本發(fā)明涉及單片計時器調(diào)節(jié)器、計時器機芯以及具有這種調(diào)節(jié)器的計時器。

背景技術(shù)：

文件us2013176829a1公開了由單板制成的單片計時器調(diào)節(jié)器，包括：

-外部剛性元件，

-被所述外部剛性元件所圍繞著的內(nèi)部剛性元件，

-多個彈性懸架，將外部剛性元件與內(nèi)部剛性元件相連接并且使外部剛性元件與內(nèi)部剛性元件之間能夠圍繞著垂直于單板的旋轉(zhuǎn)軸進行振蕩旋轉(zhuǎn)運動。

該振蕩機構(gòu)具有兩個單獨的內(nèi)部剛性元件，分別通過彈性懸架連接著外部剛性元件。這種設計的一個問題是：將把兩個內(nèi)部元件固定在共用支架上時，會在彈性懸架中形成變形和應力，從而改變振蕩器的特性，尤其是振蕩器的頻率或其旋轉(zhuǎn)軸，這是不合適的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個目的旨在至少緩解這個弊端。

為此目的，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，內(nèi)部剛性元件包括彼此相互剛性連接的多個臂，所述臂呈360度分布并在其間留有在內(nèi)部剛性元件徑向外部的自由角度空間，彈性懸架分別位于所述自由角度空間中。

在根據(jù)本發(fā)明的機構(gòu)的各個實施例中，可以借助下列設置中的一項和/或其它項：

-所述多個彈性懸架包括至少三個彈性懸架，所述多個臂包括至少三個臂；

-所述多個彈性懸架為三個彈性懸架，所述多個臂為三個臂；

-所述彈性懸架圍繞著旋轉(zhuǎn)軸呈角度的均勻分布；

-所述內(nèi)部剛性元件進一步包括剛性襯套，所述內(nèi)部剛性元件的臂分別從所述襯套延伸到離外部剛性元件相對較近的外端；

-每個彈性懸架包括多個彈性分支，所述彈性分支相對于旋轉(zhuǎn)軸大體徑向布置并且分別在內(nèi)端與外端之間延伸，所述彈性分支在其各自內(nèi)端或在其各自外端相互連接在一起；

-每個彈性懸架包括至少一個第一彈性分支以及至少兩個第二彈性分支，所述第一彈性分支具有連接著外部剛性元件的外端以及連接著與內(nèi)部剛性元件分開的剛性中間元件的內(nèi)端，兩個第二彈性分支具有連接著所述剛性中間元件的內(nèi)端以及分別連接著內(nèi)部剛性元件的兩個相鄰臂的外端；

-每個彈性懸架包括至少一個第一彈性分支，至少兩個第二彈性分支，至少兩個第三彈性分支以及至少兩個第四彈性分支，所述第一彈性分支具有連接著外部剛性元件的外端以及連接著與內(nèi)部剛性元件分開的第一個剛性中間元件的內(nèi)端，兩個第二彈性分支具有連接著所述第一個剛性中間元件的內(nèi)端以及分別連接著第二個剛性中間元件的兩個v形外臂的外端，所述第二個剛性中間元件與內(nèi)部剛性元件分開并與第一個剛性中間元件分開而且其底部布置在第一個剛性中間元件與旋轉(zhuǎn)軸之間，兩個第三彈性分支具有連接著所述第二個剛性中間元件的外端以及分別連接著第三個剛性中間元件的內(nèi)端，所述第三個剛性中間元件與內(nèi)部剛性元件分開并與第一個剛性中間元件和第二個剛性中間元件分開而且布置在第二個剛性中間元件與旋轉(zhuǎn)軸之間，兩個第四彈性分支具有連接著所述第三個剛性中間元件的內(nèi)端以及分別連接著內(nèi)部剛性元件的相鄰臂的外端；

-內(nèi)部剛性元件的臂呈t形并包括按照相對于旋轉(zhuǎn)軸大體呈角度的方向延伸的外部頭部，所述外部頭部具有分別連接著兩個相鄰彈性懸架的兩個彈性分支的外端的兩個末端；

-單片計時器調(diào)節(jié)器的離軸剛度至少為60n/m；

-單片計時器調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)動剛度不超過51o^-4nm/rad。

此外，本發(fā)明還涉及具有上文定義的單片計時器調(diào)節(jié)器的一種計時器機芯。

在根據(jù)本發(fā)明的計時器機芯的各個實施例中，還可以借助以下設置中的一項和/或其它項：

-內(nèi)部剛性元件固定于支架，外部剛性元件相對于支架圍繞著旋轉(zhuǎn)軸自由振蕩；

-外部剛性元件固定于支架，內(nèi)部剛性元件相對于支架圍繞著旋轉(zhuǎn)軸自由振蕩；

-內(nèi)部剛性元件和外部剛性元件之中一個固定于支架，內(nèi)部剛性元件和外部剛性元件之中另一個是圍繞著旋轉(zhuǎn)軸自由振蕩的調(diào)節(jié)件，計時器機芯進一步包括閉鎖機構(gòu)，由調(diào)節(jié)元件控制所述閉鎖機構(gòu)有規(guī)律地選擇性地保持或釋放旋轉(zhuǎn)能量分配輪，以便所述能量分配輪在每個旋轉(zhuǎn)步驟按照不變的角行程通過旋轉(zhuǎn)步驟旋轉(zhuǎn)，所述擒縱機構(gòu)進一步適合有規(guī)律地把能量釋放到調(diào)節(jié)件，以保持所述調(diào)節(jié)件振蕩。

而且，本發(fā)明還涉及具有上文定義的計時器機芯的計時器。

附圖說明

通過作為非限制性實例所列出的關(guān)于本發(fā)明的以下詳細說明，參考附圖，本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點顯而易見。

在附圖中：

-圖1是機械計時器的原理框圖，

-圖2是根據(jù)本發(fā)明第一個實施例的機械計時器的調(diào)節(jié)器處于中位的平面圖，

-圖3顯示了將圖2所示調(diào)節(jié)器組裝到閉鎖機構(gòu)，以及，

-圖4和圖5是關(guān)于本發(fā)明第二個實施例和第三個實施例的與圖2類似的視圖。

具體實施方式

在附圖中，用相同參考號來標記相同或相似的元件。

圖1顯示了機械計時器1的原理框圖，例如，手表，至少包括：

-機械儲能器2；

-由儲能器2所驅(qū)動的傳動裝置3；

-一個或多個時間指示器4，例如，由傳動裝置3所驅(qū)動的表針；

-由傳動裝置3所驅(qū)動的能量分配輪5；

-適合依次保持或釋放能量分配輪的閉鎖機構(gòu)6；

-調(diào)節(jié)器7，是控制閉鎖機構(gòu)使其有規(guī)律地及時移動的振蕩機構(gòu)，以便閉鎖機構(gòu)進行保持和釋放的順序的持續(xù)時間不變，由此產(chǎn)生能量分配輪5、傳動裝置3和時間指示器4的運動速度。

機械儲能器2通常是發(fā)條，例如，通常稱為主發(fā)條的螺旋形發(fā)條?？赏ㄟ^上條柄軸手動來纏繞該發(fā)條，并且/或者通過使用者運動驅(qū)動的自動纏繞來自動纏繞該發(fā)條。

傳動裝置3通常是由彼此嚙合并把輸入軸連接著輸出軸(未顯示)的一系列齒輪(未顯示)所組成的傳動裝置。由機械儲能器2驅(qū)動輸入軸，將輸出軸連接著能量分配輪。某些齒輪連接著表針或其它時間指示器4。

例如，能量分配輪5可以是擒縱輪，例如，閉鎖機構(gòu)可以是本領域已知的棘爪，例如，按照通常方式與擒縱輪相配合的一組瑞士棘爪或止動器棘爪。當然，這個實例并非限制性實例。

將傳動裝置3設計為使能量分配輪的旋轉(zhuǎn)要比輸入軸快得多(例如，速度比可約為3000)。

下面更詳細地描述調(diào)節(jié)器7。將其設計為按照固定頻率振蕩，由此確保計時器的精確度。通過均勻傳遞來自能量分配輪5的機械能來保持調(diào)節(jié)器的振蕩，例如，通過閉鎖機構(gòu)6保持。

機械儲能器2、傳動裝置3、能量分配輪5、閉鎖機構(gòu)6和調(diào)節(jié)器7共同構(gòu)成計時器機芯8。

根據(jù)本發(fā)明，調(diào)節(jié)器7是由單板9所制成的單片，例如，如圖2所示。板9通常是平面的。

板9可具有較小的厚度，例如，大約0.1至0.6mm，該厚度取決于其材質(zhì)。

板9在所述板平面中的橫向尺寸(例如，寬度和長度或者直徑)大約介于15mm至40mm之間。

板9可用任何適當?shù)牟牧蟻碇瞥?，最好其楊氏模量相對較高，以便呈現(xiàn)良好的彈性性能。可用于板9的材料的例子為：硅、鎳、鋼、鈦。在硅的情況下，板9的厚度例如可介于0.5至0.6mm之間。

下文詳細說明的調(diào)節(jié)器7的各個部件是通過在板9中進行切割形成的?？梢酝ㄟ^微機械任何已知的制造方法，尤其是通過mems的制造方法來形成這些切割部分。

在硅板9的情況下，板9可通過諸如深反應離子刻蝕(drie)或者在某些情況下可通過固態(tài)激光切割(尤其是針對原型或小型系列而言)來局部挖空。

在鎳板9的情況下，調(diào)節(jié)器7可通過諸如liga得到。

在鋼板或鈦板9的情況下，板9可通過諸如電火花線切割加工(wedm)來局部挖空。

現(xiàn)在詳細描述分別由板9部分形成的調(diào)節(jié)器7的構(gòu)成部分。

在所有實施例中，調(diào)節(jié)器7都包括：

-外部(即外)剛性元件10，

-被所述外部剛性元件10圍繞著的內(nèi)部(即內(nèi))剛性元件11，

多個彈性懸架12，將外部剛性元件10連接著內(nèi)部剛性元件11并且使外部剛性元件與內(nèi)部剛性元件之間能夠圍繞著垂直于板9的旋轉(zhuǎn)軸z進行振蕩旋轉(zhuǎn)運動。旋轉(zhuǎn)軸z可稍微移動，因為內(nèi)部剛性元件和外部剛性元件之間可能由于重力或振蕩加速而存在離軸運動。

外部剛性元件10可呈環(huán)形，即圍繞著中空空間的封閉形狀，大體呈圓形或其它形狀。在可能性變體中，外部剛性元件10可以只是局部地圍繞著內(nèi)部剛性元件11，即不是呈360度的圍繞。

所謂的剛性件與所謂的彈性件之間的區(qū)別是其在板9平面中的硬度，這是由其形狀尤其是其細長度所導致的。例如，可通過長細比(零件的長度與零件的寬度的比率)來測量細長度。細長度高的零件可為彈性件(即可彈性變形)，細長度低的零件則為剛性件。例如，所謂的剛性件在板9的平面中的硬度至少比所謂的彈性件在板9的平面中的硬度高大約1000倍。

內(nèi)部剛性元件11包括彼此相互剛性連接的多個剛性臂13。

臂13呈360度分布并在其間留有在內(nèi)部剛性元件11徑向外部的自由角度空間14。

例如，內(nèi)部剛性元件11還可以包括與臂13形成整體件的剛性中心襯套15。臂13從中心襯套15大體徑向地向外延伸。

在圖2所示的實例中，臂13為3個并且彼此均勻地呈120度分布，彈性懸架12也為3個，也彼此呈120度分布。更普遍而言，臂13至少為2個，彈性懸架12與臂13的數(shù)量相同。

臂13的徑向外端可以比其徑向內(nèi)端寬。更具體而言，在圖2所示的實例中，每個臂13可包括寬度相對較小的徑向內(nèi)部16以及寬度徑向向外增加的徑向發(fā)散外部17。發(fā)散外部17可具有各自的孔17a。在圖2所示的實例中，將內(nèi)部剛性元件11設計為固定于計時器1中的支架s(在圖3僅按照圖示所示)，例如，通過螺絲或類似物穿過孔17a，將外部剛性元件11設計為圍繞著旋轉(zhuǎn)軸z旋轉(zhuǎn)時自由振蕩，按照箭頭r的方向。因此，剛性外部元件10在此構(gòu)成控制上述閉鎖機構(gòu)的慣性調(diào)節(jié)器件。在振蕩過程中，懸架12使剛性外部元件10朝中間位置偏置，如圖2所示。

應注意的是，調(diào)節(jié)器的結(jié)構(gòu)是可以顛倒的，使剛性內(nèi)部元件固定，使剛性外部元件在振蕩過程中樞轉(zhuǎn)。

臂13的徑向外端可通過兩個相對的側(cè)向延伸部分18來側(cè)向延伸，所以每個臂13都呈t形，包括側(cè)向延伸部分在內(nèi)的臂13的外端構(gòu)成按照相對于旋轉(zhuǎn)軸z大體呈角度的方向延伸的外部頭部。

剛性外部元件10的內(nèi)緣最好是圓形的，而且中心在旋轉(zhuǎn)軸z，每個臂13的外緣，包括可能存在的側(cè)向延伸部分18在內(nèi)，也是圓形的且中心也在旋轉(zhuǎn)軸z。在每個臂13的外緣與剛性外部元件10的內(nèi)緣之間留有小空隙，例如，空隙約為0.1mm。

剛性外部元件10可能包括從所述剛性外部元件10內(nèi)緣徑向地向內(nèi)延伸的突出部分19。這些突出部分19可用作止動件，與側(cè)向延伸部分18配合，以限制剛性外部元件10相對于剛性內(nèi)部元件11的角振蕩。在圖2所示的實例中，突出部分19以中間距離布置在臂13之間。例如，每個突出部分可與相鄰臂間隔大約30度。

彈性懸架12分別位于臂13之間的所述自由角度空間14中。

最好，每個彈性懸架12包括多個彈性分支，相對于旋轉(zhuǎn)軸大體徑向地布置所述彈性分支，而且所述彈性分支分別在內(nèi)端與外端之間延伸，所述彈性分支在其各自內(nèi)端或者在其各自外端連接在一起。

在圖2所示的實例中，每個彈性懸架12包括至少一個第一彈性分支20以及至少兩個第二彈性分支21。第一彈性分支20具有連接著外部剛性元件10的外端以及連接著剛性中間元件22的內(nèi)端，所述剛性中間元件22與所述內(nèi)部剛性元件11相互分開，與此同時，兩個第二彈性分支21具有連接著所述剛性中間元件22的內(nèi)端以及分別連接著內(nèi)部剛性元件的兩個相鄰臂13的外端。

彈性分支20、21的長度例如可在8至13mm之間。

彈性分支20、21的寬度可在0.02至0.03mm之間，例如，約為0.025mm。

在其它實施例中，相同的長度和寬度數(shù)量級可適用于彈性懸架12的其它彈性分支。

彈性懸架12可包括兩個第一彈性分支20。

第一彈性分支20的外端可連接著剛性外部元件10的突出部分。

第二彈性分支21的外端可分別連接著側(cè)向延伸部分18的自由端，由此避免所述彈性分支21與臂13之間干擾。

剛性中間元件22的形狀可以是以旋轉(zhuǎn)軸z為中心并圍繞著剛性襯套15布置的圓弧形，也可以是圓形。剛性元件22與襯套15之間的間隙比較小，例如約為0.1mm。

上述調(diào)節(jié)器在由硅制成的情況下的振蕩頻率例如可約為15至30hz。

振蕩的振幅可達約20度，同時保持良好的線性性能，并由此保持良好的測時精確度。尤其是，振蕩的振幅可達13度，同時保持卓越的時間精確度，每天最大時間偏差小于6秒。

在圖2所示實施例的具體例子中，調(diào)節(jié)器7可呈現(xiàn)以下屬性：

-板9的材料：硅；

-板9的厚度：0.525mm；

-剛性外部元件10的內(nèi)徑：24mm；

-剛性外部元件10的外徑：29mm；

-彈性分支20、21的寬度：0.024mm；

-調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)動剛度：kr＝1.371o^-4nm/rad(kr使得把轉(zhuǎn)矩t應用到圍繞著旋轉(zhuǎn)軸z的可移動慣性調(diào)節(jié)件時，在此所述可移動慣性調(diào)節(jié)件為外部剛性元件10，所述可移動慣性調(diào)節(jié)件從其止動位置轉(zhuǎn)動ω角，使得t＝kr·ω)；

調(diào)節(jié)器的最低離軸剛度koa：181n/m(koa使得把力f應用到板9的平面中的可移動慣性調(diào)節(jié)件時，在此所述可移動慣性調(diào)節(jié)件為外部剛性元件10，所述可移動慣性調(diào)節(jié)件從其止動位置移動距離d，使得f＝koa·d)。

上述調(diào)節(jié)器比現(xiàn)有技術(shù)尤其是比us2013176829a1具有多個優(yōu)勢：

-調(diào)節(jié)器的內(nèi)在特性，尤其是旋轉(zhuǎn)軸的振蕩和定位的時間周期，對于把調(diào)節(jié)器安裝在計時器機芯中不敏感；

-剛性外部元件和剛性內(nèi)部元件的相互位置使得在這些元件之間沒有干擾的情況下能夠具有相對較大的振幅而且具有良好的線性性質(zhì)。

如圖3按照圖示所示，例如，將調(diào)節(jié)器7組裝到傳統(tǒng)擒縱機構(gòu)形式的閉鎖機構(gòu)6，在此為所謂的瑞士杠桿式擒縱機構(gòu)或瑞士錨式擒縱機構(gòu)。僅作為例證，剛性外部元件10可連接著橋式連接器23，所述橋式連接器承載與瑞士錨25相配合的脈沖輥24，所述瑞士錨25本身與擒縱輪形式的能量分配輪5相配合。擒縱輪5連接著與傳動裝置3一個小齒輪相嚙合的小齒輪26。擒縱輪5和小齒輪26都圍繞著平行于軸z的旋轉(zhuǎn)軸z’(相對于上述支架s固定)旋轉(zhuǎn)，瑞士錨25通過交替運動圍繞著平行于軸z的樞轉(zhuǎn)軸z”(也相對于上述支架s固定)樞轉(zhuǎn)。在時鐘制造領域，這些元件的結(jié)構(gòu)和操作都是眾所周知的，在此不再贅述。其它閉鎖機構(gòu)6和能量分配輪5也可以。

圖4和圖5所示的實施例與圖2的類似，因此不再詳細描述。除非下文另有說明，否則第一個實施例的所有說明和優(yōu)點都適用于圖4和圖5所示的這些實施例。

圖4所示的實施例與圖2所示的實施例的區(qū)別在于彈性懸架12，其包括更多彈性分支，以便針對較高的振幅來提高線性。在圖4所示的情況下，每個彈性懸架12包括與圖2所示相似的至少一個第一彈性分支20(例如，兩個第一彈性分支)、與圖2所示相似的至少兩個第二彈性分支21、至少兩個第三彈性分支32以及至少兩個第四彈性分支34。所有彈性分支都相對于軸z大體徑向地延伸。

第一彈性分支20具有連接著外部剛性元件10的外端以及連接著第一個剛性中間元件22的內(nèi)端，例如，所述外端連接著其中一個突出部分19，所述第一個剛性中間元件22與內(nèi)部剛性元件分開并與上述剛性中間元件22相似。

兩個第二彈性分支21具有連接著所述第一個剛性中間元件22的內(nèi)端以及分別連接著v形第二個剛性中間元件27的兩個外臂的外端。

所述第二個剛性中間元件27與內(nèi)部剛性元件11分開并且與第一個剛性中間元件22分開。

所述第二個剛性中間元件27的底部28布置在第一個剛性中間元件22與旋轉(zhuǎn)軸z之間，兩個向外發(fā)散的剛性v形臂29剛性連接著底部28。v形臂29可在其中心挖空，以減少內(nèi)部剛性元件11的質(zhì)量。

每個臂29可具有接近外部剛性元件10內(nèi)緣的頭部30。頭部30可具有相反的側(cè)向延伸部分31，所述側(cè)向延伸部分分別朝相鄰的突出部分19和相鄰的側(cè)向延伸部分18延伸。

兩個第三彈性分支32具有連接著所述第二個剛性中間元件27的外端，例如，所述外端連接著接近相鄰側(cè)向延伸部分18的側(cè)向延伸部分31。兩個第三彈性分支32還具有分別連接著第三個剛性中間元件33的內(nèi)端。所述第三個剛性中間元件33與內(nèi)部剛性元件11分開，并且與第一個剛性中間元件22和第二個剛性中間元件27分開。

第三個剛性中間元件33布置在第二個剛性中間元件27底部28與旋轉(zhuǎn)軸z之間。第三個剛性中間元件33的位置接近襯套15外緣。

兩個第四彈性分支34具有連接著所述第三個剛性中間元件3的內(nèi)端以及分別連接著內(nèi)部剛性元件相鄰臂13的外端。尤其是，兩個第四彈性分支34的外端可連接著臂13的側(cè)向延伸部分18。

在圖4所示實施例的具體例子中，調(diào)節(jié)器7可呈現(xiàn)以下屬性：

-板9的材料：硅；

-板9的厚度：0.525mm；

-剛性外部元件10的內(nèi)徑：24mm；

-剛性外部元件10的外徑：29mm；

-彈性分支20、21的寬度：0.024mm；

-調(diào)節(jié)器的轉(zhuǎn)動剛度：kr＝1.101o^-4nm/rad；

-調(diào)節(jié)器的最低離軸剛度koa：274n/m.

圖5所示的實施例與圖2的區(qū)別在于，將外部剛性元件10設計為固定于支架s(例如，通過螺絲或相似物穿過外部剛性元件10的孔10a)，將內(nèi)部剛性元件11設計為通過自由振蕩樞轉(zhuǎn)。因此，內(nèi)部剛性元件11的臂13較大，以便提高內(nèi)部剛性元件11的轉(zhuǎn)動慣量。

在將與圖3所示相似的閉鎖機構(gòu)6與圖5所示的調(diào)節(jié)器一起使用的情況下，將脈沖輥24直接或者通過配件固定于內(nèi)部剛性元件11。

在上述實施例中，單片計時器調(diào)節(jié)器7具有圍繞著旋轉(zhuǎn)軸z彼此相互呈120°均勻分布的三個彈性懸架12。更普遍而言，單片計時器調(diào)節(jié)器7具有圍繞著旋轉(zhuǎn)軸z彼此相互呈120°均勻分布的三個彈性懸架12。這樣的安排特別有利于減少板9的平面中各個方向的離軸偏移，所以，移動部分的質(zhì)心(外部剛性元件10或者內(nèi)部剛性元件11)在旋轉(zhuǎn)過程中大體保持不變。這就使得系統(tǒng)針對旋轉(zhuǎn)運動變得“力平衡”。這是特別有益的，因為為了提高振蕩系統(tǒng)的線性，彈性懸架12通常分別是柔軟的，但是整體離軸剛度(即相對于板9的平面中的移動動作的剛度)卻相對較高，所以使調(diào)節(jié)器7的設計相對于加速、重力影響和沖擊而更加堅固。此外，具有3個彈性懸架能夠具有較大的旋轉(zhuǎn)振幅。

通常，調(diào)節(jié)器7的離軸剛度koa至少為60n/m，最好約為65n/m或更高。

而且，調(diào)節(jié)器7的轉(zhuǎn)動剛度kr通常不超過51o^-4nm/rad，最好小于21o^-4nm/rad，乃至小于1.51o^-4nm/rad更佳。

在所有實施例中，調(diào)節(jié)器機構(gòu)7每個沖程的能量p最好至少為2010^-6w(20微瓦)，最好至少為4010^-6w。每個沖程的能量p的計算如下：

p＝e·f，其中e是調(diào)節(jié)器機構(gòu)7的總勢能，f是振蕩頻率；

e＝0.5·kr·θ²，其中θ是振蕩的振幅。