用于致动柔性指针的钟表机构的制作方法

本发明涉及一种用于致动柔性指针的钟表机构。

背景技术：

1、指针是用于以模拟方式来表示特别是时间的最常见显示模式。申请人通过提出一种柔性指针来重新阐释这种显示模式，修改了指针的形状和长度，使得例如指针的尖端尽可能地跟随手表表盘的卵形外周。由于指针的形状随时间变化，因此所体现的显示可以直观地测量。这种柔性指针特别是申请人持有的欧洲专利申请ep 3159751a1和ep 3605243a1的主题。

2、二十年来，柔性结构代表了制表领域中一个有价值的研究课题。这些柔性结构由刚性元件组成，刚性元件通过弹性变形的柔性元件彼此连接，以实现引导功能。由于其工作原理是基于通过防止材料的任何塑性变形来实现结构的弹性变形，因此这些结构能够以钟表制造工艺特有的高精度一体地制造。

3、与传统的引导机构相比，柔性结构可以实现非常精确的运动，没有摩擦，因此不需要润滑。结构的刚度意味着所施加的力与该结构的运动之间的关系。受到返回力作用的运动不包含游隙或滞后现象。

4、申请人研究了柔性结构原理并将其应用到那不勒斯王后系列“心”款的分钟显示中。该标志性表款是宝玑最具代表性的表款之一。为向世界上第一款戴在手腕上的手表致敬，它的特点是中间部件呈卵形，并具有朝向表盘底部偏心的时间圈。

5、虽然传统指针的尖端路径是纯圆形的，但柔性结构的使用使得那不勒斯王后系列“心”款腕表的分针具有可变的长度和形状。则分针的尖端能够跟随表盘的卵形外周。因此，分针本身起到了柔性引导作用。在小时显示的情况下，它是在表盘中央的孔洞中执行的。

6、图1a和1b示出了手表的两种显示状态。在图1a中，手表指示9:00。在这种情形中，柔性分针1呈细长形，其长度l为16.8mm；柔性指针1的尖端2指向时间圈的标志“60”。在图1b中，手表指示9:23；柔性指针1弹性变形并形成心形，其中尖端2指向时间圈的标志“23”。指针的长度l则只有7.7mm。

7、柔性指针1在其制造期间的几何形状在图2a中示出。在心形的形状中，柔性指针1由连接到两个臂4和6的尖端2组成，每个臂4和6包括柔性部分4a、6a、刚性部分4b、6b和管件(cannon)4c、6c。它是根据liga工艺制造的，优选地由镍磷合金型材料制成，其性能特别适合于所寻求的特殊性。实际上，这种材料的杨氏模量足够低以确保柔性，并且其屈服强度高，这最大限度地降低了塑性变形的风险。这种材料对疲劳循环的耐受性能也确保了其机械和物理性能随时间的稳定性。另一个优点是这种材料对磁场不敏感。

8、柔性指针1的变形原理在图2b中示出。一旦装配在机芯上，柔性指针1的两个管件4c、6c就会叠置并经由两个同轴的分齿轴(未示出)被致动。在图2b所示的示意性示例中，柔性指针1改变了形状和长度但没有转动；它从其长度l为16.8mm的第一休止位置切换到其长度l为7.7mm的第二弹性变形位置。为了将柔性指针1从其第一位置切换到第二位置，在柔性指针1的臂4、6中的每一个上施加角度为但方向相反的相同旋转。因此，例如通过有限元模拟可以精确地确定待施加至柔性指针1的管件4c、6c的角度以获得所寻求的长度变化量δl。

9、柔性指针1的致动原理在本专利申请所附的图3a至3c中示出。应当理解，柔性指针1的致动机构的复杂性在于，确定待施加至其两个管件4c、6c以获得所寻求的长度变化量δl的旋转。实际上，为了修改柔性指针1的形状和长度，其两个臂4、6中的每一个都必须被单独致动。

10、为此目的，如示意性示出柔性指针1的致动的图3a所示，致动机构例如由钟表机芯的分齿轴驱动，该分齿轴将角度为θ1的旋转施加至包括整个致动机构的附加板7的输入端。致动机构必须将输入角度θ1转换成柔性指针1的右管件4c的角度为α(θ1)的旋转，以及左管件6c的角度为β(θ1)的旋转。

11、本专利申请所附的图3b表示柔性指针1的管件4c和6c的旋转角度，以便柔性指针1的尖端2沿角度θ1行进，角度θ1对应于钟表机芯对致动机构的输入端所施加的旋转。在该图3b中可以看出，为了使柔性指针1的尖端2枢转角度θ1并使柔性指针1从大致杏仁形变成心形，右管件4c必须旋转角度α(θ1)，并且左管件6c旋转角度β(θ1)。

12、本专利申请所附的图3c示出了柔性指针1的管件4c和6c的旋转角度α和β随旋转角度θ1的演化，该旋转角度θ1对应于钟表机芯对致动机构的输入端所施加的旋转。

13、为了使柔性指针1在借助于其尖端2指示分钟的同时改变形状和长度，每个管件4c、6c都必须以角度θ1旋转，该角度θ1对应于钟表机芯的分齿轴对传统分针所施加的角度，该角度θ1由致动机构以角度调制，以便柔性指针1以期望的方式改变形状和长度。以相反的方向对两个管件4c和6c所施加的该角度确定了柔性指针1的形状和长度变化量

14、因此，致动机构的输出角度α(θ1)和β(θ1)遵循以下关系式：

15、

16、

17、此处所示的柔性指针1是对称的，柔性指针1的尖端2的角位置θ2定义为两个臂4和6的平分线，即根据下式的角度α(θ1)和β(θ1)的平均值：

18、

19、因此，柔性指针1的尖端2的角位置θ2与θ1相同。

20、所有的复杂性都在于确定调制角度的值。该值取决于柔性指针1的变形性能，其确定了为获得所寻求的形状和长度变化量δl要施加的调制角度图3c中示出了角度α、β和θ2随θ1的演化的图示。

21、可以设想柔性指针1的若干种致动机构。这样的致动机构的第一示例在本专利申请所附的图4a至4c中示出。总体上用总附图标记8表示的该致动机构分别包括第一和第二形状齿轮系10和12。如下文更详细描述的，这些第一和第二形状齿轮系10、12包括具有非圆形齿部的轮系，并且旨在对于输入角度θ1为右管件4c加上并为左管件6c减去调制角度以获得角度α(θ1)和β(θ1)。

22、本专利申请所附的图4a是柔性指针1的致动机构8的第一实施例的分解透视图，在图中底部的钟表机芯处布置有机芯传动件(movement gear)14，用于驱动两个形状齿轮系10、12，第一形状齿轮系10设置成驱动第一右管件4c，第二形状齿轮系12设置成驱动第二左管件6c，第一个和第二个箭头示出了分别向第一管件4c和第二管件6c的运动传递。如图4a中所见，第一形状齿轮系10和第二形状齿轮系12包括这样的形状齿轮系：其布置成将相移引入其中一个管件相对于另一个管件的旋转中。

23、更具体地，为了驱动第一右管件4c，第一形状齿轮系10包括围绕第一轴线da装配的多个轮，以及围绕主枢转轴线d同轴装配的多个轮。至于用于驱动第二左管件6c的第二形状齿轮系12，它包括围绕第二轴线db装配的多个轮，以及装配在主枢转轴线d上的一个轮。需要注意的是，在其装配状态下，柔性指针1被预加应力，使得整个致动机构8被张紧，这使得能够补偿轮系中的任何游隙。

24、本专利申请所附的图4b是驱动上述类型的致动机构的钟表机芯的局部剖视图，并且本专利申请所附的图4c是根据图4a中所示的第一替代实施例的致动机构在组装状态下的透视图。在这些图4b和4c中，致动机构的输入轮布置成与钟表机芯的输出轮配合，该输入轮与驱动轴和分齿轴同轴，柔性指针的第一管件被显示为装配在该分齿轴上，第二管件被显示为处于柔性指针的自由状态，这是在第二管件与第一管件同轴定位在驱动轴上之前。每个形状轮都包含一个角度引导标记，以确保正确的形状轮系作用。

25、更具体地，图4b示出了用于柔性指针1进行分钟显示的致动机构8，图4c示出了驱动这种致动机构8的钟表机芯。在此实施例中，输入轮32在固定管34上被引导，固定管34的中心位于主枢转轴线d上。该输入轮32布置成与由钟表机芯的输出轮副形成的机芯传动件14配合。该输入轮32，例如分齿轴，直接地或经由允许指针设置的摩擦压痕驱动与其同轴的驱动分齿轴38。

26、该驱动分齿轴38是回转的并驱动第一形状轮40，该第一形状轮40又与围绕第一轴线da装配的互补的第二形状轮42啮合。该第二形状轮42可枢转地固定到第一形状轮44上，并且与围绕主枢转轴线d装配的互补的第四形状轮46啮合，第四形状轮46包括用于紧固第一管件4c的分齿轴48。

27、同一驱动分齿轴38驱动第五形状轮50，该第五形状轮50又与围绕第二轴线db装配的互补的第六形状轮52啮合。该第六形状轮52可枢转地固定到第七形状轮54上，并且与围绕主枢转轴线d枢转的互补的第八形状轮56啮合，该第八形状轮56包括第二管件6c紧固于其上的分齿轴58。

28、每个形状轮都可包括角度引导标记，以确保其如图5所示的正确分度定位，图5详细示出了具有第七形状轮54和第八形状轮56的形状轮系。这些形状轮54、56不是回转式的，并且各自包括用于其相对于彼此分度定位的引导标记60、62，以及便于其定位的长形孔64、66。

29、上述致动机构8符合其规格要求并具有许多优点，特别是简单、稳健的操作和准确的显示。然而，形状轮系致动也有一些局限性。该设计不容易修改，因为柔性指针1的尖端2的路径变化意味着两个形状齿轮系10和12的修改。此外，柔性指针1的臂4、6的角向运动的调制限于适度的值，因为更大的值将需要偏离圆形形状太多的形状轮系。

30、在上面参考图2b描述的示例中，柔性指针1在其休止位置的长度与柔性指针1在其弹性变形位置的长度之间的比率接近2.2，这超出了与具有形状轮系10、12的致动机构8的调制有关的技术可行性。因此，为使柔性指针1的尖端2能够准确地跟随那不勒斯王后系列“心”款腕表的表盘的卵形外周，开发了一种新颖的致动机构。

31、总体上用总附图标记68表示的致动机构的第二实施例在本专利申请所附的图6a和6b中示出。该致动机构68被布置成驱动柔性指针70，如图6c所示，柔性指针70由连接到两个臂74和76的尖端72组成，这两个臂分别紧固到分齿轴78、80上。该柔性指针70的操作位置是受应力位置，其中柔性指针70的两个臂74、76分别紧固到第一分齿轴78和第二分齿轴80上，从而围绕输出轴线d’相对于彼此同轴。

32、致动机构68包括围绕输出轴线d’的第一分齿轴78的第一驱动装置82和第二分齿轴80的第二驱动装置84。

33、第一驱动装置82和第二驱动装置84被布置成通过围绕输出轴线d’枢转来改变第二分齿轴80相对于第一分齿轴78的角位置，以使柔性指针70变形，这具有改变尖端72相对于该输出轴线d’的径向位置的作用。

34、致动机构68包括第一差动装置90和第二差动装置86，第一差动装置90的第一输入端由第一凸轮92组成，第二差动装置86的第一输入端由第二凸轮88组成。根据所采用的构型，这些第一凸轮92和第二凸轮88可以是固定的或可动的。

35、致动机构68由行星轮保持框架94完成，该行星轮保持框架94形成第一差动装置90和第二差动装置86的第二输入端。该行星轮保持框架94承载第一行星轮96和第二行星轮98，每个行星轮96、98各自配备有凸轮从动指状件100、102，其被布置成跟随相应凸轮88、92的轮廓104、106。

36、最后，第一差动装置90具有作为输出端的第一分齿轴78，第二差动装置86具有作为输出端的第二分齿轴80。

37、如图6b中所见，第二行星轮98被装配成可在行星轮保持框架94的顶部枢轴108上自由旋转，而行星轮保持框架94被装配成可围绕输出轴线d’自由旋转。

38、通过第二分齿轴80承载的第二齿部110形成太阳小齿轮。

39、在与承载第二行星轮98的面相对的面上，第一行星轮96被装配成可在行星轮保持框架94上自由旋转，特别是如本专利申请所附的图6d所示，该图示出了行星轮保持框架94包括在顶面和底面上的埋头孔112，以及顶部枢轴108和底部枢轴114。最后，通过第一分齿轴78承载的第一齿部116形成太阳小齿轮。

40、如上文所述，第一行星轮96包括凸轮从动指状件100，该凸轮从动指状件被布置成沿第一凸轮88的轮廓104行进，该凸轮从动指状件借助柔性指针70的弹性被保持抵靠在该轮廓104上。类似地，第二行星轮98包括凸轮从动指状件102，该凸轮从动指状件102被布置成沿第二凸轮92的轮廓106行进，同时借助柔性指针70的弹性被弹性复位。

41、利用柔性指针70的弹性来确保凸轮从动指状件100、102抵靠凸轮88、92的相应轮廓104、106弹性复位是有利的，因为这使得能够节省将凸轮从动指状件100、102压靠在凸轮88、92的轮廓104、106上将会需要的复位部件。

42、上述致动机构68的操作如下。该致动机构68搁置在行星轮保持框架94上，该行星轮保持框架94能够例如与它固定装配于其上的钟表机芯的驱动分齿轴118一起旋转。除了作为仅有的固定元件的凸轮88、92之外，该行星轮保持框架94驱动整个致动机构68沿角度θ1旋转。在该行星轮保持框架94上，柔性指针70的臂74、76紧固于其上的两个分齿轴78、80与第一行星轮96和第二行星轮98相互作用，每个行星轮各自承载布置成跟随凸轮88、92的相应轮廓104、106的指状件100、102。

43、被弹性地预加应力的柔性指针70持续保持整个致动机构68张紧，由此凸轮从动指状件100、102始终与凸轮88、92的相应轮廓104、106接触。

44、与柔性指针70的右臂76对应的分齿轴80以与第二行星轮98啮合的方式被直接驱动。与柔性指针70的左臂74对应的分齿轴78以与第一行星轮96啮合的方式被直接驱动。其上紧固有柔性指针70的臂74、76的第一分齿轴78和第二分齿轴80经由行星轮保持框架94相互连接。当行星轮保持框架94以角度θ1旋转时，第一行星轮96和第二行星轮98在其相应的底部枢轴114和顶部枢轴108上枢转，并在其与凸轮88、92相互作用的影响下以角度旋转。柔性指针70的右臂76紧固于其上的分齿轴80将行星轮保持框架94的旋转θ1增加该角度以获得角度α(θ1)。相反地，柔性指针70的左臂74紧固于其上的分齿轴78从旋转θ1减去该角度以获得角度β(θ1)。

45、包括整个致动机构68的附加板的组装相对容易。特别注意的是应用特定协议的非典型指针装配。如上文所述，柔性指针70被持续张紧，以便弹性复位补偿致动机构的齿轮系中的游隙并保持凸轮从动指状件100、102抵靠在凸轮88、92上。当装配柔性指针70时，必须将管件预先定位以使得凸轮从动指状件100、102抵接凸轮88、92。然后将柔性指针70的右臂76以限定的预应力角度压装在对应的分齿轴80上，然后将左臂74以相同的预应力角度压装在分齿轴78上，但方向与右臂76相对于线d”的方向相反，线d”穿过输出轴线d’和柔性指针70的尖端72。

46、由若干元件组成的致动机构68简单且坚固。制造公差的影响最小。该致动机构68也可以适应设计上的变化，因为柔性指针70的尖端72的路径的适度变化可以通过仅改变凸轮88、92的几何形状来获得。

47、宝玑的那不勒斯王后系列“心”款腕表是一款和谐的作品，佩戴者可以直接观察到创新性。除了其美学方面以外，配备有上述钟表机构的手表最主要是响应了非圆形表盘的技术挑战，同时符合传统钟表规范。透过手表底部观察齿轮系的神秘运动所感知的吸引力在这里转移到表盘侧，其中柔性指针的运动以及其形状和长度的变化产生了真正的魅力。

48、本专利申请所附的图7a和7b中示出了柔性指针的致动机构的另一实施例。总体上用总附图标记120表示的该致动机构布置成驱动例如柔性指针122，该柔性指针122由连接到两个臂126和128的尖端124组成，每个臂各自包括管件130、132。该柔性指针122的操作位置为受应力位置，其中第一管件130和第二管件132围绕输出轴线d”’相对于彼此同轴。

49、致动机构120由行星轮保持框架134完成，该行星轮保持框架134配备有第一枢轴136，行星轮138被装配成在该第一枢轴136上旋转。如上文所述，该行星轮138配备有凸轮从动指状件140，该凸轮从动指状件140被布置成沿凸轮144的轮廓142行进，它借助柔性指针122的弹性被保持抵靠在该轮廓142上。凸轮144是致动机构120仅有的固定元件。行星轮保持框架134还配备有固定管146，第一驱动分齿轴148和第二驱动分齿轴150被装配成在该固定管146上同心地自由旋转。柔性指针122的右臂126以限定的预应力角度被压装在第二驱动分齿轴150上，则同一柔性指针122的左臂128以相同的预应力角度被压装在第一驱动分齿轴148上，但方向与右臂126的方向相反。最后，致动机构120包括由第一驱动分齿轴148承载的齿部形成的第一太阳小齿轮152和由第二驱动分齿轴150承载的齿部形成的第二太阳小齿轮154。当行星轮保持框架134被钟表机芯例如沿顺时针方向驱动旋转时，它沿相同的方向驱动行星轮138，行星轮138在沿凸轮144的轮廓142行进时与其凸轮从动指状件140一起自转。与该行星轮138直接啮合的第一驱动分齿轴148因此相对于行星轮保持框架134自转。至于第二驱动分齿轴150，它相对于行星轮保持框架134以与第一驱动分齿轴148相同的速度旋转，但方向相反，因为行星轮138的旋转经由中间轮156传递到第二驱动分齿轴150，中间轮156以可自由旋转的方式装配在第二枢轴158上。

50、为了将柔性指针122从第一位置切换到第二位置，致动机构120在柔性指针122的每个臂126、128上施加角度相同但方向相反的旋转。为此，致动机构120由钟表机芯驱动，钟表机芯向行星轮保持框架134的输入端施加角度θ1的旋转。该角度θ1的旋转由致动机构120转换为柔性指针122的右管件130的角度α(θ1)的旋转和左管件132的角度β(θ1)的旋转。致动机构的输出角度α(θ1)和β(θ1)因此遵守以下关系式：

51、

52、

53、假设柔性指针122是对称的，则柔性指针122的尖端的角位置θ2被定义为两个臂126和128的平分线，即根据下式的角度α(θ1)和β(θ1)的平均值：

54、

55、上述三种致动机构使得柔性指针的尖端能够在完整的回转中描绘出非圆形路径。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种由钟表机芯驱动并旨在致动柔性指针的机构，所述柔性指针的形状和长度在两次紧密相继的回转中变化，使得柔性指针的尖端描绘出两个相互不同的路径。

2、为此，本发明涉及一种柔性指针的致动机构，钟表机芯的轮副对所述致动机构施加第一角度旋转θ1，该柔性指针包括经由柔性臂连接到柔性指针的尖端的第一管件和第二管件，当柔性指针处于不受应力的自由状态时，第一管件和第二管件彼此远离，其中柔性指针具有限定的形状和长度的操作位置是受应力位置，在该受应力位置，第一管件和第二管件围绕输出轴线同轴，第一管件以第一限定预应力角度装配，并且第二管件以与第一管件方向相反的第二限定预应力角度装配，所述致动机构被布置成致动柔性指针，以便通过围绕输出轴线的枢转来改变第二管件相对于第一管件的角度位置，从而柔性指针以期望的方式改变形状和长度，柔性指针的每个柔性臂执行由钟表机芯的轮副施加到致动机构的角度旋转θ1，由钟表机芯的轮副施加的角度旋转θ1被致动机构以附加角度进行调制，以相反的方向施加到柔性指针的两个柔性臂的该附加角度确定了在两次紧密相继的回转中柔性指针的形状和长度的变化，以便柔性指针的尖端描绘出两个相互不同的路径，针对钟表机芯的齿轮系施加至致动机构的输入端的角度2xθ1的旋转来执行形状和长度变化量

3、根据本发明的特定实施例：

4、-凸轮从动指状件感知凸轮的轮廓，该轮廓确定了柔性指针的形状和长度的变化，在凸轮从动指状件沿凸轮轮廓的整个长度行进的同时，柔性指针执行其两次不同的相继回转；

5、-将角度旋转θ1施加至致动机构的钟表机芯的轮副必须执行两次完整的回转，使得凸轮从动指状件沿整个凸轮轮廓行进，并且柔性指针的尖端描绘出对应于两次不同的完整回转的路径；

6、-由于柔性指针的受应力装配所引起的机械张力，凸轮从动指状件被保持抵靠在凸轮轮廓上；

7、-所述致动机构包括至少一个旋转的行星轮保持框架，该行星轮保持框架由钟表机芯的轮副驱动并承载凸轮从动指状件，在钟表机芯的轮副通过对其施加角度旋转θ1来执行两次完整回转的同时，该行星轮保持框架执行一次完整回转；

8、-所述凸轮是固定的；

9、-所述行星轮保持框架承载相对于彼此同轴布置的第一太阳轮副和第二太阳轮副，第一太阳轮副由第一太阳小齿轮和第一太阳轮组成，第二太阳轮副由第二太阳小齿轮和第二太阳轮组成，第一小齿轮与行星轮保持框架承载的行星轮啮合，该行星轮承载凸轮从动指状件，该行星轮与中间轮啮合，该中间轮本身与第二太阳小齿轮啮合，致动机构还包括相对于彼此同轴布置的第一分齿轴(cannon-pinion)和第二分齿轴，柔性指针的第一管件紧固在第一分齿轴上，并且柔性指针的第二管件紧固在第二分齿轴上；

10、-所述第二太阳轮以倍增系数2与以角度旋转的第一分齿轴啮合，并且第一太阳轮以倍增系数2与以角度旋转的第二分齿轴啮合；

11、-所述致动机构包括以的齿轮减速比与第二行星轮保持框架接合的第一行星轮保持框架，第一行星轮保持框架承载同心的第一分齿轴和第二分齿轴，柔性指针的每个柔性臂被压装在其中一个分齿轴上，第一和第二分齿轴彼此在运动学上相关联以使得它们沿相反方向旋转，第二行星轮保持框架承载与第二分齿轴接合的太阳轮副，第二行星轮保持框架还承载与太阳轮副接合的行星轮，该行星轮配备有布置成沿凸轮轮廓行进的凸轮从动指状件，该凸轮从动指状件感知固定凸轮的轮廓，该行星轮在旋转的同时以角度对钟表机芯的轮副施加给太阳轮副的角度旋转θ1进行调制，该太阳轮副又以倍增系数2驱动第二分齿轴以角度旋转，第二分齿轴驱动第一分齿轴以角度旋转；

12、-所述凸轮是可移动的；

13、-所述致动机构包括由钟表机芯的轮驱动的中间减速轮副，该中间减速轮副进而驱动行星轮保持框架使其以角度θ1旋转，该行星轮保持框架承载第一分齿轴和与第一分齿轴同心的第二分齿轴，该行星轮保持框架还承载第一行星轮，该第一行星轮一方面与第一分齿轴啮合，另一方面与第二行星轮啮合，与第二分齿轴啮合的该第二行星轮配备有凸轮从动指状件，该凸轮从动指状件被布置成沿旋转凸轮的轮廓行进，并且被弹性地保持抵靠在该旋转凸轮的轮廓上，该旋转凸轮由钟表机芯以减速比驱动，使得当行星轮保持框架以角度θ1旋转时，旋转凸轮以角度旋转，第二行星轮因此与行星轮保持框架一起围绕输出轴线以角度θ1旋转，同时以一定的旋转角度自转，该旋转角度确定为以角度来调制柔性指针的两个柔性臂的旋转以使得柔性指针以期望的方式改变长度和形状。

14、为了使柔性指针能够通过改变形状和长度来执行两次相继的不同的完整回转，指针的每个臂都必须以角度θ1旋转，该角度θ1对应于钟表机芯的分齿轴将对传统分针施加的角度，该角度θ1由致动机构以角度调制，使得柔性指针以期望的方式改变形状和长度。以相反方向施加到柔性指针的两个臂的该角度确定了柔性指针的形状和长度变化量