EP3555708B1 - Uhrkomponente mit flexiblem zapfen - Google Patents

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EP3555708B1
EP3555708B1 EP17809039.5A EP17809039A EP3555708B1 EP 3555708 B1 EP3555708 B1 EP 3555708B1 EP 17809039 A EP17809039 A EP 17809039A EP 3555708 B1 EP3555708 B1 EP 3555708B1
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EP
European Patent Office
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elastic strips
timepiece component
strip
fixing part
stiffness
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EP17809039.5A
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EP3555708A1 (de
Inventor
David Chabloz
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Patek Philippe SA Geneve
Original Assignee
Patek Philippe SA Geneve
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    • GPHYSICS
    • G04HOROLOGY
    • G04BMECHANICALLY-DRIVEN CLOCKS OR WATCHES; MECHANICAL PARTS OF CLOCKS OR WATCHES IN GENERAL; TIME PIECES USING THE POSITION OF THE SUN, MOON OR STARS
    • G04B17/00Mechanisms for stabilising frequency
    • G04B17/04Oscillators acting by spring tension
    • G04B17/045Oscillators acting by spring tension with oscillating blade springs

Definitions

  • the present invention relates to a horological component with a flexible pivot.
  • the watch components with flexible pivot are designed to rotate without a physical axis of rotation, therefore without friction, around a virtual axis of rotation, thanks to an arrangement of elastic parts.
  • pivots with separate cross blades pivots with non-separated cross blades or pivots with offset center of rotation known as “RCC” (Remote Center Compliance).
  • RRC Remote Center Compliance
  • the present invention relates to the first type of flexible pivots, namely the pivots with separate cross blades. These pivots are known for their low stiffness, which allows their use in parts of a watch movement where little energy is available.
  • a separate cross-leaf pivot includes two resilient leaves which connect a component attachment portion to a movable component portion and which extend in two respective parallel planes to intersect without contact. Examples of such pivots are described in the patents US 3,520,127 and FROM 201 823 and patent applications EP 2 911 012 , EP 2 998 800 and WO 2016/096677 .
  • the patent application EP 2 911 012 describes a piece of oscillator clock to separate cross blades with the blades intersect at 7/8 th of its length in accordance with the theory developed by WH Wittrick. This crossing of the blades at 7/8 th of their length has the effect of minimizing the displacements of the virtual axis of rotation and therefore of making the frequency of the oscillator independent of the orientation of the watch with respect to gravity.
  • the patent application WO 2016/096677 teaches for its part that with an angle between the elastic blades between 68 ° and 76 °, and preferably equal to 71.2 °, the moment resulting from the action of the blades can be linear depending on the angle of rotation of the moving part, thus making the oscillator frequency independent of the oscillation amplitude.
  • the present invention aims to meet this need and to this end proposes a watch component with a flexible pivot, in particular an oscillator, comprising a fixing part, a movable part and first and second elastic blades connecting the fixing part and the movable part.
  • the first and second elastic blades extending in respective planes parallel and crossing without contact to define a virtual axis of rotation of the movable part with respect to the fixing part, characterized in that at least one of the first and second resilient blades have a stiffness which varies along the blade.
  • the present invention provides a timepiece component according to claim 1, 5 or 13, particular embodiments being defined in the dependent claims.
  • a flexible pivot horological oscillator 1 for a timepiece such as a wristwatch, comprises a fixing part 2 and a movable part 3 which surrounds the fixing part 2.
  • the fixing part 2 is used to mount the oscillator 1 on a fixed or mobile support of a watch mechanism, and for this purpose comprises two fixing lugs 2a, 2b intended to be attached to this support, this support possibly being for example a plate or a exhaust organ.
  • the movable part 3 oscillates relative to the fixing part 2 and thus plays the role of a balance.
  • the fixing part 2 and the movable part 3 are connected by first and second elastic blades 4, 5 of the same length which extend in two respective planes parallel to the plane of the oscillator 1 and which intersect without contact to define a virtual axis of rotation A of the mobile part 3 with respect to the fixed part 2.
  • This virtual axis of rotation A is formed by the straight line forming the intersection of the surfaces passing through the neutral fibers of the elastic blades 4, 5 and perpendicular to the plane of oscillator 1 when the moving part 3 is in its equilibrium position. It corresponds, in top view, to the point of intersection of the elastic blades 4, 5.
  • Oscillator 1 is associated with an escapement (not shown) which may be of the conventional type such as a Swiss lever escapement or of any other type.
  • the resilient blades 4, 5 are typically straight in shape when at rest, as shown. They could nevertheless be curved.
  • the center of mass of the mobile part 3 is on the virtual axis of rotation A.
  • the fixing part 2 comprises rigid parts 2c and elastic parts 2d arranged to allow adjustment of the distance between the fixing lugs 2a, 2b and, thereby, an adjustment of the position of the 'virtual axis of rotation A, as described in the patent application WO 2017/055983 of the present plaintiff.
  • the attachment part 2 could be completely rigid.
  • the two fixing lugs 2a, 2b could also be completely separated.
  • Each elastic blade 4, 5 is joined by its ends to the fixing part 2 and to the movable part 3 either directly or, as shown, by means of fittings 6 which soften the edges between the side faces of the elastic blades 4, 5 and parts 2, 3. In the present invention, such fittings 6 are not considered to be part of the elastic strips 4, 5.
  • the section of each elastic blade 4, 5 varies along the blade.
  • variation of the section is meant a variation in the size and / or the shape of the section. Such a variation in section causes a variation in stiffness along the blade and therefore changes the distribution of stresses in the blade when the latter is working. This allows some characteristics of the oscillator to be adjusted.
  • the shape of the section of each elastic strip 4, 5 remains constant, typically rectangular, but its thickness e varies along the strip.
  • the thickness is the dimension of the blade in a plane parallel to the plane of the oscillator and perpendicular to the neutral fiber of the blade.
  • the height that is to say the dimension of the blade perpendicular to the plane of the oscillator (parallel to the virtual axis of rotation A), is typically constant but it can also vary.
  • the thickness e is the same for each elastic strip 4, 5 and varies linearly from one end to the other, being greater at its end attached to the fixing part 2 than at its end. attached to the mobile part 3.
  • r the ratio between the thickness e at the end attached to the mobile part 3 and the thickness e at the end attached to the fixing part 2.
  • figure 3 represents the couples (r, t) for which the frequency of oscillator 1 is independent of gravity, more precisely for which the displacement of the virtual axis of rotation A parallel to the plane of the oscillator during the rotations of the part movable 3 relative to the fixing part 2 is minimum. In practice, this minimum displacement is substantially zero.
  • the virtual axis of rotation A remains in a circle of radius R, with the ratio R / L (where L is the length of the elastic blades 4, 5) less than 0.00125 or even less than 0.00075, when the movable part 3 is rotated from its equilibrium position up to an angle of ⁇ 20 °.
  • the position t of the crossing point of the elastic leaves 4, 5 is at least 14%, preferably at least 15%, preferably at least 16%, of preferably at least 17%, preferably at least 18%, preferably at least 19%. It can advantageously be between 17 and 21%, more particularly between 18 and 20%.
  • oscillator 1 interesting characteristics in terms for example of oscillation amplitude or sensitivity to manufacturing tolerances.
  • the graph of the figure 4 shows the Von Mises equivalent stress (in MPa) undergone by the flexible pivot, that is to say by the set of two elastic blades 4, 5, for a rotation of 20 ° of the mobile part 3 with respect to the fixing part 2, as a function of the torques (r, t) located on the curve of the figure 3 , the overall stiffness of the elastic blades 4, 5 being the same for each pair (r, t).
  • the elastic restoring moment exerted by the flexible pivot 4, 5 on the movable part 3 must be linear as a function of the angle of rotation of the movable part 3 with respect to the fixing part 2.
  • the quantity k be substantially constant, for example that its variation in absolute value over a range of angles ⁇ ranging from 0 ° (equilibrium position of the mobile part 3) to ⁇ 20 °, said variation being able to s '' express by (k ( ⁇ 20 °) - k (0 °)) / k (0 °), i.e. less than 0.05% or even less than 0.02%.
  • the graph of the figure 5 shows the influence on the isochronism of the angle ⁇ between the elastic plates 4, 5 (this angle is measured between the neutral fibers of the plates).
  • J1 the curve of the figure 3 which represents the couples (r, t) for which the oscillator is insensitive to gravity
  • curves J2 to J5 representing the couples (r, t) for which the frequency of the oscillator is independent of the oscillation amplitude, more precisely for which the difference between the frequency of the oscillator at an oscillation amplitude of 20 ° and the frequency of the oscillator at an oscillation amplitude of 2 ° is minimal or zero.
  • Each of the curves J2 to J5 corresponds to a respective angle ⁇ between the elastic strips, namely, for the curve J2 an angle of 70 °, for the curve J3 an angle of 80 °, for the curve J4 an angle of 90 °, and for the curve J5 an angle of 100 °.
  • the points of intersection between curve J1 and curves J2 to J5 define triples (r, t, a) for which the oscillator is isochronous both with respect to gravity and with respect to the amplitude of oscillation.
  • the oscillator can therefore have various configurations, each presenting its advantages and disadvantages compared to the others, in particular in terms of size, sensitivity to manufacturing tolerances, oscillation amplitude or impact resistance.
  • the angle ⁇ is at least 77 °, preferably at least 78 °, preferably at least 79 °.
  • the angle ⁇ is for example between 77 ° and 83 °.
  • each elastic blade 4, 5 varies non-linearly. In one embodiment, however, the thickness of each resilient blade 4, 5 varies monotonically (increasing or decreasing) from one end of the blade to the other. In another embodiment, the thickness of each elastic strip 4, 5 varies strictly monotonically (without interrupting the variation) from one end to the other or at least over a continuous portion of the strip representing 25%.
  • the length of the blade is rectilinear or curvilinear depending on the shape, straight or curved, of the elastic blades 4, 5 at rest .
  • the thickness can also vary so that it is smaller at one end than at the other, but not monotonically between the two ends.
  • each elastic blade 4, 5 or of only one of the elastic blades 4, 5 could also be varied in a way other than by varying its section, for example by heat treatment, by doping or ion implantation or by deposits of materials of different stiffness along the blade.
  • the elastic strips 4, 5 can be identical or different, have the same stiffness while being different, or have different stiffnesses.
  • the oscillator according to the invention can be manufactured in a monolithic manner, for example in silicon or in any other suitable material according to the deep reactive ion etching technique known as “DRIE” (Deep Reactive Ion Etching), in nickel, nickel alloy or any other suitable material according to the LIGA technique (lithography, electroplating, molding), in steel, copper-beryllium, nickel silver or other metal alloy by milling or by electroerosion, or in metallic glass by molding.
  • DRIE Deep reactive ion etching technique
  • LIGA lithium-plating, molding
  • the oscillator, or only the elastic blades 4, 5 can be covered with a layer of silicon oxide (SiO 2 ) to increase its mechanical resistance and / or to perform a function. thermal compensation.
  • Such a monolithic construction is particularly suitable for oscillators intended to operate at high frequencies.
  • inertial parts such as a rim and / or weights, made from a material denser than that of the oscillator, as described in the application, can be added to the monolithically formed oscillator.
  • patent EP 2 911 012 can be added to the monolithically formed oscillator.
  • the oscillator according to the invention can comprise more than two elastic blades.
  • it can comprise a second pair of elastic blades superimposed on the first pair of elastic blades 4, 5 and whose two blades cross on the virtual axis of rotation A, to increase the stiffness of the flexible pivot outside the plane of the oscillator.
  • the present invention can be applied to other horological components than an oscillator, for example to an escape lever, a lever or a rocker, to facilitate the optimization of their characteristics.

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Claims (23)

  1. Uhrkomponente (1) mit flexiblem Zapfen, die einen Befestigungsteil (2), einen beweglichen Teil (3) und eine erste und eine zweite elastische Klinge (4, 5) umfasst, die den Befestigungsteil (2) und den beweglichen Teil (3) verbinden, wobei die erste und die zweite elastische Klinge (4, 5) sich in jeweiligen parallelen Ebenen erstrecken und sich ohne Kontakt kreuzen, um eine virtuelle Drehachse (A) des beweglichen Teils (3) in Bezug auf den Befestigungsteil (2) zu definieren, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine von der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) eine Steifigkeit aufweist, die sich auf streng monotone Weise über mindestens einen ununterbrochenen Abschnitt der Klinge verändert, der 25 % der Länge der Klinge darstellt.
  2. Uhrkomponente (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit der mindestens einen von der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) sich auf streng monotone Weise über mindestens einen ununterbrochenen Abschnitt der Klinge verändert, der 30 %, vorzugsweise 35 %, vorzugsweise 40 %, vorzugsweise 45 %, vorzugsweise 50 %, vorzugsweise 55 %, vorzugsweise 60 %, vorzugsweise 65 %, vorzugsweise 70 %, vorzugsweise 75 %, vorzugsweise 80 %, vorzugsweise 85 %, vorzugsweise 90 %, vorzugsweise 95 % der Länge der Klinge darstellt.
  3. Uhrkomponente (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit der mindestens einen von der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) sich derart verändert, dass sie an einem Ende größer ist als am anderen.
  4. Uhrkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit der mindestens einen von der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) sich auf monotone Weise von einem Ende der Klinge zum anderen verändert.
  5. Uhrkomponente (1) mit flexiblem Zapfen, die einen Befestigungsteil (2), einen beweglichen Teil (3) und eine erste und eine zweite elastische Klinge (4, 5) umfasst, die den Befestigungsteil (2) und den beweglichen Teil (3) verbinden, wobei die erste und die zweite elastische Klinge (4, 5) sich in jeweiligen parallelen Ebenen erstrecken und sich ohne Kontakt kreuzen, um eine virtuelle Drehachse (A) des beweglichen Teils (3) in Bezug auf den Befestigungsteil (2) zu definieren, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine von der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) eine Steifigkeit aufweist, die sich auf monotone Weise von einem Ende der Klinge zum anderen verändert.
  6. Uhrkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite elastische Klinge (4, 5) die gleiche Steifigkeit und die gleiche Steifigkeitsveränderung aufweisen.
  7. Uhrkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit der mindestens einen von der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) sich derart verändert, dass sie an dem Ende der Klinge, das mit dem Befestigungsteil (2) verbunden ist, größer ist als an dem Ende der Klinge, das mit dem beweglichen Teil (3) verbunden ist.
  8. Uhrkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit der mindestens einen von der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) sich auf streng monotone Weise von einem Ende der Klinge zum anderen verändert.
  9. Uhrkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine von der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) einen Querschnitt aufweist, der sich entlang der Klinge verändert, wobei diese Querschnittsveränderung das Erhalten der Steifigkeitsveränderung ermöglicht.
  10. Uhrkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine von der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) einen Querschnitt aufweist, dessen Größe sich entlang der Klinge verändert, wobei diese Größenveränderung das Erhalten der Steifigkeitsveränderung ermöglicht.
  11. Uhrkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der mindestens einen von der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) sich entlang der Klinge verändert, wobei diese Dickenveränderung das Erhalten der Steifigkeitsveränderung ermöglicht.
  12. Uhrkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der mindestens einen von der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) sich auf lineare Weise von einem Ende der Klinge zum anderen verändert.
  13. Uhrkomponente (1) mit flexiblem Zapfen, die einen Befestigungsteil (2), einen beweglichen Teil (3) und eine erste und eine zweite elastische Klinge (4, 5) umfasst, die den Befestigungsteil (2) und den beweglichen Teil (3) verbinden, wobei die erste und die zweite elastische Klinge (4, 5) sich in jeweiligen parallelen Ebenen erstrecken und sich ohne Kontakt kreuzen, um eine virtuelle Drehachse (A) des beweglichen Teils (3) in Bezug auf den Befestigungsteil (2) zu definieren, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine von der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) eine Dicke aufweist, die sich von einem Ende der Klinge zum anderen linear verändert.
  14. Uhrkomponente (1) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (e) der mindestens einen von der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) an dem Ende der Klinge, das mit dem Befestigungsteil (2) verbunden ist, größer ist als an dem Ende der Klinge, das mit dem beweglichen Teil (3) verbunden ist.
  15. Uhrkomponente (1) nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite elastische Klinge (4, 5) die gleiche Dicke (e) und die gleiche Dickenveränderung (e) aufweisen.
  16. Uhrkomponente (1) nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (e) von jeder von der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) an dem Ende der Klinge, das mit dem Befestigungsteil (2) verbunden ist, zwei Mal größer ist als an dem Ende der Klinge, das mit dem beweglichen Teil (3) verbunden ist.
  17. Uhrkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite elastische Klinge (4, 5) sich auf mindestens 14 %, vorzugsweise mindestens 15 %, vorzugsweise mindestens 16 %, vorzugsweise mindestens 17 %, vorzugsweise mindestens 18 %, vorzugsweise mindestens 19 % ihrer Länge kreuzen, wobei die Länge von dem Ende jeder Klinge gemessen wird, das mit dem Befestigungsteil (2) verbunden ist.
  18. Uhrkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite elastische Klinge (4, 5) sich bei X % ihrer Länge kreuzen, wobei die Länge von dem Ende jeder Klinge gemessen wird, das mit dem Befestigungsteil (2) verbunden ist, wobei X zwischen 17 und 21, vorzugsweise zwischen 18 und 20 beträgt und vorzugsweise gleich etwa 19,2 ist.
  19. Uhrkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) mindestens 77°, vorzugsweise mindestens 78°, vorzugsweise mindestens 79°, beträgt.
  20. Uhrkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) zwischen 77° und 83° beträgt und vorzugsweise gleich etwa 79° ist.
  21. Uhrkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Position des Kreuzungspunkts der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) und die Veränderung derart sind, dass die virtuelle Drehachse (A) in einem Kreis mit Radius R bleibt, wobei das Verhältnis R/L, wo L die Länge der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) ist, kleiner als 0,00125, vorzugsweise kleiner als 0,00075, ist, wenn der bewegliche Teil (3) in Bezug auf den Befestigungsteil (2) von seiner Gleichgewichtsposition bis zu einem Winkel von ± 20° gedreht wird.
  22. Uhrkomponente (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Winkel (α) zwischen der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) und die Veränderung derart sind, dass der Absolutwert der Steifigkeit des flexiblen Zapfens, der von der ersten und der zweiten elastischen Klinge (4, 5) gebildet ist, sich über einen Drehwinkelbereich des beweglichen Teils (3) in Bezug auf den Befestigungsteil (2), der von 0°, was der Gleichgewichtsposition des beweglichen Teils (3) entspricht, bis ± 20° reicht, um weniger als 0,05 %, vorzugsweise weniger als 0,02 % verändert.
  23. Uhrkomponente nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass sie ein/en Oszillator (1), ein/en Hebel, eine Wippe oder ein/en Anker ist oder umfasst.
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