至少一个扭丝5是至少沿着轴线d延伸的单扭丝5，即包括至少一个沿着轴线d的主要的细长的直线部分，该单扭丝5是唯一一个以扭转方式工作的扭丝，根据情况，该扭丝包括一个或多个径向延伸的翼部，该翼部在下文称作“肩部”55、56、57、58，该肩部55、56、57、58比扭丝的经受扭转力矩的直线部分更不易碎，并且布置成允许摆轮轮副1所包括的各部件直接附装在扭丝5上，而损坏该扭丝5。

因此，在一种具体变型中，至少一个扭丝5包括基本上沿着轴线d的方向延伸的细长部分并包括至少一个径向延伸肩部55、56、57、58，径向延伸肩部55、56、57、58用于将扭丝5附装到摆轮轮副1所包括的圆盘22，和/或附装到摆轮轮缘2所包括的轴向部分21，和/或附装到摆轮轮副1所包括的用于附装游丝3的内桩24，和/或附装到可动重锤6。

更具体地，每个肩部55、56、57、58均基本上是扁平的，并且布置成用于插入到摆轮轮缘2所包括的槽25、26、27、28中，和/或插入到摆轮轮副1所包括的用于附装游丝3的内桩24中，和/或插入到可动重锤6中。

在一种具体变型(未示出)中，至少一个扭丝5是至少沿着轴线d延伸的单扭丝5，并且包括将全部肩部55、56、57、58组合在一起的单个径向肩部。

在一种具体变型(未示出)中，至少一个扭丝5是至少沿着轴线d延伸的单扭丝5，并且包括径向延伸肩部55、56、57、58中的第一对肩部和第二对肩部，该第一对肩部将两个肩部55、56组合在一起，以将扭丝附装到圆盘22和附装到摆轮轮缘2的轴向部分21，该第二对肩部将两个肩部57、58组合在一起，以将扭丝附装到内桩24和附装到可动重锤6。

在一种具体变型(未示出)中，至少一个扭丝5是至少沿着轴线d延伸的单扭丝5，并且包括径向延伸肩部55、56、57、58中的单个第一肩部，和与该第一肩部不同的其它径向延伸肩部55、56、57、58中的一对肩部或一组三个肩部。

在另一具体变型(未示出)中，至少一个扭丝5是至少沿着轴线d延伸的单扭丝5，并且包括径向延伸肩部55、56、57、58中的第一对肩部和与该第一对肩部不同的其它径向延伸肩部55、56、57、58中的两个单独的肩部。

在图中所示的具体变型中，至少一个扭丝5包括端部锚固元件51，该端部锚固元件51用于将扭丝5设置在结构4所包括的主夹板41中，并且关于主夹板41基本上垂直且悬置地延伸。

本发明由此形成混合振荡器，因为其包括两个不同的返回装置：游丝3(或多个游丝3)和扭丝5(或多个扭丝5)，其作用相结合。

这种混合振荡器的频率通过游丝3的刚度kspiral和扭丝5在扭转状态下的刚度kfil的组合以下列关系式给出：

当扭丝5的刚度比游丝3的刚度低得多时，特别是当kfil≤kspiral/10时，本发明是有利的，因为在该情况下，扭丝的制造或定位的不精密度可能产生限制于约1至10秒每天的值的日差误差，该日差误差可以通过用于调节游丝摆轮的一般系统来容易地校正，例如从轮缘去除材料、调节螺钉、弹性条、偏心棘爪或其它装置。

名称“扭”丝指的是扭丝的刚度贡献，但是实际上，与游丝的刚度相比，寻求最小的刚度。

图7示出一种包括“复合”扭丝的有利变型，其中，多个简单丝(具体地是条状件5a、5b、5c、5d的形式，特别是但是不限于具有矩形横截面的条状件，更具体地但不限于关于游丝摆轮组件的转动轴线d稍微偏心地固定的条状件)一起形成“扭”丝，但是其中，各条状件特别是以弯曲/扭转形式变形。这类系统更抗冲击，并且具有最小的扭转刚度。扭丝5的刚度kfil由此是这些简单丝的合成刚度。

因此，在一种具体和有利的变型中，振荡器100所包括的一套全部扭丝5的扭转刚度比振荡器100所包括的刚度最小的游丝3的扭转刚度至少低10倍。

在一种具体变型中，特别是在图1和2所示的变型中，各扭丝5由单晶硅制成，具有小于或等于5微米×10微米的矩形横截面，并且经受强度大于或等于7mn的磁性张力。

在一种具体变型中，该张力限制于9mn的上限值，该上限值适合于为普遍使用而设计的手表，并且避免使磁性部件以及由此整个机芯的尺寸不必要地过大。

对于非常特别的应用，例如在航空学或航天学中，尤其是对于高加速度用途，每个这种扭丝5经受强度大于或等于15nm的的磁性张力。有利地，如图1、2和8所示，可动重锤6包括沿着轴线d呈锥形的锥形部分61，该锥形部分61的尖端在与其配合的极片7侧。实际上，尽管附图仅表示出一个可动重锤6和一个极片7，但是可以制造轴向串联的多个可动重锤6和/或多个极片7。

在一种设计变型中，在轴线d上不产生干扰扭矩，但是其中，极6或极7都不具有轴向对称性。这例如是如果至少一个极6或7关于轴线d偏心并且如果极7或6是与至少一个极6或7相互作用的环的情况。然而，难以开发一种设计，其中，两个极不对称，而不产生不利于计时的扭矩。因此，更具体地，两个极中的至少一个具有轴向旋转对称性。

根据一个具体特征，在沿着轴线d休止时，具有从5至40微米的值的游隙j在锥形部分61的尖端和形成止动件的端壁之间延伸，该止动件是极片7的一个表面，或优选地图1和2中的非磁性间隔件75，或图8中的结构4的元件。

更具体地，极片7容纳在底座81中，该底座81通过降落伞式弹簧82悬浮于圆头宝石8(cabochon)，该圆头宝石8容纳在结构4所包括的条夹板43中。该圆头宝石8包括在发生冲击的情况下形成用于可动重锤6的径向止动件的管件84。

本发明还涉及一种包括至少一个这种振荡器100的钟表机芯200。

本发明还涉及一种包括至少一个这种振荡器100的手表300。

简而言之，本发明涉及一种使传统的游丝摆轮与同样使摆轮返回的扭丝相结合的振荡器：

-如在上文所述的blancpain现有技术中的，扭丝仅在一端而不是两端固定；

-游丝保留；总刚度很大程度上取决于游丝的刚度，游丝的刚度比扭丝在扭转变形下的刚度大10到100倍之间；

-至少一个磁性重锤(磁体或铁磁部件)靠近扭丝的自由端(该自由端与附装端相对)就位，在一个具体但非限制性实施例中，该磁性重锤固定地紧固到安装在主夹板或摆夹板上的降落伞式弹簧；

-轮缘、游丝(经由内桩)和小圆盘固定到扭丝，该扭丝具有一个或多个肩部，该肩部的功能是支承这些部件；

-磁性重锤(磁体或铁磁部件)至少具有轴向和优选地圆柱形的对称性；因此，在转动时，该磁性重锤定位成固定到扭丝的自由端，扭丝具有为此目的的肩部。该重锤由此与固定到主夹板或摆夹板的另一磁性重锤相对。在两个重锤都是磁体的情况下，两个磁体被极化成在第一变型中相互吸引，或在第二变型中相互排斥。

可以设想以下变型：

-两个磁性重锤可以是磁体/磁体或磁体/铁磁体或铁磁体/磁体；

-第三和第四磁性重锤可以分别靠近机械底座固定到扭丝和固定到在该底座处面向扭丝的主夹板或夹板。这些重锤由此具有增加扭丝的径向稳定性的功能；

-扭丝可以是可导磁的或非磁性的；

-扭丝可以由多个微观结构条状件形成，以增加其机械抵抗力；

-可以引入靠近扭丝的机械自由端和轮缘的侧向止动件，以在发生大冲击的情况下保证机械抵抗力。

图1和2示出第一磁性吸引变型。扭丝5在锚固元件51处设置在结构4的主夹板41中。磁体7固定到摆夹板43的降落伞式弹簧82。在扭丝5上，形成条状件/扭丝的扩大部分的四个肩部55、56、57、58具有以下功能：尤其是通过粘合或相似的方式，分别允许附装圆盘22、摆轮2的轮缘21、内桩24及其游丝3和具有锥形形状(在本文中具有圆柱形对称性)的铁磁部件6。图3至5示出这些附装的细节。摆夹板的支承磁体7的部件8具有管件84，该管件84在大冲击的情况下用作侧向止动件。

图8示出第二磁性排斥变型，磁体7的位置移位并且移动更靠近主夹板41，可动重锤6容纳在磁体7之外。

如果联接到具有惯性j＝2.5mg·cm²的摆轮，长度为2mm的具有5微米×10微米的矩形横截面的单晶硅丝具有比允许10hz振荡的典型游丝(例如breguet7400机芯编号)的刚度低100倍的扭转刚度。

具有这些尺寸、在一端固定且经受15mn的磁性张力并且经受100°的扭转的扭丝展现出400mp的机械应力，低于最大应力一在2和3之间的系数(正如游丝一样)。

使用单个肩部将四个部件附装到扭丝的变型最接近传统系统。在扭丝扭转期间，各部件转动相同的角度。

维持系统的最有利的变型是使用两个不同的肩部的系统，游丝/轮缘/铁磁部件组件固定在第一肩部上(该肩部靠近扭丝的自由端)，小圆盘固定在(更靠近扭丝的附装点的)第二肩部上。在该构型中，小圆盘的转动角度小于游丝/轮缘/铁磁部件组件的转动角度，因此，小圆盘的最大转动速度小于具有相同的频率和幅值的传统摆轮的转动速度：该创新特性允许更加有效地维持系统，因为擒纵机构能够更加容易地将能量传递到小圆盘以及由此传递到振荡器。

本文所公开的本发明具有磁悬浮。本发明自然还可以实现为具有静电型悬浮，或甚至具有磁/静电组合。

本发明提供了明显的优点：

-在振荡期间在枢转机构处没有摩擦；

-计时对手表位置的依赖性低；

-使用标准技术来进行计时调节、温度补偿和维护；

-适合于手表；

-适合于海军计时；

-适合于静态使用。