调节挠性枢轴钟表振荡器的方法与流程

本发明涉及一种能够在机械钟表机芯中用作时基的钟表振荡器。

更确切地，本发明涉及一种挠性枢轴钟表振荡器，即一种不具有在轴承中转动的物理旋转主轴的钟表振荡器。这种振荡器通过弹性部件的布置绕虚拟旋转轴枢转。

背景技术

存在不同类型的挠性枢轴，诸如具有独立交叉条的枢轴、具有非独立交叉条的枢轴或具有称为“RCC”(远中心柔顺结构(Remote Center Compliance))的远旋转中心的枢轴。在具有独立交叉条的枢轴中，条在两个平行平面中延伸从而相互交叉而不接触。在具有非独立交叉条的枢轴中，条在同一平面中延伸从而在物理上相互交叉。至于具有远旋转中心的枢轴，它包括两个不相互交叉但沿相互交叉的轴线延伸的条。在所有情况下，条或条的轴线的交叉限定了虚拟旋转轴。

对于任意钟表振荡器，重要的是挠性枢轴钟表振荡器对重力的敏感性较低，换句话说，挠性枢轴钟表振荡器的频率尽可能小地随着其相对于重力的方向而变化。

为此，可以调整条的交叉点或条的轴线的交叉点的位置。例如，在具有独立交叉条的振荡器的背景下，专利申请EP 2911012提出根据W.H.Wittrick在文章“交叉挠性枢轴的特性以及条的交叉点的影响(The properties of crossed flexure pivots and the influence of the point at which the strips cross)”(航空季刊(The Aeronautical Quarterly)，卷II，1951年2月)中提出的理论来布置弹性条，使得其交叉点位于其长度的7/8处，理论值实际上是1/2+√5/6，即长度的87.3％左右。交叉点的这个位置确实是使虚拟旋转轴的杂散位移最小化，从而使振荡器的频率对重力的相关性降到最小的位置。

实际上，选择特殊的交叉点位置似乎只在一定的振荡幅度下将频率对重力的相关性降到最小，对于具有独立交叉条的振荡器，这个振荡幅度大约是12°。对于其他振荡幅度，特别是较大的振幅，根据钟表相对于重力的位置的频率变化可能是相当大的。

技术实现要素：

本发明旨在提出一种新的改进挠性枢轴钟表振荡器的操作精度的方法，该方法可以或可以不与包括为条或其轴线的交叉点选择特定位置的方法相结合。

为此，提供了一种用于调节钟表振荡器的方法，该钟表振荡器包括摆轮、支撑件和挠性枢轴，该挠性枢轴将摆轮连接到支撑件并引导摆轮相对于支撑件绕虚拟旋转轴旋转，挠性枢轴在垂直于虚拟旋转轴的平面中的正交投影中具有对称轴，该对称轴也是连接挠性枢轴与摆轮的点的对称轴，其特征在于，调节摆轮的不平衡度，使得在该平面的正交投影中，摆轮的质心基本上在对称轴上并且位于与虚拟旋转轴不同的位置，并且该位置被选择为：对于预定的振荡幅度，减小且优选地最小化振荡频率对重力方向的相关性。

本发明还涉及一种可以通过如上限定的方法进行调节的钟表振荡器。

申请人发现，振荡幅度、摆轮质心位置和振荡器对重力的敏感性之间存在相关性。基于给定的振荡幅度，可以沿挠性枢轴的对称轴找到使振荡器相对于重力的不同垂直位置之间速率差异最小化的摆轮质心位置。因此，通过根据本发明的调节，可以获得如下的振荡器：其性能至少与Wittrick类型的振荡器相当，并以不同的、更适应于其所属的机芯的特性的振幅操作。

附图说明

通过阅读下面参照附图给出的详细描述，本发明的其他特征和优点将变得清楚，在附图中：

-图1和图2分别是根据本发明的特定实施例的挠性枢轴钟表振荡器的俯视图和立体图；

-图3至图5是示出根据振荡幅度和振荡器相对于重力的方向的挠性枢轴振荡器的速率的示图；

-图6是示出振荡器的摆轮的不平衡度与使振荡器的不同垂直位置之间速率差降到最小的振荡幅度之间的关系的示图；

-图7和图8分别是根据本发明的另一实施例的挠性枢轴钟表振荡器的俯视图和立体图。

具体实施方式

在下文中，钟表振荡器的几何和尺寸特征是参照其静止位置来限定的。

图1和图2示出了根据本发明的特定实施例的挠性枢轴钟表振荡器，该振荡器用于实现机械钟表机芯，特别是腕表或怀表机芯中的摆轮-游丝的功能。该振荡器由1表示，包括振荡体或摆轮2、支撑件3和挠性枢轴4。支撑件3旨在固定至机芯的固定或可移动框架。挠性枢轴4在此为在相应平行平面P1、P2中延伸并且无接触地交叉的两个弹性条5、6的形式。这些条5、6中的每一个在一端5a、6a处连接到摆轮2并且在其另一端5b、6b处连接到支撑件3。因此摆轮2仅通过挠性枢轴4保持在支撑件3上，挠性枢轴4引导摆轮2相对于支撑件3绕虚拟旋转轴旋转并且使摆轮2弹性地返回到静止位置，即图1和图2中所示的位置。虚拟旋转轴垂直于平面P1、P2延伸并且在这些平面P1、P2(参照图1)中的任何一个平面中的正交投影中对应于条5、6之间的交叉点O，更确切地对应于这些条的中轴线之间的交叉点。在图1中，交叉点O是导向标记(O,X,Y)的中心，其Y轴是条5、6的对称轴，该对称轴从条5、6连接到摆轮2的点5a、6a之间并且从条5、6连接到支撑件3的点5b、6b之间穿过。在示出的示例中，摆轮2为围绕挠性枢轴4的环形件的形式。作为变型，摆轮可以是开口型。

图3示出了，对于条5、6的交叉点O位于其长度的87.3％处即位于由W.H.Wittrick提出的最佳位置处，根据振荡器的振荡幅度和振荡器相对于重力的方向的振荡器1的速率。交叉点O的这个位置是从带5、6连接到摆轮2的点5a、6a开始测量的，但是在变型中，可以从带5、6连接到支撑件3的点5b、6b开始测量，交叉点O同样可以位于支撑件3所在的一侧或摆轮2所在的一侧。此外，图3的仿真结果是利用平衡的摆轮2获得的，平衡的摆轮2的质心与平面P1、P2中的任一平面中的正交投影中的交叉点O重合。此外，根据专利申请WO 2016/096677的教导，条5、6之间的角度α选择为在68°到76°的范围内的71°的角度，该角度能够最大限度地减少由于弯曲枢轴4产生的弹性力矩的非线性而导致的不等时性。因此，仿真是在现有技术中描述的最佳条件下进行的，其结果如图3所示。

在图3的图表上，在纵坐标上显示了以秒/日为单位的速率，在横坐标上显示了以度为单位的振荡幅度。四条曲线C1至C4分别对应于振荡器的间隔90°的四个垂直位置。在这四个垂直位置上，重力分别沿半轴(O,-Y)，半轴(O,X)，半轴(O,-X)和半轴(O,Y)定向。由于振荡器相对于Y轴对称，曲线C2和C3重合。应当注意，对于大约12°的振荡幅度，这些垂直位置之间的速率差异最小，而对于更大的振幅，特别是对于30°的振幅，速率差异较大，这意味着在较大振幅下，振荡频率与振荡器相对于重力的方向显著相关。然而，虽然较小振幅具有减弱弹性返回力矩的非线性对等时性的影响的优点，但它们也有缺点。特别是，它们使利用例如瑞士杠杆擒纵机构的传统擒纵机构来保持振荡变得更加困难，甚至变得不可能。因此可能需要将振荡幅度增加到例如25°或30°。

为了在不降低对重力的相关性方面的性能的情况下增加振荡幅度，本发明提出使摆轮2不平衡，使得摆轮的质心M与条5、6的交叉点O不同，并且因此不同于在平面P1、P2中任一平面的正交投影中的摆轮2的旋转中心。实际观察到，在Y轴上从O点移动质心M会改变对应于振荡器不同垂直位置之间的速率差最小的振荡幅度。这在图4和图5中示出，图4和图5用与图3相同的参数获得，但对于图4，位于Y轴上的摆轮2的质心M与O点的距离ΔY等于30μm(对应于15nN.m的不平衡度)，对于图5，位于Y轴上的摆轮2的质心M与O点的距离ΔY等于50μm(相当于25nN.m的不平衡度)。在图4中，频率最小地相关于重力方向的振荡幅度约为24°。在图5中，该振荡幅度约为30°。图4和图5示出了在半轴(O,Y)上移动质心M的效果。当然，如果希望减小振荡幅度，则可以在半轴(O,-Y)上移动质心M。

图6示出了在振荡器1的上述四个垂直位置之间产生最小速率差的振荡幅度与摆轮2的不平衡度之间的关系。可以看出，对于每个振荡幅度，都可能找到一个不平衡度，更确切地，找到与每个振荡幅度对应的摆轮2的质心M在Y轴上的位置。

一般而言，在本发明中，摆轮2的质心M与交叉点O之间的距离ΔY优选地为至少1.4μm，更优选地至少2μm，更优选地至少5μm，更优选地至少10μm，更优选地至少20μm，更优选地至少40μm。不平衡度的绝对值优选地为至少0.7nN.m，更优选地至少1nN.m，更优选地至少2.5nN.m，更优选地至少5nN.m，更优选地至少10nN.m，更优选地至少20nN.m。

实际中，在选择了振荡幅度之后，调节摆轮2的不平衡度以使得在该振荡幅度下垂直位置之间的速率差异最小。可以通过例如通过铣削或激光切割从摆轮2中去除材料，或通过例如通过沉积技术向摆轮2添加材料，实现调节。替代地或附加地，可以利用摆轮2携带的调节装置来调节不平衡度。

这种调节装置的示例在图1和图2中示出。它包括刚性地连接到摆轮2并且优选地与其形成一体的支撑件7。该支撑件7从摆轮2的面向虚拟旋转轴的内表面径向延伸。刚性连接到支撑件7并优选地与其形成一体的两个螺柱8、9被框架10围绕并且用作框架10的引导件，框架10能够相对于支撑件7沿Y轴平移移动。螺柱8、9中的至少一个的直径大于框架10的内部宽度，以使框架10的两个较宽边弹性变形，从而通过弹性夹持将其保持就位。沿Y轴方向向框架10施加足够的力，使框架10位移，以改变摆轮2的不平衡度。可以在摆轮2上设置一个或多个凹部以补偿由支撑件7、螺柱8、9和框架10引起的不平衡，从而使得在框架10的特定位置处，例如在框架10与两个螺栓8、9中的一个相抵靠的位置处，摆轮2的不平衡度基本为零。框架10的位移因此通过从点O沿Y轴移动摆轮2的质心M而使摆轮2不平衡，从而允许精确地调节不平衡度。

对摆轮2的不平衡度的调节改变了摆轮的惯性矩。因此摆轮2也可以携带惯性块，惯性块将用于以本身常规的方式调节惯性矩。

作为图示出的调节装置7-10的替代方案，摆轮2可以在其外围支承一个或多个调节螺钉，例如，一个或两个沿Y轴定向的螺钉，通过将这些螺钉不同程度地拧入摆轮2来实现调节。

图7和图8示出了根据本发明的另一实施例的振荡器1'，其中用于调节不平衡度的装置位于振荡器的中心，以便尽可能少地改变摆轮2的惯性矩并便于利用摆轮2支承的惯性块来调节该惯性矩。这里，摆轮2包括轮缘2a和直径臂2b。直径臂2b在其中心部分中断以允许条5、6通过。在图7中通过虚线示意性示出的变型中，可以通过条5、6将终止于其上的凹形连接器2c连接直径臂2b的两个部分。这样，条5、6的交叉点相对于支撑件3将更靠近摆轮2。

在图7和8所示的这个实施例中，用于调节不平衡度的装置安装在直径臂2b上。该装置包括支撑件11，固定到直径臂2b的上部并支承以摆轮2的虚拟旋转轴为中心的中心螺钉12。用于调节不平衡度的装置进一步包括调节件13，该调节件位于支撑件11上并具有沿上述的Y轴延伸的槽14，中心螺钉12以及嵌入支撑件11中的两个销钉15穿过槽14。中心螺钉12的直径大到足以使槽14弹性变形从而通过弹性夹持将调节件13保持就位。当对调节件13施加足够的力以调节摆轮2的不平衡度时，两个销钉15引导调节件13沿Y轴平移。

为了在配备有振荡器1、1'的钟表机芯中实现所需的摆动幅度，可以调整机芯主发条的尺寸。可以选择那些尺寸以使得振荡器1、1'在主发条完全上紧时以所需的幅度振荡。

振荡器1、1'的摆轮2-支撑件3-挠性枢轴4的组合件可以由不同的材料制成，例如硅、氧化物涂层硅、玻璃、蓝宝石、石英、金属玻璃、或诸如镍、镍合金、钢、铍铜或白铜。根据所选择的材料，该组合件可以通过蚀刻(特别是深度活性离子蚀刻，DRIE)、LIGA、铣削、电蚀、铸造等获得。组合件2、3、4可以是一体的。

不言而喻，本发明可以应用于除独立交叉条之外的挠性枢轴，特别是非独立交叉条以及具有远旋转中心(RCC)的枢轴。

此外，除了弹性条5、6之外，挠性枢轴4还可以包括附加的弹性条，例如叠加在条5、6上以增加其在高度方向上的刚度的条。一般而言，在本发明中，Y轴是挠性枢轴的对称轴，并且也是挠性枢轴连接到摆轮的点以及挠性枢轴连接到支撑件的点在垂直于虚拟旋转轴的平面中的正交投影中的对称轴。