CN101669075A - 用于时计心轴的枢转装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于轴(11)的枢转装置，该枢转装置包括两个枢轴(12，12’；32)和两个用于接纳所述两个枢轴的支承座，每个枢轴限定轴的一个端部。两个枢轴中的每一个都包括基本圆柱形部分(19，19’；39)和凸状圆形部分(13，13’；33)，凸状圆形部分形成基本圆柱形部分的延伸部并在端部方向上尺寸减小。每个支承座都包括弹性地保持就位的枢转结构(25；35)，该枢转结构包括基本圆柱形通道，其中一个枢轴的基本圆柱形部分(19，19’；39)延伸穿过所述基本圆柱形通道。该枢转结构还包括枢轴的端部抵靠在上面的支承面。该枢转装置的特征在于，每个支承座的支承面由开口(16，16’；36；46)的倾斜内壁形成，所述开口包括梯形或者倒三角形廓形部分(16，16’；38；46)，其中一个枢轴的凸状圆形部分(13，13’；33)用于抵靠在所述倾斜内壁上，以便轴(11)沿轴向保持在两个支承座的开口的倾斜壁之间。

Description

用于时计心轴的枢转装置

技术领域

本发明涉及用于时计心轴的枢转装置，该枢转装置包括两个枢轴和两个用于容纳所述两个枢轴的支承座，每个枢轴形成心轴的一个端部，每个枢轴在靠近端部处都包括近似圆柱形部分和凸状圆形部分，凸状圆形部分延续近似圆柱形部分并在端部方向上逐渐变细。每个支承座都包括弹性地保持就位的枢转结构，该枢转结构包括近似圆柱形通道和支承面，其中一个枢轴的近似圆柱形部分穿过所述近似圆柱形通道，所述枢轴的端部抵靠在所述支承面上。

背景技术

著作“Théorie d’horologerie”的第291页的图13-51和13-52示出一种符合上述定义的用于摆轮轴的抗震枢转装置的一半。所示枢轴形成摆轮轴的其中一个端部，具有尖头形状并且终止于带有略微圆形的端部的圆柱形部分。枢转是通过宝石孔和托钻获得的，宝石孔和托钻保持在镶座内，以形成枢转结构。宝石孔形成环绕枢轴的圆柱形部分的近似圆柱形通道，以便沿径向保持摆轮轴。托钻形成支承面，枢轴的圆形端部抵靠在该支承面上。镶座弹性地固定在适当位置。

瑞士专利No.324,263的图5所示的枢转装置的例子也符合上述定义。图5所示的枢轴终止于带有略微圆形的圆柱形部分。枢转是通过单个宝石获得的，该宝石穿有带有圆柱形壁的盲孔。该宝石安装在镶座内，并与该镶座形成枢转结构。枢轴的圆柱形部分接合在带有圆柱形壁的孔内，从而枢轴的圆形端部可以抵靠在由盲孔的平底形成的支承面上。此外，如图1所示，枢转结构弹性地固定在支承体的带有锥形基座的壳体内的适当位置，支承体本身固定在底板上。

刚刚描述的现有技术的枢转结构存在一些缺点。特别是，每个枢轴与相应的支承座的接触区随着时计的倾斜而变化。当时计处于水平位置时，摆轮轴沿竖直方向，只有其中一个枢轴的圆形端部抵靠在支承面上。然而，当时计处于竖直位置时，枢轴的圆柱形部分的圆周面靠在近似圆柱形通道的侧面上。在这种情况下，很明显，相对于在其它位置，当时计处于水平位置时，由摩擦引起的制动较小。这种现象影响了摆轮的震荡，振幅变化反过来导致在水平位置和竖直位置之间的变差(des écarts de marche)。

发明内容

因此，本发明的一个目的是，提供一种用于摆轮轴的枢转装置，其中，手表在各种位置的振幅变化被减小到最小。本发明通过提供根据权利要求1所述的装置来实现这个目的。

根据本发明，每个枢轴都抵靠在带有梯形廓形的部分的倾斜内壁上(孔的“廓形”是指，当沿包含孔轴线的平面或者大致相同地沿包含摆轮的转动轴线的平面看该孔时，该孔的截面的轮廓形状)。因此，枢轴的端部不能触及孔的底部。因此，枢轴永远不会向前抵靠在支承面上。即使当摆轮轴沿竖直方向时，枢轴顶端也不会发生抵靠现象，而是通过枢轴的圆形部分的侧面抵靠。在这种情况下，可以提供一种枢转装置，其中，摩擦力矩在时计处于各种可能的位置时的变化非常小。

其侧面抵靠在孔的锥形边缘上的圆形部分的直径优选在大约0.05和0.10mm之间。

带有倒三角形或者梯形廓形的部分的壁优选具有相对于摆轮轴在大约40°和60°之间的倾角。

根据本发明第一实施例，每个支承座的枢转结构都包括轴向止动元件(15，15’)和径向导向元件(21，21’)，所述圆形或者多边形截面的孔(16，16’)设置在所述轴向止动元件内，近似圆柱形通道穿过所述径向导向元件。

该第一实施例与现有技术的结合有宝石孔和托钻的枢转装置相似。然而，根据本发明的轴向止动元件与已知的托钻的不同之处在于，它具有用于容纳枢轴的凸状圆形部分的孔。

根据该第一实施例的有利实施例，带有孔的每个止动元件都由单晶体形成，孔本身通过湿法各向异性蚀刻单晶体制成。

根据本发明的第二实施例，圆形或多边形截面的孔的柱形壁部分形成枢转结构的近似圆柱形通道，柱形壁部分位于具有倒三角形或梯形廓形的部分和孔的口部之间。

该第二实施例被称作“单个件”，因为近似圆柱形通道和支承面在枢转结构的同一个孔内。本发明的该实施例令人联想到前面提到的瑞士专利No.324,263公开的枢转结构。然而，它与现有技术的不同之处在于，孔的底部不是平的，而是具有倾斜壁。

附图说明

通过阅读下面参考附图并通过非限制性示例给出的详细说明，可以清楚地看出本发明的其它特征和优点，其中：

-图1是示出根据本发明的插在径向导向元件和轴向止动元件内的枢轴的示意性截面图。

-图2是示意性示出根据本发明第一实施例的枢转装置的枢转结构的局部截面图。

-图3是示出与图1相同的元件、但是摆轮轴的轴线相对于竖直方向倾斜的截面图。

-图4是示意性示出根据本发明第二实施例的枢转装置的枢转结构的局部截面图。

-图5是示出根据本发明的轴向支承元件的立体图，该轴向支承元件可以由硅晶片制成。

-图6是硅晶片的截面图，图5的轴向支承元件可以由该硅晶片制成。

具体实施方式

图3示意性示出摆轮轴11及其枢转装置。摆轮轴11的两端形成两个带有圆形端部的枢轴(分别由12和12’指示)。还可以看到，摆轮轴11沿径向由两个径向导向元件21、21’保持并且沿轴向由两个轴向止动元件15、15’保持，枢轴12、12’可以抵靠在轴向止动元件上。

图1示出沿竖直方向的同一枢转装置的一半。图1和图3示出，在所示例子中，枢轴12的端部终止于近似形成半球的圆形部分13。球的直径可以有利地在0.05和0.10mm之间，例如大约0.07mm。枢轴12的端部13用于抵靠在梯形截面孔(图1中的16所指示的)的内壁17上，该孔形成于轴向止动元件15内。可以看出，孔16具有大致与摆轮轴11的轴线同轴的锥形形状。锥形孔16优选在大约80°和120°之间，或者换句话说，内壁17相对于摆轮轴11的轴线的倾角优选在40°和60°之间。图1和图3还示出，圆形部分13和孔16的尺寸形成为，圆形部分13的侧面完全由倾斜壁17支承。

在图3中，两个箭头(N所指示的)表示枢轴12与轴向止动元件15之间的接触面的垂直方向。两个箭头N的起点在接触点上。需要注意的是，接触面不是不平滑的，这允许可以与表面垂直抵靠。换句话说，在枢轴12和孔16的壁的抵靠点处，箭头N的方向既对应于枢轴表面的法线方向，又对应于孔的倾斜壁的法线方向。

根据本发明，枢轴12不是抵靠在孔16的底部，而是抵靠在其倾斜内壁上。实际上，由于孔16的轴线近似平行于枢轴12的轴线，枢轴12与孔16的内侧的接触发生在枢轴的其倾斜度与锥形壁的倾斜度相同的表面区域处的侧面上，即，在本例中大约50％。此外，如果比较图1和图3，可以看出，当摆轮轴处于水平状态和处于倾斜状态时，大致是相同表面区域的枢轴确保接触。

图1和图3还示出枢轴12、12’包括细长的圆柱形部分19、19’，该细长的圆柱形部分处于圆形端部13、13’前面。该细长的圆柱形部分穿过径向导向元件21、21’的橄榄形切口或圆柱孔。径向导向元件的功能相当于普通枢转装置中的宝石孔。进一步地，在根据本发明的枢转装置中，径向导向元件21、21’防止枢轴的圆形端部13、13’完全从孔16、16’中脱离出来。实际上，更具体地参照图3，可以看到，在摆轮轴11和轴向止动元件15、15’之间存在一些径向和轴向游隙。然而，需要说明的是，在该图中，为了便于理解，游隙的幅度已经被放大。由于轴向游隙，当摆轮轴11处于竖直状态或者大致如图3所示倾斜时，上端12’不再与轴向止动元件15’接触。在这种情形下，细长的圆柱形部分19’将抵靠在径向导向元件21’的近似圆柱形通道的内壁上。在图3中，枢轴12’与径向导向元件21’之间的接触面的垂直方向由箭头表示(再次如N所指示的)。箭头N在接触点处开始。最后，在未示出的、摆轮轴大致处于水平状态的情况下，很明显，圆柱形部分19、19’都将抵靠在其中一个径向导向元件21、21’的近似圆柱形通道的内壁上。因此，枢轴和径向导向元件的接触总是发生在枢轴的侧面上。

根据本发明，由于径向导向元件和轴向止动元件形成被弹性地保持就位的枢转结构的一部分，摆轮轴11和轴向止动元件15、15’之间的游隙在受到冲击时会临时变得很大。已知地，枢转结构的这种弹性悬挂可以防止圆柱形部分19在受到冲击时发生断裂。因此，摆轮轴11具有另一枢轴杆(图1中的23所指示的)，该枢轴杆比圆柱形部分19粗得多。由于其尺寸，枢轴杆23比枢轴12、12’的端部结实得多，枢轴杆23用于抵靠在枢转装置的图中未示出的部分上，以便吸收与冲击有关的大部分能量。

图2是示意性示出根据本发明第一实施例的枢转装置的枢转结构的局部截面图(图2所示的也出现在图1和图3中的元件保持相同的附图标记)。如该图所示，两块宝石分别形成轴向止动元件15和径向导向元件21，都安装在镶座内(示意性示出的)，并且与镶座一起形成枢转结构25。

制造枢转结构25可能存在一些困难。实际上，容易理解，孔16的轴线和径向导向元件21的近似圆柱形通道的轴线完全对齐是很重要的。实际上，由于枢轴的直径是0.1mm的数量级，两个孔的轴线之间的小于百分之一毫米的轴距就足以对枢转质量产生相当大的影响。

图2示出轴向止动元件15被容纳在圆柱形腔27内。腔27的直径略微大于轴向止动元件的直径。因此，后者有一些横向游隙。当摆轮轴处于竖直位置时，如图2所示，枢轴端部的圆形部分13抵靠在元件15的孔16的斜面上。如果，由于某一原因或者其它原因，孔16与摆轮轴线不完全对齐，枢轴端部与斜面的抵靠仅发生在孔的一侧。在这种情况下，枢轴向孔的边缘施加的推力是非对称的，推力的水平分力足以使轴向止动元件15回到摆轮轴轴线范围内。因此，可以理解，孔16的倾斜壁允许轴向止动元件15自己定心。

根据环境，轴向止动元件可以优选刚性地固定在枢转结构内。刚刚描述的对齐问题的解决方案可以适用于这种情况。实际上，在枢转结构25的装配阶段可以精确调整轴向止动元件15的对齐。为此，首先在用于摆轮轴的位置处将“假心轴”插入枢转结构25内。根据前面段落所述的相同原理，这个“假心轴”的推力使得轴向止动元件15定心。一旦轴向止动元件15的孔16被精确地带回到轴线内，就可以执行将该元件固定到枢转结构25的其它元件上的步骤，可以通过粘结、焊接或者本领域技术人员所知的其它任何方法。优选地，仅在一旦去掉“假心轴”并且固定轴向止动元件后，就把枢转结构25定位在手表内。

图4是示意性示出根据本发明第二实施例的枢转装置的枢转结构的局部截面图。所示出的一半装置包括枢轴32，该枢轴32与图1、图2和图3中的枢轴12相似。它具有带有细长的圆柱形部分39的端部并且终止于圆形部分33。枢轴32的端部插在枢转结构35的孔36内。如该图所示，孔36的廓形具有带有圆柱形壁的第一部分37，紧跟着该第一部分的是梯形廓形部分38。枢轴的圆形端部33的尺寸形成为，其圆形表面可以抵靠在梯形廓形部分38的倾斜壁上。还可以看到，枢轴32的圆柱形部分39延伸进入孔36的带有圆柱形壁的部分37。实际上，部分37的内壁用于环绕枢轴32的圆柱形部分39，以便沿径向保持摆轮轴。因此，很明显，在图4所示的本发明实施例中，单件式枢转结构35同时完成了枢轴32的轴向止动元件和径向导向元件的功能。与图1、图2和图3中的实施例相比，可以说图4的实施例将元件15和21结合在单个件上。单件式元件35适于由例如金属或合金制成，甚至由塑料材料制成。如果希望用金属或者合金制造元件35，可以使用光刻和电铸法(photolithographie et croissancegalvanique)，更具体地使用LIGA技术。

重要地，孔16、16’和36的截面没必要是圆形的。实际上，如从图5和图6示出的和现在要描述的例子中看到的，孔的截面也可以是多边形(孔的“截面”是指，当沿垂直于孔轴线或者大致相同地摆轮的转动轴线的方向看该孔时，该孔的横截面的轮廓形状)。

根据本发明的有利变型，图1至图3所示的轴向止动元件15可以由单晶体材料-例如硅-的晶片制成。实际上，已知的液体(或湿的)媒介各向异性蚀刻法是在单晶体晶片上形成三角形或者梯形廓形的多边形孔的有利方法。

如果在某些晶体方向上的蚀刻速度高于其它方向的蚀刻速度，单晶体的蚀刻或者更精确地化学蚀刻被称作各向异性。蚀刻各向异性取决于许多参数。首先，取决于形成单晶体的物质的化学特性与所使用的蚀刻试剂之间的相互作用。此外，不同晶体学方向上的蚀刻速度当然取决于晶体结构的对称性。通过改变试剂的浓度、温度等，可以在单晶体内形成具有较复杂廓形的多边形孔。

已知的湿法各向异性蚀刻的例子涉及硅。利用湿法蚀刻，在取向<100>的硅晶片上可以形成倒金字塔形状的孔。结合在本申请中作为参考的美国专利No.2004/0195209公开了一种这样的方法，该方法可以用于制造这些倒金字塔形状的孔。

图5示出由取向<100>的单晶硅晶片40制成的枢转装置的支承座的轴向止动元件15。在图6中，示出晶片由掩膜43覆盖。该掩膜必须在进行蚀刻前形成于晶片表面上，以便保护硅免于被蚀刻试剂蚀刻。掩膜具有孔45，该孔45形成于必须在硅上蚀刻出孔46的位置处。在蚀刻过程中，蚀刻试剂形成金字塔形状的孔。根据所使用的试剂的具体特性，金字塔的斜面可以是<110>面或者<111>面。无论金字塔面是<110>面，还是<111>面，金字塔具有正方形截面。实际上，<110>和<111>方向都具有四次(d’ordre4)旋转对称性。

在这个例子中，形成孔46的倒金字塔是略微截头的(图6)。然而，很明显，这不是必然的情况。此外，面<110>的倾角大约是45°，面<111>的倾角大约是55°。因此，如上所看到的，根据本发明的有利特征，孔的梯形部分的边缘具有在40°和60°之间的倾角。因此，湿法各向异性蚀刻法特别适于本发明。

很明显，可以在不脱离由所附权利要求书限定的本发明范围内对所述的一个或其它实施例进行对本技术领域人员来说显而易见的各种改动和/或改进。特别是，本发明并不限于用于摆轮轴的枢转装置。相反地，本发明的枢转装置可以用于时计的任何轴或心轴，特别是用于枢转擒纵机构或杠杆/擒纵叉。此外，根据本发明的枢转装置可以由除了传统材料或者硅以外的材料制造。实际上，本发明可以由本领域技术人员认为适合使用的任何材料制造。

特别地，用湿法各向异性蚀刻法在砷化镓单晶体或者磷化铟单晶体上制造孔是已知的。具体说明这些孔与前面所述的例子的孔的区别是有用的，区别在于，它们可以具有倒四面体形状(三角形截面)，而不是倒金字塔形状。一般地，根据所附的权利要求，孔的截面可以是圆形或者多边形，如果截面是多边形，则该多边形可以具有任何数量的边数。

Claims (11)

1.一种用于时计心轴(11)的枢转装置，包括两个枢轴(12，12’；32)和两个用于接纳所述两个枢轴的支承座，每个枢轴形成心轴的一个端部，每个枢轴在靠近端部处都包括近似圆柱形部分(19，19’；39)和凸状圆形部分(13，13’；33)，凸状圆形部分延续近似圆柱形部分并在端部方向上逐渐变细，每个支承座都包括弹性地保持就位的枢转结构(25，35)，该枢转结构(25，35)包括近似圆柱形通道和支承面，其中一个枢轴的近似圆柱形部分(19，19’；39)穿过所述近似圆柱形通道，所述枢轴的端部将抵靠在所述支承面上，其特征在于：每个支承座的枢转结构都包括圆形或者多边形截面的孔(16，16’；36；46)，所述孔具有倒三角形或者梯形廓形部分(16，16’；38；46)，所述倒三角形或者梯形廓形部分的倾斜内壁形成所述支承面，其中一个枢轴的凸状圆形部分(13，13’；33)用于抵靠在所述倾斜内壁上，以便心轴(11)沿轴向保持在两个支承座的孔的倾斜内壁之间。

2.根据权利要求1所述的枢转装置，其特征在于：凸状圆形部分(13，13’；33)的曲率半径在大约0.025和0.5mm之间。

3.根据权利要求1或2所述的枢转装置，其特征在于：梯形廓形部分(16，16’；38；46)的内边缘相对于心轴(11)的轴线具有在大约40°和60°之间的倾角。

4.根据权利要求1、2或3所述的枢转装置，其特征在于：两个支承座中的每一个的枢转结构都包括轴向止动元件(15，15’)和径向导向元件(21，21’)，所述圆形或者多边形截面的孔(16，16’)设置在所述轴向止动元件(15，15’)内，所述近似圆柱形通道穿过所述径向导向元件(21，21’)。

5.根据权利要求4所述的枢转装置，其特征在于：所述轴向止动元件(15，15’)以相对于所述心轴(11)的轴线有一些横向游隙的方式安装在所述枢转结构(25)内，以便所述孔(16，16’)能够与所述径向导向元件(21，21’)的所述近似圆柱形通道对齐。

6.根据权利要求4或5所述的枢转装置，其特征在于：两个轴向止动元件(15，15’)中的每一个都由单晶硅形成，每个轴向止动元件的孔(16，16’；46)都由湿法各向异性蚀刻该单晶硅制成。

7.根据权利要求1、2或3所述的枢转装置，其特征在于：近似圆柱形通道由具有圆形或者多边形截面的所述孔(36)的柱形壁部分(37)形成，所述柱形壁部分位于具有倒三角形或者梯形廓形的部分(38)和所述孔(36)的口部之间。

8.根据权利要求7所述的枢转装置，其特征在于：枢转结构(35)由塑料制成。

9.根据权利要求7所述的枢转装置，其特征在于：枢转装置由金属或者合金制成。

10.根据权利要求6的枢转装置，其特征在于：每个轴向止动元件(15，15’)内的孔(16，16’；46)是正方形截面的孔。

11.一种用于时计心轴的枢转装置的装配方法，包括以下步骤：

-将轴向止动元件(15，15’)和径向导向元件(21，21’)以给轴向止动元件一些横向游隙的方式装配在枢转结构(25)中；

-将假心轴插入枢转结构的近似圆柱形通道中；

-将假心轴的端部压在轴向止动元件上，以便使孔(16，16’)与近似圆柱形通道对齐。

-使轴向止动元件(15，15’)与枢转结构的其它部分固定。

Images