CN111352332B - 时计机芯的轴承、尤其是减震器和旋转轮组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于时计机芯的旋转轮组的心轴或杆（16）的轴承（18、20），特别是减震器，所述心轴或杆（16）例如为摆轮杆，所述轴承（18、20）包括设有壳体（14）的轴承座（13）和布置在所述壳体（14）内部的托石（22）。本发明还涉及一种用于根据本发明的轴承的旋转轮组，以及一种包括根据本发明的旋转轮组和轴承的时计机芯。

Description

时计机芯的轴承、尤其是减震器和旋转轮组

技术领域

本发明涉及一种用于时计机芯的轴承，尤其是用于旋转轮组的心轴或杆的减震器。本发明还涉及一种时计机芯的旋转轮组。本发明还涉及一种带有这样的轴承和这样的旋转轮组的时计机芯。

背景技术

在时计机芯中，旋转轮组的心轴或杆通常在其端部具有枢轴，该枢轴在安装在时计机芯的主夹板上或杆中的轴承中旋转。对于某些轮组，特别是摆轮，通常为轴承配备减震器机构。实际上，由于摆轮杆枢轴通常较薄，并且摆轮的质量相对较高，因此在没有减震器机构的情况下，枢轴可在冲击下断裂。

传统减震器轴承1的结构如图1中所示。圆顶橄榄孔宝石2被打入通常称为“镶托（setting）”的轴承支架3中，在其上安装有托石4。镶托3通过减震器弹簧6保持搁置抵靠轴承座5的底部，该减震器弹簧6被布置成对托石4的上部施加轴向应力。镶托3还包括与布置在轴承座5的底部的外围处的内锥形壁相对应的外锥形壁。还存在变型，其中，镶托具有外壁，该外壁具有凸形、即圆顶形的表面。

然而，存在摩擦问题，该摩擦问题根据旋转轮组相对于重力定位的位置而引起杆的旋转角度不同。实际上，当杆垂直于重力方向时，它与圆顶橄榄孔宝石2摩擦更强，使得与平行于重力方向形成的角度相比，摆轮的旋转角度减小了。因此，该差异降低了机芯的精度。

为了控制该问题，设计了另一种减震器轴承，图2中部分示出了该轴承。轴承10具有杯轴承类型的托石7，其包括用于容纳旋转轮组的心轴9的枢轴12的锥形空腔8，该空腔的底部由圆锥体的顶点11形成。枢轴12也为圆锥形的以用于插入空腔8中，但是枢轴12的立体角小于空腔8的圆锥体的立体角。该构造使得可以控制摩擦的差异，使得上述位置之间的角度差异小得多。实际上，由于这种几何形状，在垂直于重力方向的位置中摩擦较小。

然而，这种类型的轴承在心轴相对于杯轴承的居中方面具有明显的缺点。实际上，在这种类型的减震器的当前配置中不可能获得适当的居中。因此，心轴被卡在将旋转轮组的心轴保持在任一侧上的杯轴承之间存在很大的风险。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种用于时计机芯的旋转轮组的心轴（例如摆轮杆）的轴承，特别是减震器，其避免了上述问题。这种轴承使得可以将心轴在杯轴承中正确地居中。

为此，本发明涉及一种轴承，该轴承包括：轴承座，该轴承座设置有壳体；以及布置在该壳体内的托石，该托石具有主体，该主体设有空腔，该空腔被构造成容纳旋转轮组心轴的枢轴，该枢轴具有带有第一立体角的第一圆锥体形状，所述第一圆锥体的顶点以范围在从5μm至50μm内的预定义的第一曲率半径倒圆，所述空腔具有带有大于第一立体角的第二立体角的第二圆锥体形状，使得枢轴可以在空腔中旋转，第二圆锥体的顶点被倒圆并具有预定义的第二曲率半径，其特征在于，第二曲率半径小于第一曲率半径。

该轴承的特征在于，第二曲率半径小于第一曲率半径。

因此，枢轴被适当地保持在托石空腔内，以防止心轴被卡在轴承中，同时仍使其自由旋转。实际上，当空腔底部的曲率半径大于心轴枢轴的曲率半径时，该枢轴可偏心于空腔底部并导致心轴卡住，使得摆轮被制动或完全阻塞。在空腔底部的曲率半径小于心轴枢轴的曲率半径的情况下，无论时计的机芯或位置如何，枢轴均保持在空腔中居中。

此外，无论心轴相对于重力方向的位置在何处，例如对于时计机芯的摆轮杆而言，重要的是，托石的这种构造使得可以在托石内部保持恒定的枢转摩擦。空腔和枢轴的圆锥体形状使心轴的各个位置相对于重力方向的摩擦差异最小。

轴承的具体实施例在从属权利要求2至15中定义。

根据有利的实施例，第二曲率半径小于40μm。

根据有利的实施例，第二曲率半径小于30μm。

根据另一有利的实施例，第二曲率半径小于20μm。

根据另一有利的实施例，第二曲率半径小于10μm。

根据另一有利的实施例，第二曲率半径基本上等于4μm。

根据另一有利的实施例，第二曲率半径至少等于0.1μm。

根据另一有利的实施例，第二曲率半径至少等于1μm。

根据优选实施例，托石的主体由选自以下列表的材料制成：至少部分为非晶态的金属的合金，电铸材料或合成材料。

根据一个实施例，通过使用直径小于第一圆锥体的第一曲率半径的工具对至少部分为非晶态的金属进行热变形过程来获得空腔。

有利地，第二立体角在60至120°或80至100°的范围内，优选地等于90°。

根据一个实施例，使至少部分非晶态金属合金结晶以产生增强摩擦的相。

有利地，至少部分为非晶态的金属合金被陶瓷化以硬化主体表面，特别是在空腔的第二圆锥体中的主体表面。

根据一个实施例，在相应的模具中通过电流生长工艺（诸如电铸）来制造托石的主体。

根据一个实施例，由合成材料（例如由POM类型）制成的托石的主体通过模制获得。

根据一个实施例，通过模制获得由复合材料制成的托石的主体，该复合材料例如为POM类型，由减小摩擦的材料、例如PTFE颗粒增强。

有利地，其包括弹性的托石支架，诸如弹簧，以减震。

根据一个实施例，所述托石的主体和所述弹性支架一体地形成。

根据一个实施例，弹性支架通过LIGA型光刻、电镀和模制工艺制成。

根据一个实施例，将托石的主体包覆模制在弹性支架上。

根据一个实施例，第一曲率半径在从0.2μm至35μm的范围内。

根据一个实施例，第一圆锥体的第一立体角在从0.2μm至25μm的范围内。

根据一个实施例，第一圆锥体的第一立体角在从0.2μm至15μm的范围内。

本发明还涉及一种用于根据本发明的轴承的时计机芯的旋转轮组、诸如摆轮，该轮组设有心轴或杆，该心轴或杆具有至少一个具有第一圆锥体形状的枢轴，该第一圆锥体形状具有预定义的第一立体角，第一圆锥体的顶点为倒圆的并且具有预定义的第一曲率半径。所述轮组的特征在于，第一曲率半径在从0.2μm至50μm的范围内。

根据有利的实施例，第一曲率半径在从0.2μm至35μm的范围内。

根据有利的实施例，第一曲率半径在从0.2μm至25μm的范围内。

根据有利的实施例，第一曲率半径在从0.2μm至15μm的范围内。

在权利要求17中限定旋转轮组的特定形状，其中，所述枢轴的第一圆锥体顶点被切割以形成圆形的第三圆锥体，所述第三圆锥体具有大于所述第一立体角的第三立体角。

有利地，第三立体角基本上等于托石的第二角度。

本发明还涉及一种时计机芯，其包括主夹板和至少一个杆，所述主夹板和/或杆包括孔。该机芯的特征在于，其包括插入孔中的根据本发明的轴承和根据本发明的旋转轮组。

附图说明

参考附图，通过阅读仅通过非限制性示例的方式给出的若干实施例的描述，本发明的其他特征和优点将变得明显，其中：

图1描绘了根据第一现有技术实施例的用于旋转轮组心轴的减震器支撑轴承的截面。

图2示意性地描绘了根据第二现有技术实施例的轴承的托石和旋转轮组心轴的枢轴。

图3示意性地描绘了时计机芯的一部分的截面，其包括由根据本发明的两个轴承保持的摆轮杆。

图4描绘了用于根据本发明的减震器轴承的弹性支架的示意图。

图5描绘了根据本发明的第一实施例的支撑轴承的托石和旋转轮组心轴的枢轴。

图6示意性地描绘了根据本发明的第二实施例的支撑轴承的托石和旋转轮组心轴的枢轴。

图7示意性地描绘了本发明的第二实施例的托石和枢轴的放大视图。

具体实施方式

将根据两个实施例描述旋转轮组的轴承和心轴，其中相同的数字用于表示相同的对象。在时计机芯中，轴承用于保持旋转轮组的心轴（例如摆轮杆），同时允许其绕其轴线旋转。时计机芯通常包括未在图中示出的主夹板和至少一个杆，所述主夹板和/或杆包括孔，该机芯还包括旋转轮组和插入孔中的轴承。

图3示出了时计机芯的一部分15，其包括两个轴承18、20以及由两个轴承18、20在各端保持的摆轮杆16。杆16在每一端处具有枢轴17，该枢轴由硬质材料、优选红宝石制成。每个轴承18、20包括圆柱形轴承座13，该圆柱形轴承座13具有壳体14，布置在壳体14内部的托石22以及在轴承18、20的一个面上形成的开口19，开口19留下用于将枢轴17插入轴承中直到托石22的通道。托石22具有设置有空腔的主体，该空腔被构造成容纳旋转轮组的杆的枢轴17。杆16的枢轴17被插入壳体14中，杆16被保持但仍能够旋转以允许旋转轮组的运动。

两个轴承18、20为减震器，并且还包括用于托石22的弹性支架21，以减震并防止杆16断裂。在图4中所示的弹性支架21为例如具有轴向和径向变形的板簧，在该板簧上组装有托石22。弹性支架21被装配在轴承座13的壳体14内，并且其保持悬吊在壳体14内的托石22。因此，当时计受到剧烈震动时，弹簧吸收震动并保护旋转轮组的杆16。弹性支架21具有螺旋形状，其具有若干线25（这里为三个），每个线25将刚性中心环24连接到刚性外围环23。外围环23被装配在轴承座13的壳体14内，并由图3的轴承座13的一个或多个内面保持。托石22被装配在弹性支架21的中心环24内。选择弹性支架的材料和厚度，以允许其在较大的力下变形，例如在可能产生100G或200G力的震动后，其中一个G为地球的引力。

在图5的第一实施例中，枢轴17具有带有第一立体角31的基本圆形的第一圆锥体26的形状。立体角31为圆锥体的内部由其外壁形成的角度。第一圆锥体26的顶点29也以预定义的第一曲率半径倒圆以允许枢轴17旋转。第一曲率半径在例如从0.2μm至40μm或从0.2μm至25μm，优选地在从0.2μm至15μm的范围内。在图3中，第一曲率半径等于10µm。

托石22的空腔具有第二圆锥体28的形状，该第二圆锥体在顶点处具有第二立体角32。为了使枢轴17能够在空腔内旋转，第二立体角32大于第一圆锥体36的第一立体角31。优选地，第二圆锥体28具有第二立体角32，该第二立体角32在从60至120°或从80至100°的范围内。如前所述，第二立体角32在图3中基本上等于90°，因为该角度在杆的不同位置相对于重力方向提供了基本上相等的摩擦。第二圆锥体28的顶点27也被倒圆并且具有预定义的第二曲率半径。两个圆锥体26、28的顶点27、29的曲率有利于枢轴17在托石22中的旋转。

根据本发明，托石22的第二圆锥体28的第二曲率半径27小于枢轴19的第一圆锥体26的第一曲率半径29。因此，这避免了枢轴19在托石22中的任何偏心，并且从而避免了杆卡住的风险。第二曲率半径例如小于40μm，或者小于30μm，或者小于20μm，或者小于10μm。第二曲率半径优选地至少等于0.1μm或大于1μm。

在图5中所示的第一实施例中，第二曲率半径等于4μm，而第一曲率半径为10μm。这种曲率半径改善了枢轴17在空腔中的居中，并且进一步避免了使杆在轴承22之间偏心的风险。

在变型中（图中未示出），托石的第二曲率半径等于10μm，而第一曲率半径为15μm。

所述值的其他示例当然是可能的，条件是第二曲率半径小于第一曲率半径。优选地，这些值在前述范围中的一个范围内。

在图6和图7的时计机芯的第二实施例中，托石22与第一实施例的托石相同，但是枢轴30不同。实际上，枢轴30的第一圆锥体33的顶点40被再次切割以形成圆形的第三圆锥体35，该第三圆锥体35具有基本上等于托石22的第二圆锥体28的第二立体角32的第三立体角42。在该示例中，第二立体角32和第三立体角42为90°。第三圆锥体35被限制在枢轴30的顶点40周围。在图6和7中，第三圆锥体35的平均直径37为29μm，并且横向半径38为21μm，而第一圆锥体的高度为例如500μm。第一圆锥体33形成枢轴30的主体，但是第一圆锥体33的顶点处被第三圆锥体35截断，该第三圆锥体的立体角42不同以装配托石22的空腔。第三圆锥体35具有与图5的第一实施例的第一圆锥体26相同的具有相同曲率半径的倒圆形顶点，以保持相同的优点。因此，另外，通过稍微增加摩擦面积来改善枢轴30和托石22之间的连接，以防止枢轴30和托石22的过早磨损。

为了在托石的圆锥形空腔中获得如此小的第二曲率半径，必须特别选择用于制造托石主体的材料。实际上，传统上用于制造托石的材料太难获得这样的曲率半径。例如，对红宝石或钢材进行加工允许使在托石空腔中获得的第二曲率半径大于40µm，这是因为用于制造空腔的工具必须足够厚，以在托石主体加工期间不破裂。

因此，对于本发明的两个实施例，托石的主体由选自以下列表的材料制成：至少部分为非晶态的金属合金，电铸材料，合成材料或复合材料。

在用于形成托石的第一优选实施例中，主体由包含金属元素的至少部分非晶态的金属形成。该金属元素可以为铁、镍、锆、钛或铝类型的常规金属元素，或者为诸如金、铂、钯、铼、钌、铑、银、铱或锇的贵金属元素。“至少部分为非晶态的材料”是指该材料能够在非晶态中至少部分地固化，即，在高于其熔融温度的温度下进行升高，致使其局部失去任何局部晶体结构，在所述升高之后，冷却至低于其玻璃化转变温度的温度，允许所述材料至少部分变为非晶态。

非晶态金属例如选自以下组成：基于锆（Zr）的Zr58.5Cu15.6Ni12.8Al10.3Nb2.8，基于钯（Pd）的Pd43Cu27Ni10P20或基于铂（Pt）的Pt57.5Cu14.7Ni5.3P22.5。显然可以使用其他非晶态金属组合物，并且本发明不限于这些示例。因此，通过热变形工艺获得空腔。非晶态金属被加热到高于其玻璃化转变温度的温度，这大大降低了其粘度，并因此可以忠实地复制非晶态金属在其上被变形的工具。该工具将被预加工成具有圆锥形状，该圆锥形状的曲率半径基本上等于期望的第二曲率半径。因此，第二曲率半径小于第一曲率半径。由于使用了非晶态金属，因此在成形过程中该工具不会受到磨损，并因此保持其原始半径，这与加工非常坚硬的材料（诸如红宝石或回火钢）的情况不同。因此，获得了较小的曲率半径，类似于本发明的托石所需的曲率半径。为了改善摩擦学性能，可以使托石结晶以产生增强摩擦的相。

有利地，在该实施例中，可以对非晶态金属进行陶瓷化以改善摩擦学性能，从而硬化主体的表面，特别是在空腔的第二圆锥体中的表面。因此，由于陶瓷化，减少了例如心轴的红宝石枢轴的摩擦引起的磨损。表面处理在于在该表面上形成陶瓷型层。形成该层有若干可能的方式（化学，热，等离子体等）。例如，对于基于锆（Zr）的非晶态金属，获得ZrO2或ZrC或ZrN的表面层。

在用于形成主体的第二实施例中，托石的主体由电铸材料（例如Ni，Ni-P，Ni-Co，Pd，Pd-Co，Pt，Au750，Au9ct型）制成，或由其他制成。电流生长在相应的模具中进行。因此，模具具有凸锥形状，其尺寸对应于第二圆锥体的尺寸。

用于形成主体的第三实施例在于，主体由合成或复合材料（诸如聚合物材料或增强的聚合物材料）制成。该聚合物选自包括聚甲醛、聚酰胺、聚醚醚酮和聚苯硫醚的组。在复合材料的情况下，增强物可以例如为PTFE或石墨颗粒，以改变聚合物基材料的摩擦学性能。可以设想其他类型的增强物，例如氧化硅或其他陶瓷的纳米颗粒以机械增强基础聚合物。显然也可以将若干类型的增强物与给定的聚合物结合。对于这些类型的材料，在与所需形状相对应的模具中模制材料。因此，模具具有凸锥形状，其尺寸对应于第二圆锥体的尺寸。主体通过在模具中模制这种材料来获得。

有利的是，托石的主体和弹性支架一体地形成。换句话说，主体和弹性支架由相同的材料制成，例如由非晶态金属制成，以形成一件式零件。

在变型中，托石的主体包覆模制在弹性支架上。弹性支架通过LIGA型（来自德语“Röntgenlithographie，Galvanoformung，Abformungtype”）光刻、电镀和成型工艺预先成型。

自然地，本发明不限于参考附图描述的实施例，并且在不脱离本发明的范围的情况下可以设想变型。

Claims (32)

1.一种用于时计机芯的旋转轮组的心轴或杆（16）的轴承（18、20），所述轴承（18、20）包括设有壳体（14）的轴承座（13）和布置在所述壳体（14）内部的托石（22），所述托石（22）包括主体，所述主体设有空腔，所述空腔被构造成容纳所述旋转轮组的所述心轴或杆（16）的枢轴（17、30），所述枢轴（17、30）具有第一圆锥体（26）的形状，所述第一圆锥体具有第一立体角（31），所述第一圆锥体的顶点（29）以预定义的第一曲率半径倒圆，该预定义的第一曲率半径的范围在从0.2μm至50μm之间，所述空腔具有第二圆锥体（28）的形状，所述第二圆锥体（28）具有第二立体角（32），该第二立体角（32）大于所述第一立体角（31），使得所述枢轴（17、30）能够在所述空腔中旋转，所述第二圆锥体（28）的顶点被倒圆并且具有预定义的第二曲率半径，其特征在于，所述第二曲率半径小于所述第一曲率半径。

2.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述第二曲率半径小于40μm。

3.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述第二曲率半径小于20μm。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的轴承，其特征在于，所述托石（22）的主体由选自以下列表的材料制成：至少部分为非晶态的金属合金，电铸材料，合成材料或复合材料。

5.根据权利要求4所述的轴承，其特征在于，通过使用直径小于所述第一圆锥体的所述第一曲率半径的工具对至少部分为非晶态的金属进行热变形过程来获得所述空腔。

6.根据权利要求4所述的轴承，其特征在于，所述至少部分为非晶态的金属合金被结晶以产生增强摩擦的相。

7.根据权利要求4所述的轴承，其特征在于，所述至少部分为非晶态的金属合金被陶瓷化以硬化所述主体的表面，特别是在所述空腔的第二圆锥体（28）中。

8.根据权利要求4所述的轴承，其特征在于，所述托石（22）的主体通过电流生长工艺获得。

9.根据权利要求4所述的轴承，其特征在于，由合成材料制成的所述托石的主体通过模制获得。

10.根据权利要求4所述的轴承，其特征在于，通过模制获得由复合材料制成的所述托石（22）的主体。

11.根据权利要求1至3中的任一项所述的轴承，其特征在于，所述第二立体角在从60至120°的范围内。

12.根据权利要求1至3中的任一项所述的轴承，其特征在于，所述轴承包括用于减震的用于所述托石（22）的弹性支架（21）。

13.根据权利要求12所述的轴承，其特征在于，所述托石（22）的主体和所述弹性支架（21）一体地形成。

14.根据权利要求12所述的轴承，其特征在于，所述弹性支架通过LIGA型光刻、电镀和模制工艺制成。

15.根据权利要求12所述的轴承，其特征在于，所述托石（22）的主体包覆模制在所述弹性支架上。

16.根据权利要求1至3中的任一项所述的轴承，其特征在于，所述轴承（18、20）是减震器。

17.根据权利要求1至3中的任一项所述的轴承，其特征在于，所述心轴或杆（16）为摆轮杆。

18.根据权利要求9所述的轴承，其特征在于，所述合成材料是POM型的。

19.根据权利要求10所述的轴承，其特征在于，所述复合材料是PTFE颗粒或氧化物纳米颗粒增强的POM类型的。

20.根据权利要求11所述的轴承，其特征在于，所述第二立体角等于90°。

21.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述第二曲率半径小于30μm。

22.根据权利要求1所述的轴承，其特征在于，所述第二曲率半径小于10μm。

23.根据权利要求4所述的轴承，其特征在于，所述托石（22）的主体通过在相应模具中进行电铸来获得。

24.根据权利要求1至3中的任一项所述的轴承，其特征在于，所述第二立体角在从80至100°的范围内。

25.根据权利要求12所述的轴承，其特征在于，弹性支架（21）是弹簧。

26.一种用于根据前述权利要求中的任一项所述的轴承（18、20）的时计机芯的旋转轮组，所述轮组设置有带有至少一个枢轴的心轴或杆（16），所述枢轴具有第一圆锥体（26）的形状，所述第一圆锥体具有预定义的第一立体角，所述第一圆锥体（26）的顶点被倒圆并且具有预定义的第一曲率半径，其特征在于，所述第一曲率半径在从0.2μm至50μm的范围内。

27.根据权利要求26所述的旋转轮组，其特征在于，所述枢轴的所述第一圆锥体（26）的顶点被切割以形成圆形的第三圆锥体（35），所述第三圆锥体具有比所述第一立体角（31）更大的第三立体角（42）。

28.根据权利要求26或27所述的旋转轮组，其特征在于，所述旋转轮组是摆轮。

29.根据权利要求26或27所述的旋转轮组，其特征在于，所述第一曲率半径在0.2μm至15μm的范围内。

30.根据权利要求26所述的旋转轮组，其特征在于，所述第一曲率半径在从0.2μm至25μm的范围内。

31.根据权利要求27所述的旋转轮组，其特征在于，所述第三立体角基本上等于所述托石（22）的第二立体角（32）。

32.一种包括主夹板和至少一个杆的时计机芯，所述主夹板和/或所述杆包括孔，其特征在于，所述机芯包括：根据权利要求1至25中的任一项所述的轴承（22），所述轴承（22）被插入所述孔中；以及根据权利要求26至31中任一项所述的旋转轮组。

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