本发明涉及一种用于计时器的谐振器，其包括：支撑结构，用于使谐振器安装在计时器中；两个摆轮，设置成在相同平面内振荡；以及多个弹性元件，设置成将两个摆轮连接到支撑结构，多个弹性元件的配置确定两个摆轮的两个平行的弹性枢转轴，并且多个弹性元件还形成弹力装置，该弹力装置设置成使两个摆轮中的每一个倾斜地返回非工作位置。
现有技术
已知的机械表通常使用游丝摆轮作为调节构件。这种游丝摆轮由三个主要部件组成：动量轮形式的摆轮、承载摆轮并由使摆轮安装在计时器框架上的两个枢轴终止的主轴，以及产生与摆轮与其平衡位置之间的角度大小成比例的返回转矩的螺旋弹簧。众所周知，游丝摆轮作为机械表的准专用时间基准已有300多年的历史。
使用游丝摆轮作为时间基准能够使手表具有鲁棒性并且具有每天15秒的计时精度。因此可以说，游丝摆轮是一种可靠且精确的谐振器。然而依然如此的是，石英表的精度仍然高于配备游丝摆轮的机械表的精度。这种精度上的差异可以部分归因于石英音叉的品质因数远高于游丝摆轮的品质因数。
游丝摆轮的摆动幅度相当大。根据主发条的缠绕程度以及根据手表是否更接近水平或垂直，游丝摆轮通常在180°和315°之间变化。在这些条件下，其中摆轮的主轴转动的两个轴承受到高的应力，这使得通过摩擦耗散一小部分的平衡能量。应该理解的是，这种摩擦有助于降低游丝摆轮的品质因数。在提供具有最佳摩擦学性能的摆轮轴承方面已经取得了很大的进展。仍然存在以下情况：尚未克服摩擦对品质因数的负面影响。
为了克服刚刚描述的问题，已经提出将摆轮的枢转装置替换为柔性枢轴。特别地，专利文献CH 709 291 A2描述了一种用于计时器的谐振器，其包括用于使谐振器安装在计时器中的支撑元件、动量轮形式的摆轮以及在彼此交叉的同时将支撑元件连接到摆轮的两个弹性条带。选择两个弹性条带的配置，以限定与摆轮同心的几何枢转轴。此外，两个条带设置成对摆轮施加返回转矩。利用这种结构，当谐振器振荡时，两个条带变形，同时作为螺旋弹簧和柔性枢轴。从前述中将理解的是，由于该现有技术文献中提出的解决方案移除了摆轮的轴承并用柔性枢轴代替它们，使得其可以成为克服摩擦的主要原因之一。根据文献CH 709 291 A2，所提出的振荡器的品质因数比游丝摆轮的品质因数高约10倍。
然而，上述谐振器存在某些缺点。实际上，根据该文献，摆轮的振荡幅度通常为20°。在这些条件下，一方面，摆轮的角动量，另一方面，其几何枢转轴，它们之间可能缺乏共线性的效应不能简单地通过转动抵消。此外，存在以下风险：如上所述的具有柔性枢轴的摆轮比游丝摆轮对于冲击更敏感。为了解决这最后两个问题，专利文献EP 3 035 127 A1提出了将每一个具有柔性枢轴的两个谐振器进行耦合，以产生一种音叉的形式。根据该提议，两个谐振器之间的耦合由移动连接元件提供，两个谐振器的弹性条带的一端固定到该移动连接元件。如前所述，每对条带的另一端连接到两个摆轮中的一个。应理解的是，根据该第二现有技术文献，连接元件承载两个摆轮，同时其自身弹性地固定到刚性安装在计时器中的支撑元件上。通过这种设置，两个摆轮的几何枢转轴各占一个位置，该位置相对于连接元件固定，同时相对于计时器的框架可共同移动。
如文献EP 3 035 127 A1的标题所示，其描述的振荡器是音叉的形式。在这方面，已知与音叉的对称性相关的优点是它有利于具有高品质因数的一些明确定义的振荡模式。在这些振荡模式中，两种最基本的模式是对称模式和非对称模式。关于计时器应用，非对称模式(音叉的尖头一次向相反的方向移动)是最有利的，因为它对外部现象的敏感性较低；特别是对冲击的敏感性较低。对于用于计时器应用的音叉，重要的是对称振荡模式(音叉的尖头一次向相同方向移动)总是被有效地衰减。在该上下文中，文献EP 3 035 127 A1教导了通过使用弹性地悬挂在固定元件上的连接元件来耦合两个摆轮的振荡。非对称共振模式的一个特定特征是系统的质心保持静止，作用在音叉的连接元件上的力相互抵消。在这些条件下，为了有利于非对称共振模式，必须调整连接元件的悬挂，使得该元件的振动被强衰减，同时确保连接元件保持将在第一个摆轮上接收的激励脉冲自由地传递到第二摆轮。鉴于上述陈述，可能担心的是合适调整连接元件的悬挂将需要高度的灵活性。
技术实现要素：
本发明的一个目的是提供一种具有高品质因数并包括两个机械耦合的摆轮的谐振器，摆轮之间的耦合被设计成有利于非对称振荡模式。本发明通过提供如所附权利要求1所述的谐振器来实现该目的。
在本专利申请中，表述“支撑结构”不一定表示单个支撑件。实际上，根据本发明，支撑结构可以包括例如两个不同的支撑元件，一个支撑元件用于安装第一摆轮并且另一个支撑元件用于安装第二摆轮。
附图说明
通过阅读以下说明，本发明的其他特征和优点将变得清楚，仅通过非限制性示例并参照附图给出以下说明，其中：
图1是根据本发明的第一特定实施例的用于计时器的谐振器的俯视平面图；
图2A和2B是详细示出根据图1所示的第一实施例的第二变型例和第三变型例的将一个摆轮连接到谐振器的支撑结构的一对弹性条带的俯视局部视图；
图3和4是根据本发明的第二特定实施例的用于计时器的谐振器的立体图。
具体实施方式
图1是根据本发明的一个特定实施例的用于计时器的谐振器的俯视平面图。根据本发明，所示的谐振器包括支撑结构，该支撑结构用于使其安装在机械表的框架(未示出)上。在本示例中，支撑结构由分别标记为2和4的两个条形成。谐振器还包括通常标记为6和8的两个摆轮，在所示示例中，每个摆轮通常为具有大中央凹口的椭圆形状。当摆轮处于如图所示的非工作位置时，两个凹口的开口彼此相对。还可以看出，支撑结构的两个条2、4分别设置在一个凹口内。每个摆轮还包括轮缘10，轮缘10被设置成为摆轮提供更大的惯性。轮缘沿摆轮的边缘延伸。优选地，第一摆轮和第二摆轮具有相同的质量和相同的尺寸，使得它们易于以相同的频率振荡。
根据本发明，摆轮通过多个弹性元件连接到支撑结构。更具体地，在所示实施例中，摆轮6、8的每一个通过一对弹性条带(分别标记为12a、12b和14a、14b)连接到两个条2、4中的一个。如图所示，每个条带的一端通过凹口的底部附接到摆轮，而另一端固定地附接到位于同一凹口的条，使得每对弹性条带设置在其附接的摆轮的凹口内。还可以看出，同一对中的两个弹性条带彼此交叉形成X，X在凹口内的摆轮的平面内延伸。本领域技术人员将根据前面的陈述理解到：将一个摆轮连接到支撑结构的一对条带的配置确定该摆轮的几何弹性枢转轴X"、X”。几何枢转轴垂直于摆轮的平面，并且它经过X的两个条带的交叉点。该交叉点在摆轮移动期间非常轻微地移动。由于以下原因将会变得清楚的是，由弹性条带形成的X优选地定位在凹口中，使得几何枢转轴与摆轮平面的交叉点与摆轮质心重合。
图1还示出形成X的两个弹性条带12a、12b或14a、14b在它们的两个端部之间具有它们的连结点。模拟结果实际表明，X形结构的两个条带在中间相交的配置使得能够在几何枢转轴周围获得固有转动而无摩擦。此外，这种类型的X形柔性枢轴具有以下有益特征：产生与摆轮与其平衡位置之间的角度大小成比例的返回转矩，并且在一个方向上产生的转矩与在另一个方向上产生的转矩一样。还应注意的是，上面所用的表述“固有转动”表示使枢转轴的位移最小化的转动。
对于本说明书的其余部分，将假设条带的高度对应于其垂直于摆轮平面的延伸，而条带的厚度对应于条带在摆轮平面内沿着垂直于条带的长度方向的延伸。优选地，减小条带的厚度，以便在摆轮平面内使弹性条带具有足够的弹性。确定条带的高度，以便使条带具有足够的刚度，以在同一特定平面内控制摆轮的振荡。优选地，两对条带由相同的材料制成。此外，如图所示，优选地，两个X形柔性枢轴具有相同的尺寸，使得第一摆轮和第二摆轮在具有相同的质量和相同的惯性矩时具有相同的基本共振频率。
图2A和2B是示出将一个摆轮连接到本发明的谐振器的支撑结构的一对弹性条带的第二配置变型例和第三配置变型例的局部放大视图。通过比较图1、2A和2B，特别地，将看到在这些图中，条4、4"或4”中的一个的两个弹性条带之间形成的角度值不同。在图1中，该角度基本上等于90°，在图2A中，该角度基本上小于90°，最后在图2B中，该角度基本上大于90°。条带交叉的角度对摆轮平面外的某些振荡模式的激发性有影响。对于本发明的谐振器的大多数钟表应用来说，这些较高的模式是不希望的。在实际应用中，弹性条带之间的角度将根据摆轮的形状和不同平面中的所需刚度来选择。
根据本发明，谐振器还包括柔性条带16，柔性条带16构成带子，该带子设置成联接第一摆轮6和第二摆轮8。柔性条带附接到第一摆轮和第二摆轮，将柔性条带分别连结到第一摆轮的点16a和第二摆轮的点16b位于平行于两个摆轮的振荡平面的相同平面中，并且相对于附图的中心点(参考点O)彼此对称。仍然参照图1，能够看出在两个连结点16a和16b之间，条带16的形状具有关于中心点O的中心对称性。然而，应理解的是，该特征仅在摆轮6、8处于非工作位置时存在。如图中可以看出，对称中心O位于两个摆轮的几何枢转轴之间的中间。
图1还示出直线d，其通过中心O并通过点16a、16b，其中柔性条带16连结两个摆轮6、8。在示例性实施例中，直线d形成与包含第一和第二几何枢转轴的平面至少呈30°的角度α，或甚至呈至少45°的角度。
根据本发明，第一摆轮和第二摆轮具有相同的基本共振频率。由于存在带子16，当其中一个摆轮移动离开其平衡位置时，该摆轮拉动带子，另一个摆轮被迫跟随移动，从而在另一个方向上移动离开其平衡位置。特别地，参照图1，应理解的是，如果第一摆轮6顺时针枢转，则其在带子16上施加牵引力。带子的惯性相对于摆轮的惯性非常低，带子受到的张力在连结点16b处影响第二摆轮8。因此，第二摆轮受到使其逆时针枢转的转矩的作用。通过移动远离它们的非工作位置，两个摆轮使得将它们连接到支撑结构(条2和4)的X形弹性条带12a、12b、14a、14b发生变形。两对弹性条带的变形产生分别作用在第一摆轮和第二摆轮上的两个返回转矩。从前面的陈述可以理解，带子16的存在使得两个摆轮的振荡同步。还可以注意到的是，根据刚刚描述的内容，在以非对称模式产生振荡时，两个耦合的摆轮在谐振频率的振荡被称为非同步，而不是简单地同步。
图3和图4是根据本发明第二特定实施例的用于计时器的谐振器的立体图。可以看出，图3和图4中所示的谐振器与图1的谐振器非常相似。然而，根据作为本示例的目的的本发明的第二特定实施例，谐振器包括一对带子116、118，带子116、118通过刚性的联接元件120在中间位置彼此附接。带子116、118的每一个也分别附接到第一摆轮6和第二摆轮8。在图3中，在第一摆轮6和联接元件120之间延伸的带子116的一半用附图标记116"表示，在联接元件和第二摆轮8之间延伸的带子116的另一半用附图标记116”表示。以类似的方式，位于第一摆轮和联接元件之间的带子118的一半用附图标记118"表示，另一半用附图标记118”表示。
特别地，如图3所示，当摆轮处于它们的非工作位置时，带子116、118，一方面，相对于包含第一和第二几何枢转轴X"和X”的平面，另一方面，相对于与两个几何枢转轴等距的平行中间平面(在摆轮的平面中，中间平面的路线在图3中由附图标记m所指的虚线表示)，是彼此对称的。
再次参照图3和图4，可以看到，该对带子116、118主要由通过其两端附接到第一摆轮6的第一柔性条带和通过其两端附接到第二摆轮8的第二柔性条带形成。可以看出，两个柔性条带还通过联接元件120彼此连接。两个柔性条带在其中间连接到联接元件，并且应当理解的是，在图示的结构中，第一柔性条带的两个半部分分别构成带子116的一半116"和带子118的一半118"。类似地，第二柔性条带的两个半部分分别构成带子116的另一半116”和带子118的另一半118”。
根据所示的实施例，联接元件120是刚性的并且设置成刚性地连接第一柔性条带的中央部分和第二柔性条带的中央部分，使得这两个中央部分保持间隔开并彼此平行。刚刚描述的第二实施例的一个优点是其高度对称的性质，其在谐振器的非对称振荡模式中提供更高的稳定性。另一个优点是摆轮在共振时振荡的影响是刚性的联接元件120在谐振器的对称平面(已经提到的中间平面m)中沿直线轨迹的往复运动。特别地，在直线轨迹上设置影响往复运动的工件的事实可以用于将擒纵机构与谐振器联系起来。
在图3和图4所示的示例中，每个摆轮6、8的轮缘10位于摆轮的下侧。然而，在变型例中，其可以位于摆轮的上侧或两侧。
根据本发明的谐振器可以由，例如，硅和/或二氧化硅、金刚石、石英或金属形成为一个工件。为此，可以使用DRIE或LIGA类型的技术。根据本发明的谐振器也可以通过组装共件来获得。
还应该理解，对本领域技术人员来说显而易见的是，在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对本文所述的实施例进行各种修改和/或改进。特别是：
摆轮6、8可以具有除椭圆形状之外的细长形状，还可以是圆形、方形、蝶形翼或其它形状。然而，优选的是细长形状，因为这种形状使得可以将使带子16、116、118附接到摆轮6、8的点隔开，这便于调整所述摆轮之间的弹性联接。
条2、4和弹性条带12a、12b、14a、14b位于其中的摆轮6、8的凹口可以朝向摆轮6、8的外部敞开或者甚至可以闭合，而不是彼此面对地敞开；
凹口中的条2、4和弹性条带12a、12b、14a、14b的方向可以与所示的不同。例如，条2、4中的一个或两者可以相对于图1中所示的位置或多或少地转动90°。条2、4各自的方向可以相同或相反；
每一对的弹性条带12a、12b、14a、14b可以在两个不同的平行平面中延伸，以形成“Wittrick”型柔性枢轴，而不是如图所示实施例中的共面和物理地交叉。关于“Wittrick”型柔性枢轴，在所示实施例中使用的X形柔性枢轴的缺点是，在弯曲过程中几何枢转轴X"、X”的不希望的运动较大，且较高的应力集中在较短的条带。相反，条带的横向刚度更大，这提高了摆轮6、8在其转动平面中的稳定性以及它们对其转动平面外的冲击的抵抗性。
除了X形枢轴或“Wittrick”枢轴之外的柔性枢轴的类型可以用于将每个摆轮6、8连接到支撑结构2、4。此外，形成每个柔性枢轴的条带或弹性元件的数量可以大于2，或者甚至等于1。
技术特征：
1.一种用于计时器的谐振器，包括：支撑结构(2，4)，用于使所述谐振器安装在所述计时器中；第一摆轮和第二摆轮(6，8)，设置成在相同平面内振荡；至少一个第一弹性元件(12a，12b)，设置成将所述第一摆轮(6)连接到所述支撑结构；至少一个第二弹性元件(14a，14b；14a"，14b"；14a”，14b”)，设置成将所述第二摆轮(8)连接到所述支撑结构，所述弹性元件的配置确定两个摆轮的两个平行的几何弹性枢转轴(X"，X”)，并且所述弹性元件形成弹性装置，所述弹性装置设置成使所述摆轮中的每一个倾斜地返回非工作位置，其特征在于，
进一步包括带子(16；116，118)，设置成联接所述第一摆轮和所述第二摆轮(6，8)，所述带子附接到所述第一摆轮和所述第二摆轮，其中将所述带子分别连结到所述第一摆轮的点和所述第二摆轮的点(16a，16b)位于与所述摆轮的振荡平面平行的相同平面内，当所述摆轮处于其非工作位置时，一方面，所述连结点相对于位于两个几何枢转轴之间的中间的对称中心(O)对称，另一方面，平行于所述振荡平面，将所述对称中心(O)连接到与所述第一摆轮的点或所述第二摆轮的点(16a，16b)连结的半径与包含所述第一几何枢转轴和第二几何枢转轴(X"，X”)的平面形成至少30°的角度(α)。
2.根据权利要求1所述的谐振器，其特征在于，当所述摆轮处于其非工作位置时，所述带子的形状相对于所述对称中心(O)对称。
3.根据权利要求1或2所述的谐振器，其特征在于，当所述摆轮处于其非工作位置时，平行于振荡平面，将所述对称中心(O)连接到与所述第一摆轮的点或所述第二摆轮的点(16a，16b)连结的半径与包含所述第一几何枢转轴和所述第二几何枢转轴(X"，X”)的所述平面形成至少45°的角度(α)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的谐振器，其特征在于，包括一对带子(116，118)，所述一对带子在中间彼此附接并且每个带子附接到所述第一摆轮和所述第二摆轮(6，8)，所述一对带子包括所述带子，并且
当所述摆轮(6，8)处于其非工作位置时，所述一对带子的两个带子(116，118)，一方面，相对于包含所述第一几何枢转轴和所述第二几何枢转轴(X"，X”)的平面，一方面，相对于与所述两个几何枢转轴等距的平行中间平面(m)，是彼此对称的。
5.根据权利要求4所述的谐振器，其特征在于，所述一对带子(116，118)包括通过其两端附接到所述第一摆轮(6)的第一柔性条带和通过其两端附接到所述第二摆轮(8)的第二柔性条带，并且联接元件(120)被设置成刚性地连接所述第一柔性条带的中央部分和所述第二柔性条带的中央部分，使得两个柔性条带的中央部分保持彼此隔开且相互平行。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的谐振器，其特征在于，所述第一摆轮和所述第二摆轮(6，8)具有细长形状。
7.根据权利要求6所述的谐振器，其中所述摆轮的所述几何枢转轴(X"，X”)与同一摆轮的轮缘之间的距离在垂直于包含所述两个几何枢转轴(X"，X”)的平面的方向上比在平行于所述平面的方向上大至少1.5倍，优选地，至少2倍。
8.根据前述权利要求中任一项所述的谐振器，其特征在于，所述至少一个第一弹性元件(12a，12b)包括第一对弹性条带，所述第一对弹性条带平行于所述摆轮(6，8)的枢转平面，所述第一对弹性条带的一端固定到所述支撑结构(2，4)，另一端固定到所述第一摆轮(6)，并且所述至少一个第二弹性元件(14a，14b；14a"，14b"；14a”，14b”)包括第二对弹性条带，所述第二对弹性条带平行于所述摆轮(6，8)的枢转平面，所述第二对弹性条带的一端固定到所述支撑结构(2，4)，另一端固定到所述第二摆轮(8)，所述两个摆轮的每一个的所述两个几何枢转轴(X"，X”)与所述第一对弹性条带和所述第二弹性条带中的一个的两个弹性条带垂直地交叉。
9.根据权利要求8所述的谐振器，其特征在于，与同一几何枢转轴(X"，X”)垂直交叉的一对弹性条带(12a，12b，14a，14b)包含在平行于所述摆轮的所述枢转平面的相同平面内，使得相同对中的两个弹性条带在它们与所述几何枢转轴交叉的位置处具有交叉点。
10.根据权利要求9所述的谐振器，其中所述相同对的所述两个弹性条带(12a，12b，14a，14b)在它们中间相交。
技术总结
用于计时器的谐振器包括：支撑结构(2，4)，用于使谐振器安装在计时器中，第一摆轮和第二摆轮(6，8)，设置成在相同平面内振荡；至少一个第一弹性元件，设置成将第一摆轮(6)连接到支撑结构；至少一个第二弹性元件，设置成将第二摆轮(8)连接到支撑结构，弹性元件的配置确定两个摆轮的两个平行的弹性枢转轴(X"，X”)，并且弹性元件形成弹性装置，该弹性装置设置成使摆轮的每一个倾斜地返回非工作位置。谐振器还包括带子(116，118)，带子(116，118)设置成联接第一摆轮和第二摆轮(6，8)，带子附接到第一摆轮和第二摆轮。将带子分别连结到第一摆轮和第二摆轮的点位于与摆轮的振荡平面平行的相同平面内。当摆轮处于其非工作位置时，这些连结点相对于位于两个几何枢转轴(X"，X”)之间的中间的对称中心(O)对称。
技术研发人员：达拉·巴亚特;伊夫斯·皮特曼德;伊瓦尔·克尔贝格
受保护的技术使用者：瑞士钟表研究协会
技术研发日：.11.17
技术公布日：.09.06
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