專(zhuān)利名稱(chēng)：用于機(jī)械擺系統(tǒng)的擺輪與游絲和其它件與組件及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于精密鐘表計(jì)時(shí)機(jī)械擺系統(tǒng)的擺輪，或其它精密儀器。雖然本發(fā) 明被考慮特別應(yīng)用于機(jī)械手表的擺系統(tǒng)，但是并不限于此。 以前的手表的擺輪基本上由金屬制造。設(shè)置游絲以擺動(dòng)該擺輪并且以應(yīng)該是同 步的振動(dòng)周期擺動(dòng)該擺輪。 與多數(shù)的陶瓷相比，使用金屬一般具有高的線(xiàn)性膨脹系數(shù)。例如，在包括由 (銅-鈹、銅-鋅、銅-金、鎳或這些成分的組合)金屬制造的擺輪和由鐵-鎳合金、或 鐵-錳-碳或其它鋼的衍生合金制造的游絲的系統(tǒng)中，這已經(jīng)成為規(guī)范。本申請(qǐng)人較早的 申請(qǐng)PCT/GB03/003000中，公開(kāi)了新的游絲材料以使得熱和磁效應(yīng)在此關(guān)系下得到改進(jìn) 和克服，并且因此獲得更高的精密性；該申請(qǐng)遞交于2003年7月10日并且于2004年一 月22日公開(kāi)，且在此作為參考文獻(xiàn)結(jié)合于本申請(qǐng)中。 熱效應(yīng)對(duì)擺輪和游絲的影響是不同的。在所述擺輪和游絲之間的關(guān)系中熱和熱 塑性特性不是以相同的方式進(jìn)行變化的。 以前許多的為產(chǎn)生所述相對(duì)關(guān)系的值為恒定的成功的嘗試(C.E.Guillaume在1912 年發(fā)明的雙金屬補(bǔ)償擺輪和鋼制游絲系統(tǒng)，Hamiltion在1943年發(fā)明的精密鐵鎳基與鋼結(jié) 合的游絲合金及不膨脹鋼橢圓形擺輪)要求使用的材料盡管具有有益的熱特性(所述鐵鎳 合金具有反常的楊氏模量變化)卻對(duì)磁性敏感。而對(duì)磁性敏感的效應(yīng)防礙楊氏模量的穩(wěn) 定性并且導(dǎo)致對(duì)計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確性(等時(shí)性)不好的效果。
擺動(dòng)周期T的表達(dá)式描述如下 T :擺動(dòng)周期，I :所述擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，G :所述游絲的轉(zhuǎn)矩。 所述擺系統(tǒng)受到磁和熱特性的變化。當(dāng)擺輪由金屬制造時(shí)，其隨著溫度的增加
而膨脹。通常由鐵鎳合金制造的所述游絲也隨著溫度的增加而膨脹。 該線(xiàn)性膨脹率以每開(kāi)氏溫度下1/1000毫米的單位進(jìn)行測(cè)量，例如在銅的情況下 表現(xiàn)為如+17X10-6K—工并且被已知作為a系數(shù)。 熱塑性系數(shù)表示材料對(duì)于溫度的升高在彈性上的變化趨勢(shì)。 所述鐵鎳合金具有正的熱塑性系數(shù)，其被描述為反常的，直到4(TC當(dāng)完全被去 磁。但是磁性的累積降低該閾值，其如圖1中所示在低溫下導(dǎo)致E和r的值的分叉，圖 中繪出r(擺輪的旋轉(zhuǎn)半徑)和# (游絲的彈性模量的平方根)隨著溫度的變化。這是導(dǎo) 致在擺動(dòng)器的等時(shí)性產(chǎn)生誤差的原因。
背景技術(shù)：
因此所述擺輪一般僅受到熱變化的影響，其影響它的物理尺寸，所述游絲受到 熱和磁性變化兩者的效應(yīng)，其同時(shí)影響它的物理尺寸，以及它的彈性(楊氏模量)。

發(fā)明內(nèi)容
為了改進(jìn)所述計(jì)時(shí)器的性能，這些不利的影響必須消除或被減少到最低。本發(fā)
明人已經(jīng)提到游絲和特別是鐵鎳游絲的楊氏模量受到溫度和磁性的影響，并且磁性在游
絲上的積累對(duì)計(jì)時(shí)產(chǎn)生有害的影響。本發(fā)明人已經(jīng)注意到這些在游絲上的變化中占到擺
動(dòng)器誤差的主要部分(75% );剩余的誤差大部分是由于熱引起的擺輪的變化。 本發(fā)明的各方面由所附的權(quán)利要求書(shū)來(lái)限定。下面描述支持本發(fā)明的理論上的
討論、優(yōu)選的特性和本發(fā)明的其它方面。 包含在關(guān)系式[1]內(nèi)的變量表達(dá)如下' <formula>formula see original document page 5</formula> 溫度和磁性變化影響T(擺動(dòng)周期)，這是由于游絲和擺輪的膨脹和收縮的影響以 及游絲材料的彈性變化的影響。
所述游絲的轉(zhuǎn)矩是其尺寸及其楊氏模量E的函數(shù)，其尺寸如長(zhǎng)度l，高度h，
厚度e。 所述擺輪的慣性模量是其半徑和其質(zhì)量(其保持恒定)的函數(shù)，并且表達(dá)式如 下<formula>formula see original document page 5</formula> E為楊氏模量系數(shù)，其隨著溫度和磁的影響而變化。 在一種非磁性敏感且熱穩(wěn)定的游絲已經(jīng)被選擇的情況下，如在本發(fā)明人的PCT/ GB03/003000中公開(kāi)的那樣，其具有一個(gè)在操作溫度范圍(0-40°C )內(nèi)線(xiàn)性熱塑性變化，所 述由熱導(dǎo)致的變化依然被消散在所述擺輪的內(nèi)部。 如果對(duì)適合于制造擺輪的材料作出正確的選擇，并且正確地理解其運(yùn)動(dòng)學(xué)性 能，以及其靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的平衡和調(diào)整，并且在其制造過(guò)程中進(jìn)行考慮并且在所述計(jì)時(shí)器 中調(diào)整一次，這是唯一可能的。 在所述公式內(nèi)受到溫度變化的影響現(xiàn)在必須變成常數(shù)關(guān)系的變量可以被簡(jiǎn)化并 且表示為下面的表達(dá)式
r/V^或r2/E [4] r是所述擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)半徑，且E為所述游絲的楊氏模量。 該對(duì)于擺輪轉(zhuǎn)動(dòng)半徑和目前用于機(jī)械擺系統(tǒng)的游絲材料的楊氏模量之間關(guān)系的 表達(dá)式如表達(dá)式[4]。 這些值不是線(xiàn)性關(guān)系，但是該關(guān)系為常數(shù)是必要的(以保持?jǐn)[動(dòng)周期T為等時(shí) 的)。 由于質(zhì)量是隨著溫度的改變不受影響的并且在表達(dá)式[3]中轉(zhuǎn)動(dòng)慣量為Mr2的乘 積，所述必須完成的擺的剩余的補(bǔ)償必須作為r的熱膨脹或收縮的函數(shù)進(jìn)行計(jì)算。
從歷史上看，金屬游絲合金已經(jīng)具有它們的熱塑性模量的非線(xiàn)性的模式(所述楊 氏模量隨著溫度的變化由^/I曲線(xiàn)來(lái)描述)。當(dāng)由金屬制造的擺輪在溫度升高時(shí)它們具有線(xiàn)性增加的值，r和^隨著溫度的變化的重疊曲線(xiàn)被描繪在相同的曲線(xiàn)圖上顯示出有兩 個(gè)交叉點(diǎn)，在所述點(diǎn)處SE的值為Sr值提供一個(gè)解答，或在所述點(diǎn)處^曲線(xiàn)表示值的 彎曲線(xiàn)與直線(xiàn)r的交叉。在兩個(gè)曲線(xiàn)之間在最大分開(kāi)處的差已知作為中間溫度誤差2，如 圖1中的曲線(xiàn)圖所示。 由于目前的磁污染水平，在過(guò)去由磁性敏感材料制造的能夠解決這個(gè)問(wèn)題的所 述擺輪和游絲，已經(jīng)不再適合了。 為了提供關(guān)于r/^關(guān)系的解決方案，首先要求游絲具有線(xiàn)性熱塑性性變化，其 中游絲的特性允許一個(gè)恒定的變化使得該關(guān)系趨向于r/E，并且隨著溫度的升高游絲的軸 向膨脹系數(shù)a為負(fù)。 為了提高由正確選擇的游絲來(lái)制造的，例如本發(fā)明如已經(jīng)設(shè)計(jì)的(及在后面的描 述和權(quán)利要求書(shū)中討論的制造方法)的系統(tǒng)的性能，所述擺輪的材料的選擇必須從對(duì)磁性 不敏感的材料中選擇，最好具有低的a系數(shù)，并且如果具有不同符號(hào)的低的a系數(shù)，相 反于所述游絲材料軸向的a系數(shù)的符號(hào)，其最好應(yīng)該具有線(xiàn)性且低的熱塑性模量，在0 到8(TC下趨勢(shì)小于1X，如曲線(xiàn)圖2中的上部3所示，在該處溫度為X軸且長(zhǎng)度和彈性模 量的名義單位為Y軸；實(shí)線(xiàn)表示r隨著溫度的變化，虛線(xiàn)表示E隨著溫度的變化。更優(yōu) 選的擺輪材料應(yīng)該具有與所述游絲的熱塑性模量符號(hào)相同的a系數(shù)的材料。
所述a系數(shù)和膨脹特性不論是各向同性或各向異性，并且楊氏模量必須全部被 計(jì)算并且仔細(xì)按關(guān)系式[2]來(lái)考慮。如果任何變量被忽略，或以它們隱含在運(yùn)動(dòng)的系統(tǒng)內(nèi) 的方式，在沒(méi)有被參考和理解其它變量及它們的相互關(guān)系下情況下進(jìn)行處理時(shí)，就不會(huì) 得到性能上的改善。
—般地，用于隨著溫度升高rc的計(jì)時(shí)變化(U)的公式為 U = a廣3 a 2/2- S E/2E [5] 因此，當(dāng)通過(guò)小心地選擇適當(dāng)?shù)牟牧隙m當(dāng)?shù)剡x擇擺輪的熱膨脹系數(shù)aj勺值及 游絲的熱膨脹系數(shù)《2的值、及熱塑性性系數(shù)E時(shí)，U可以趨向于零。
對(duì)于選擇的游絲材料的熱塑性性模量在環(huán)境溫度范圍內(nèi)以線(xiàn)性方式變化并且為 最小的情況下，并且在所述游絲要求所述擺輪對(duì)它的部分以剩余方式按正的或負(fù)的方向 上進(jìn)行補(bǔ)償?shù)那闆r下，提出了下面解決方案。 本發(fā)明的第一個(gè)方面提供一種制造用于在鐘表或其它精密儀器中的游絲的方 法，包括將由連續(xù)纖維或陶瓷形成的非磁性游絲材料繞著一個(gè)圓柱模型進(jìn)行纏繞，使用 一個(gè)放松劑(releasing agent)以限制鄰近的纏繞層相互粘接或有利于在它們彼此粘接時(shí)彼 此脫開(kāi)，并且對(duì)纏繞的游絲材料進(jìn)行熱處理。 本發(fā)明的第二個(gè)方面提供一種制造用于鐘表或其它精密儀器中的游絲的方法， 包括將一定長(zhǎng)度的非磁性游絲材料圍繞在一個(gè)接受板、模型或芯棒內(nèi)或上，對(duì)所述游絲 材料進(jìn)行熱處理并且從所述模型、接受板或芯棒上取下，以形成一個(gè)平面阿基米德線(xiàn)的 游絲。 本發(fā)明的第三個(gè)方面提供一種用于在鐘表或其它精密儀器中的機(jī)械擺動(dòng)器中的 擺輪，所述擺輪包括具有兩種不同材料的部件，所述材料具有不同的熱膨脹系數(shù)，對(duì)它 們進(jìn)行布置使得隨著溫度的增加所述擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少。 所述第三方面可以成形為本發(fā)明的第四方面，該第四方面提供一種用于鐘表或其它精密儀器的擺輪，所述擺輪包括具有一或多個(gè)由第一非磁性材料且具有為正的第 一熱膨脹系數(shù)的橫梁的擺輪輪輻；及安裝在所述擺輪輪輻上的輪緣，所述輪緣由具有第 二熱膨脹系數(shù)的第二非磁性材料形成；其中所述第二熱膨脹系數(shù)小于所述第一熱膨脹系 數(shù)，使得隨著溫度的增加導(dǎo)致的所述橫梁的長(zhǎng)度的增加且徑向地向內(nèi)使所述輪輻變形使 得所述擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少。 所述第三方面可以成形為本發(fā)明的第五方面，該第五方面提供一種用于鐘表或 其它精密儀器的擺輪，所述擺輪包括具有一或多個(gè)由第一非磁性敏感材料且具有為正 的第一熱膨脹系數(shù)的橫梁的擺輪輪輻；及多個(gè)凹陷段，其由具有為正的第二熱膨脹系數(shù) 的第二非磁性敏感材料形成；并且其中所述第二熱膨脹系數(shù)大于所述第一熱膨脹系數(shù)， 使得隨著溫度的增加所述凹陷段進(jìn)一步徑向地向內(nèi)延伸導(dǎo)致所述擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少。
本發(fā)明的第六方面提供一種用于鐘表或其它精密儀器的機(jī)械擺系統(tǒng)，所述系統(tǒng) 包括具有平面螺旋或螺線(xiàn)管形式的非磁性游絲及非磁性擺輪；所述游絲由陶瓷材料或包 括連續(xù)纖維的材料形成；所述擺輪由具有熱膨脹系數(shù)小于6X10-6K—^勺材料形成；所述擺 輪還包括多個(gè)非磁性的平衡或時(shí)間調(diào)整附件用于調(diào)整所述擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
本發(fā)明的第七方面提供用于在鐘表或其它精密儀器中的機(jī)械擺動(dòng)器內(nèi)的擺輪組 件，其包括一體的擺軸和擺輪， 一體地由各向同性的具有熱膨脹系數(shù)小于6X10-6K—^勺非 磁性材料形成。 本發(fā)明的第八方面提供用于在鐘表或其它精密儀器中的機(jī)械擺動(dòng)器內(nèi)的組件，
其包括一擺軸及與所述擺軸一體地形成的一個(gè)或多個(gè)橫梁用于支持?jǐn)[輪輪緣，所述橫梁
和擺軸由各向同性的具有熱膨脹系數(shù)小于6X 10-6K—1的非磁性材料形成。 本發(fā)明的第九方面提供一種形成本發(fā)明第八方面的組件的方法，在所述擺輪輪
緣和所述橫梁都處于它們的濕態(tài)下，通過(guò)粘結(jié)或熱處理，將所述擺輪輪緣安裝到所述橫梁上。 本發(fā)明的第十方面提供一種形成用于鐘表或其它精密機(jī)構(gòu)的擺輪組件的方法， 其包括在分離的陶瓷軸和擺輪都處于其濕態(tài)下，使用粘結(jié)或熱處理將所述陶瓷軸和擺輪 安裝在一起以將它們固定在一起；所述擺輪和擺軸為非磁性的并且具有小于6X 10-6K—1的 熱膨脹系數(shù)。 本發(fā)明的更多的方面和優(yōu)選的特征可以在下面的描述和權(quán)利要求書(shū)中找到。


下面將通過(guò)示例的方式并參考附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例和示例進(jìn)行描述，在附圖 中 圖1顯示對(duì)于上述的一個(gè)常規(guī)的金屬擺輪和鐵鎳合金的游絲隨著溫度變化其擺 輪半徑r和游絲彈性模量的平方根^的變化； 圖2顯示對(duì)于本發(fā)明實(shí)施例隨著溫度的變化r和-E的變化； 圖3a為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有不同橫臂和輪緣材料的擺輪的俯視圖； 圖3b為圖3a的擺輪的側(cè)視圖； 圖4a為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的擺輪的俯視圖； 圖4b為圖4a的擺輪的側(cè)視 圖5為根據(jù)本發(fā)明具有安裝在橫梁上的凹陷段的第三實(shí)施例的擺輪的俯視圖； 圖6a為偏心正時(shí)螺釘在一個(gè)質(zhì)量附件內(nèi)的俯視圖； 圖6b為圖6a的附件和偏心正時(shí)螺釘?shù)钠拭鎴D； 圖7a為正時(shí)螺釘?shù)母┮晥D； 圖7b為圖7a的正時(shí)螺釘?shù)膫?cè)視圖； 圖8a為擺輪的環(huán)形部件的俯視和側(cè)視圖； 圖8b顯示擺輪橫梁的俯視和側(cè)視圖； 圖8c為擺軸的俯視和側(cè)視圖； 圖8d顯示擺輪和擺軸組合在一起的俯視和側(cè)視圖； 圖9為擺軸和游絲組合在一起的俯視圖； 圖10顯示包括游絲、擺軸和擺輪的機(jī)械擺系統(tǒng)。 圖lla顯示用圓椎模型制造游絲的第一方法； 圖lib顯示用圓柱模型及間隔層制造游絲的第二方法； 圖12表示切割由圖lib的方法形成的游絲和間隔材料的合成的滾的方向； 圖13表示切割圖12的組件以形成多個(gè)螺旋游絲。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明各個(gè)實(shí)施例涉及機(jī)械擺系統(tǒng)的擺輪，該系統(tǒng)優(yōu)選地由擺輪和游絲組成， 其中擺輪和/或游絲最好是全部都由，或結(jié)合有無(wú)磁性敏感性的并且最好但是不限制地包 括陶瓷材料的低a系數(shù)材料(小于+6X10-6]^)，該陶瓷材料由氮化鋁、鋁硅酸鹽玻璃、 氧化鋁硅硼(alumina silica boria)、碳化硼、氮化硼、硅土、硅、二氧化硅、氮化硅、氧化 鋯(穩(wěn)定化的)、鋁酸鉀云母(potassium alumina muscovite)、氧化鋁(包括紅寶石和藍(lán)寶 石)或鉆石或合成獲得的鉆石或擠壓或等靜壓模制的石墨、或熱固性的、熱塑性的聚合物 或單體、玻璃、碳或玻璃化碳(glassy carbon)組成的組中選擇?；蛘卟牧峡梢詮臒o(wú)磁性敏 感的金屬間化合物的組中選擇。被選擇的材料可以為在熱固性的或熱塑性的聚合物、陶 瓷、玻璃、碳或玻璃化碳的基質(zhì)中的連續(xù)的或分散的纖維或納米顆粒的形式。而且材料 可以是在粘接劑中的粉末或微粉末或微球形的形式，其受到熱壓或反應(yīng)鍵合，或帶鑄材 料(tape casting material),其最好為陶瓷，該粘接劑可以是揮發(fā)性的、水基的或聚合的物 質(zhì)。而且，所述材料可以為復(fù)合材料，其包括連續(xù)石墨碳纖維或不連續(xù)碳纖維、碳納米 纖維或管、在熱固性或熱塑性聚合物、陶瓷、玻璃、碳、或玻璃化碳黑的基質(zhì)中的聚合 體的或陶瓷纖維。 為此，這樣的由熱影響施加到所述擺輪上的偏差應(yīng)該被保持最小值。 在第一個(gè)例子中提出為擺輪選擇的材料應(yīng)該是低a系數(shù)的各向同性陶瓷材料，
例如單相結(jié)晶或混合相結(jié)晶的熔凝石英(fosed quartz)( 二氧化硅96-99% )、剩余的為玻璃
成分，其具有a系數(shù)小于1.0X10-11。這樣確保限制r隨著溫度的變化。 該擺輪最好為環(huán)型或盤(pán)型，但是不限于環(huán)型。其可以帶有或不帶有在周邊上垂
直伸出的淺輪緣的附加的質(zhì)量塊來(lái)形成。最好為圓形的上表面平面和最好為圓形的下表
面平面平行，圖4顯示一個(gè)示例，其中平面盤(pán)形擺輪30具有一個(gè)孔隙35，用于沿著其轉(zhuǎn)
動(dòng)軸接納一個(gè)游絲。或者該擺輪可以與該游絲組合成一體。
本發(fā)明的一個(gè)方面涉及到一個(gè)平的擺輪(plain balance wheel)或一體制造的擺輪 和游絲，其優(yōu)選地由低a系數(shù)的各向同性材料構(gòu)成并且與集成在擺配重中的平衡和計(jì)時(shí) 調(diào)整附件結(jié)合。 該擺輪最好應(yīng)該設(shè)置有在由擺輪30的轉(zhuǎn)動(dòng)軸中心35半徑相同的周邊上固定的 相同的附件5，以相等的周邊距離分開(kāi)，該附件5的數(shù)量不小于兩個(gè)，并且可以高達(dá)盡可 能多的數(shù)量，形成一個(gè)等間隔的連續(xù)的環(huán)使得附件被布置在靠近擺輪輪緣上。每個(gè)附件 5被如此布置和如此地成形以使得隨著溫度的增加，其質(zhì)量從其中心點(diǎn)為相等分布，并且 最好相等地并且在該附件的圓形平面平行于擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)平面。 該附件5由比該擺輪自身密度相同或更高的材料組成，并且考慮對(duì)由MXr表示 的擺輪30轉(zhuǎn)動(dòng)慣量作出決定，以及如在已知的在準(zhǔn)備精密的手表和其它儀器中一樣地考 慮該擺輪的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)的平衡。 如這樣的附件5可以具有金屬或非金屬的非磁性敏感材料，其如同已知的一般 精密計(jì)時(shí)器的技術(shù)一樣地允許為了該擺輪的靜態(tài)平衡的目的通常精確的去掉少量的材 料。 圖3和5顯示擺輪的其它示例，該擺輪可以具有類(lèi)似圖4中的附件，但是可以 (附加地或可替換地)具有它們自己的稍微不同的附件15、 16和5a、 6。以后再對(duì)這些擺 輪進(jìn)行詳細(xì)的討論。 而且通過(guò)減少或增加附件所有的或部分的質(zhì)心的相對(duì)于擺輪30的轉(zhuǎn)動(dòng)中心軸35 的有效半徑，該附件5、 5a具有增加或減少M(fèi)Xr乘積的能力。 這一特征是在調(diào)整一個(gè)自由彈簧擺系統(tǒng)( 一個(gè)不要求控制銷(xiāo)來(lái)控制彈簧長(zhǎng)度及該 擺輪周期的頻率的系統(tǒng))的平衡頻率時(shí)所要求的。 這可以通過(guò)將正時(shí)螺釘6、 7徑向地安裝在該擺的輪緣上來(lái)完成。正時(shí)螺釘6或 正時(shí)重塊和/或螺釘組件或偏心重塊或螺釘7最好組合在一起成為單獨(dú)的附件組件。這些 可以被布置在該軸上任意一個(gè)平行于(如圖4a)或正交于(如圖3a)或都平行和正交于(圖 5)擺軸并且被固定任意一個(gè)靠近該平面擺輪的邊緣，或者在該擺輪的輪緣上，或者在橫 梁和輪緣上的任意結(jié)構(gòu)。具有可轉(zhuǎn)動(dòng)正時(shí)螺釘或調(diào)整件的附件5平行于擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸， 該擺輪具有在它們的可轉(zhuǎn)動(dòng)樞軸上的偏心頭25。調(diào)整件(例如正時(shí)螺釘)6正交于該轉(zhuǎn)動(dòng) 軸為非偏心的。 該附件和正時(shí)螺釘頭如此被形成使得為空氣動(dòng)力剖面以減少阻力系數(shù)。如圖4a所示的擺輪可以補(bǔ)償熱塑性模量的低線(xiàn)性的正的變化(low linear positive
evolution)的影響。 在第二例子中，游絲為具有"正常的"(-E)負(fù)的熱塑性，其是線(xiàn)性的，因而為 了解決溫度誤差，具有一個(gè)減少溫度升高的MXr乘積非常有利。減少游絲彈性的影響會(huì) 由于轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的減少而得到補(bǔ)償，并且T(擺輪的振動(dòng)周期)將保持不受到影響。
這可以?xún)?yōu)選地用兩個(gè)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。第一個(gè)方法為該擺輪使用組合材料，其中充 分加固擺輪臂的單個(gè)或多個(gè)元件由具有+ a熱系數(shù)的非磁性敏感材料制造，其可以從以 前列出的適當(dāng)?shù)牟牧现羞x擇，因此對(duì)于該橫梁或元件8(在該擺輪臂上)隨著溫度的增加將 延長(zhǎng)。它們的長(zhǎng)度將增加從而導(dǎo)致硬度低的擺輪輪緣向內(nèi)變形。如圖3a所示的附圖標(biāo) 記顯示這樣的擺輪的示例。雖然在原理上可以具有更多個(gè)橫梁，但在圖8中僅顯示出一
該擺輪輪緣9以相等的間隔被安裝在所述一個(gè)或多個(gè)橫梁8上并且最好由非磁性 的十分柔軟的材料組成，具有低的線(xiàn)性熱系數(shù)。最好地該低的線(xiàn)性熱系數(shù)是負(fù)的，更好 地比所述一個(gè)或多個(gè)橫梁的正的(+a )線(xiàn)性熱系數(shù)的量級(jí)大，并且可在前面列出的材料中 獲得且包括連續(xù)的碳纖維、聚芳香酰胺纖維和液晶聚酯或聚酯/氨基共聚物。以每次對(duì)于 環(huán)境溫度的增加，該擺輪輪緣9將減少并且是十分柔軟從而容許擺輪輪緣在其安裝到橫 梁8的中間點(diǎn)12處向內(nèi)撓曲。在該示例中，所述附加5a、 15、 16在該中間點(diǎn)，雖然它 們可以在輪緣的其它點(diǎn)上來(lái)完成提供的平衡。 圖5給出一個(gè)示例，其中通過(guò)使用最好具有負(fù)的(+a;)線(xiàn)性熱系數(shù)的一個(gè)或多個(gè) 擺輪橫梁8及具有正的(+a )線(xiàn)性熱系數(shù)且數(shù)量級(jí)更大的擺輪輪緣完成相同的效果，所述 擺輪輪緣由具有45。 -180°的弧形的凹陷擺輪輪緣段10組成。該輪緣的凹陷段10的端 部對(duì)于轉(zhuǎn)動(dòng)中心35半徑相等地被安裝到橫梁8的位置11處。隨著溫度的升高，該輪緣 段10的正的線(xiàn)性膨脹導(dǎo)致這些弧段的中心12向著轉(zhuǎn)動(dòng)中心35移動(dòng)，如圖中箭頭所示。 被固定在反方向的弧形輪緣段10的中心12處的該質(zhì)量附加15、 16因此被帶著朝向該轉(zhuǎn) 動(dòng)中心35。如果該橫梁具有負(fù)的線(xiàn)性熱膨脹系數(shù)，它們將隨著溫度的升高而收縮。各橫 梁也可以都具有小于該凹陷輪緣段的熱系數(shù)的低的正熱系數(shù)(+a)，其會(huì)導(dǎo)致它們膨脹， 但是小于輪緣段，從而如上所述其也會(huì)徑向向內(nèi)移動(dòng)。而且，對(duì)于該凹陷段形成所述輪 緣并不是必要的，這些段可以作為分開(kāi)的嵌入物而被提供。例如，能夠具有一個(gè)圓形輪 緣，其與該橫梁為相同的或不同的材料并且兩個(gè)或更多的分開(kāi)的凹陷段在該輪緣內(nèi)被安 裝到該橫梁上并且具有比橫梁更大的熱膨脹系數(shù)。例如彈性材料凹陷嵌入物安裝在具有 常規(guī)黃銅擺輪該輪緣的內(nèi)部，該彈性材料嵌入物最好地具有附加在其上的非磁性時(shí)間調(diào) 整錘。 作為上兩個(gè)結(jié)構(gòu)(顯示在圖3a和5中的示例)，有效半徑r將減少并且因此MXr 的乘積也將減少。隨著溫度的升高，設(shè)置在具有一個(gè)給定的在溫度xt:下的乘積的該擺 輪的平衡中用于平衡和計(jì)時(shí)的質(zhì)量附件同時(shí)地朝著轉(zhuǎn)動(dòng)中心移動(dòng)，使得所述乘積變成在 X+nt:溫度下的M(r-n)。 對(duì)在所述擺輪輪緣上附件的相對(duì)位置及尺寸和數(shù)量的調(diào)整將考慮到隨著在擺輪 輪緣的所述弧形上或反向弧形上的所有點(diǎn)的半徑的變化率不同而準(zhǔn)確地決定MXr的乘積 的變化，在這些點(diǎn)之間各弧形被安裝到擺輪橫梁上。 在反向彎曲輪緣的情況下，通過(guò)適當(dāng)?shù)倪x擇和結(jié)合材料的選擇，該質(zhì)量M乘以 負(fù)的變化率Sr或正的Sr，對(duì)于一個(gè)給出的溫度升高，消除游絲的熱塑性模量的負(fù)的趨 勢(shì)的影響并解決如圖2的曲線(xiàn)中在下部的線(xiàn)4所示的殘留溫度誤差。其中的虛線(xiàn)顯示E 隨著溫度的變化，實(shí)線(xiàn)為r的變化。 以徑向取向(正交于轉(zhuǎn)動(dòng)軸)的正時(shí)螺釘可以這樣成形以有利于與為了準(zhǔn)確地調(diào) 整所述MXr乘積的特定形狀工具進(jìn)行嚙合或不嚙合。特定的正時(shí)螺釘，如圖7a和7b所 示，包括軸莖26和頭部28。顯示在圖7b側(cè)的與所述軸莖一起以及在圖7a中俯視(使軸 莖被隱藏而看不見(jiàn))的所述頭部28，朝著頂部逐漸形成錐形(遠(yuǎn)離所述軸莖的方向)并且 具有多個(gè)用于與一個(gè)扳手類(lèi)型的轉(zhuǎn)動(dòng)工具進(jìn)行嚙合的花鍵13。優(yōu)選地，該正時(shí)螺釘頭為 圓椎形狀并且可以或可以不將錐形逐漸形成到一個(gè)點(diǎn)上。該技術(shù)也可以應(yīng)用到類(lèi)似的正時(shí)螺釘7上。 該正時(shí)螺釘附件5可以設(shè)置刻度14以準(zhǔn)確地決定該正時(shí)螺釘7的相對(duì)位置。
將由不同材料制造的擺輪輪緣和擺輪橫梁安裝在一起可優(yōu)選地通過(guò)使用附件組 件5而一體地完成，該組件可以用作對(duì)附件的正時(shí)和平衡以及作為要被連接的兩種不同 材料的固定介質(zhì)。圖5顯示一個(gè)示例，其中某些附件5位于位置11，將輪緣段10連接到 橫梁8上，但是其也可以應(yīng)用到圖3中的擺輪上。 該擺輪輪緣可以被模制并且完全與附件質(zhì)量塊5、或用于插入該附件質(zhì)量塊的座 套或底座結(jié)合為一體， 一旦通過(guò)該座套或底座引入徑向正時(shí)螺釘6，附件質(zhì)量塊16被固定。 在圖8a到8d中顯示各個(gè)有關(guān)擺輪組件的結(jié)構(gòu)的示例。 該擺輪8、 9可以與圖8a到8c中的擺輪軸17分開(kāi)?；蛘咴摂[輪可以與該擺輪 軸20 —體地成為一個(gè)整體，該擺輪軸自身可以與如圖8d所示的推動(dòng)銷(xiāo)19整體地制造。 所述整體也可以以它的全部或與擺輪軸17結(jié)合在一起進(jìn)行制造，該擺輪軸17允許具有與 擺輪樞軸尺寸相同但材料不同的用作高性能減小摩擦力的樞軸的芯部18(如圖8c所示)， 其穿過(guò)并被固定在旋轉(zhuǎn)的中心軸上或被一體地并固定到擺輪軸的上和下端，特別地當(dāng)其 與多數(shù)合適的由鋼、鎢、陶瓷、金剛石、特氟隆或合成物制造的減小摩擦力的軸承表面 結(jié)合時(shí)，其由鋼、鎢、陶瓷、合成物、金剛石制造。 優(yōu)選地所述擺由適當(dāng)?shù)暮铣晌锘蛱沾苫蛱沾稍喜牧匣蛱沾蓭цT材料或陶瓷粉 末或微粉末鑄造而成，在它們的濕態(tài)下(在它們?yōu)榭蓮椥宰冃尾⑶覜](méi)有完全硬化的非熔融 狀態(tài)下)考慮到與另外的材料分開(kāi)的擺輪軸的一體化及固定，或者由該擺輪和橫梁及擺輪 軸的集合體20整塊模鑄而制成，或者該擺輪橫梁和軸的集合體的整體模鑄而制成，在其 上安裝了一種材料或不同相或質(zhì)地的相同材料的擺輪輪緣。 平面阿基米德形式或螺線(xiàn)形式的游絲，如本領(lǐng)域已知的，兩者都形成較好地積 分的終端曲線(xiàn)，可以?xún)?yōu)選地由陶瓷或陶瓷合成材料制造。 在相同或不同的材料的情況下，擺輪軸和游絲在被裝配到擺輪之前最好以控制 的方式一體地模鑄和熱解、燒結(jié)或部分地?zé)Y(jié)、碳化或硬化。通過(guò)加熱或電子或X射 線(xiàn)、紫外線(xiàn)或微波或激光數(shù)的進(jìn)一步的熱處理或硬化可以最好發(fā)生在部件組裝或它們的 熱和/或彈性特性調(diào)整的任一個(gè)之中和兩者中。圖9顯示包括一個(gè)整體形成的游絲50和 擺輪軸17的組件的從上面看的平面圖。 其中陶瓷的擺輪軸、游絲和橫梁被制造成為一體，然后該擺輪材料的輪緣通過(guò) 兼容的方式被稍后安裝就位。 在兩種不同陶瓷被使用的情況下，它們最好由"高容量陶瓷"的預(yù)加工而精密 地進(jìn)行模鑄，經(jīng)過(guò)通過(guò)熱解或燒結(jié)或碳化或這些的結(jié)合熱處理，并且被組裝以進(jìn)一步進(jìn) 行熱處理，或者兩個(gè)元件在濕態(tài)下結(jié)合并且最好一起在組裝狀態(tài)下接受完全的或部分的 熱處理。該陶瓷預(yù)加工的精密模鑄最好要求高壓注入和或加壓和或帶有或不帶有加熱的 單軸的等壓或流體靜壓的擠壓，或者被反應(yīng)燒結(jié)。 該擺系統(tǒng)包括最好具有相同的或不同的陶瓷材料的擺輪、擺輪軸和游絲，它們 可以?xún)?yōu)選地在熱處理之前且在揮發(fā)性粘結(jié)劑的常溫下硬化之后進(jìn)行組裝，使得分離的元 件以它們的正確的相對(duì)關(guān)系在選擇的熱處理工藝下進(jìn)行連接。因此通過(guò)適當(dāng)?shù)倪B接方式，在此階段中一個(gè)陶瓷的擺輪軸可以被安裝到陶瓷的游絲或其它材料的游絲上。 圖10顯示具有類(lèi)似于圖4所示的擺輪30以及一個(gè)擺輪軸17和游絲50的機(jī)械擺
系統(tǒng)的示例。 其中所述陶瓷游絲通過(guò)精密的擠壓而分別制造的，優(yōu)選地是十字頭、及擠出機(jī) 噴嘴或沖模，但是不限于此，允許被擠壓的材料具有圓形、正方形、矩形或橢圓形的剖 面，被擠壓的材料應(yīng)該在垂直的方向上允許向下流動(dòng)的材料在接納平板、沖?；蚰Ｐ突?芯棒上，其能夠優(yōu)選地盤(pán)繞出一個(gè)螺旋及終端曲線(xiàn)形式，使得被擠出的材料被布置在接 納平板或模型或芯棒上，并且不得不接受所述的形式。圖lla顯示由一個(gè)噴嘴70擠壓的 游絲材料60到一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)的圓錐芯棒80以形成一個(gè)螺線(xiàn)。 在將該擠壓材料纏繞在錐形的開(kāi)槽或不開(kāi)槽的加熱的芯棒上的情況下，有利的 是在材料的釋放并且形成那樣的如可能被要求的終端曲線(xiàn)之前發(fā)生部分固化或硬化。
在通過(guò)微帶鑄工藝制造陶瓷游絲的情況下，該陶瓷材料優(yōu)選地被布置或纏繞在 一個(gè)固定的或轉(zhuǎn)動(dòng)的芯棒模型或芯棒內(nèi)或上，優(yōu)選地部分固化或熱處理，并且然后進(jìn)一 步按照其最終的要求而成形并且然后完全固化或進(jìn)行熱處理。 在擺輪輪緣或游絲由連續(xù)纖維進(jìn)行制造的情況下，優(yōu)選的制造方法是通過(guò)粗紗 的拉擠成型或預(yù)浸處理(具有矩陣模型的預(yù)浸處理的連續(xù)纖維材料)的拉拽，其優(yōu)選地在 其被芯棒纏繞或被放在或被纏繞在一個(gè)模型上之前當(dāng)其流過(guò)一個(gè)加熱的任一剖面的模型 時(shí)進(jìn)行部分固化。 更好地是，這樣的放松劑是必要的，例如固體材料或蒸汽顆粒形式的PTFE(聚 四氟乙烯)、EEP(聚全氟乙丙稀樹(shù)脂)或ETFE(乙烯-四氟乙烯共聚物)被應(yīng)用到該芯棒 或模型上，以有利于在制造的過(guò)程中釋放或分開(kāi)部件或部件的部分。 在使用或不使用中間層放松劑，通過(guò)纏繞該帶鑄的材料片繞著一個(gè)圓柱形模型 完成對(duì)連續(xù)纖維擺輪輪緣或連續(xù)纖維游絲或陶瓷纖維或純陶瓷輪緣或陶瓷游絲的制造的 情況下，在完全或部分固化或熱處理之后更好地是如此成形的圓柱形狀的滾子包括可根 據(jù)要求通過(guò)將所選擇的連續(xù)的材料繞著所述圓柱芯棒進(jìn)行纏繞而形成的許多連續(xù)的巻 層，其隨后被以一定的間隔在正交于圓柱轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸向上被切割成片，因此產(chǎn)生出輪緣 或游絲。圖lib顯示圓柱芯棒90，在處理開(kāi)始之前一定長(zhǎng)度的游絲材料100和間隔片材 料110已經(jīng)繞著該芯棒被纏繞。雖然在圖lib中具有兩個(gè)間隔材料片110及兩個(gè)游絲材 料片100，但它們也可以?xún)H有一個(gè)或具有三個(gè)或更多個(gè)。 切割的方法優(yōu)選地為利用機(jī)械的、電子的或化學(xué)的裝置，或者通過(guò)任何光譜的 波長(zhǎng)的光束處理裝置，包括冷非二氧化碳激光切割技術(shù)和工藝。 圖12顯示間隔材料和游絲材料片100、 110的具有間隔材料的纏繞組件130，該 間隔材料如虛線(xiàn)所示。該芯棒的轉(zhuǎn)動(dòng)軸和切割方向也被示出。 圖13表示如何切割纏繞組件130能夠給出多個(gè)游絲140。 其中顯示一個(gè)如同普 通機(jī)械切割裝置的鋸150，但是如上所述可以使用其它方法。 被使用的用于分開(kāi)多層巻的連續(xù)層的中間間隔材料優(yōu)選地通過(guò)加熱、機(jī)械、電 子或化學(xué)處理或通過(guò)具有任一光譜波長(zhǎng)的光束處理裝置來(lái)去掉。
權(quán)利要求
一種用在鐘表或其它精密儀器中的機(jī)械擺系統(tǒng)中與一個(gè)熱穩(wěn)定的非磁游絲結(jié)合的非磁性熱補(bǔ)償擺輪，該擺輪包括由兩種具有不同的熱膨脹系數(shù)的不同的材料構(gòu)成的部件，它們被布置為平衡所述擺輪并且使得所述擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量隨著溫度的增加而減少，其中設(shè)置所述轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的減少以對(duì)由于溫度在增加導(dǎo)致游絲的彈性的變化進(jìn)行補(bǔ)償。
2. 如權(quán)利要求1所述的擺輪，其中所述部件包括具有一個(gè)或多個(gè)橫梁的擺輪臂和安裝到所述橫梁或與其一體化的輪緣。
3. 如權(quán)利要求2所述的擺輪，其中所述橫梁為具有第一熱膨脹系數(shù)的第一材料，而所述輪緣包括具有比所述第一熱膨脹系數(shù)大的第二熱膨脹系數(shù)的第二材料的凹陷段。
4. 如權(quán)利要求2所述的擺輪，其中所述擺輪輪緣和橫梁由具有第一熱膨脹系數(shù)的第一材料來(lái)形成，而所述擺輪還包括兩個(gè)在所述輪緣內(nèi)的凹陷段，由具有的熱膨脹系數(shù)大于所述第一熱膨脹系數(shù)的與所述輪緣不同的材料來(lái)形成。
5. 如權(quán)利要求2所述的擺輪，其中所述擺輪輪緣由具有第一熱膨脹系數(shù)的第一材料形成，而由具有比第一材料大的熱膨脹系數(shù)的第二材料形成兩個(gè)或更多的元件被安裝到所述輪緣上并且從該處向內(nèi)延伸。
6. 如權(quán)利要求2所述的擺輪，其中所述橫梁由具有第一熱膨脹系數(shù)的第一材料形成，而所述輪緣由具有比所述第一熱膨脹系數(shù)小的第二熱膨脹系數(shù)的第二材料形成，使得溫度的增加導(dǎo)致的橫梁長(zhǎng)度的增加并且所述輪緣的徑向地向內(nèi)的撓曲導(dǎo)致所述擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少。
7. 如權(quán)利要求6所述的擺輪，其中對(duì)于所述輪緣至少有兩個(gè)形式為非磁性敏感的正時(shí)調(diào)整錘的附件。
8. 如權(quán)利要求6所述的擺輪，其中所述第二熱膨脹系數(shù)是負(fù)的。
9. 如權(quán)利要求6所述的擺輪，其中所述第一熱膨脹系數(shù)小于6X 10-6K—、
10. 如權(quán)利要求6所述的擺輪，其中在所述橫梁上布置一個(gè)或多個(gè)附件，所述附件包括軸莖和在該軸莖上的偏心頭部，所述軸莖可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述擺輪的孔中使得可繞著平行于所述擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸的軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，因此所述擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)所述偏心頭部而進(jìn)行精細(xì)的調(diào)節(jié)。
11. 如權(quán)利要求3所述的擺輪，其中所述第二熱膨脹系數(shù)是正的并且大于所述第一熱膨脹系數(shù)，使得隨著溫度的增加所述凹陷段向內(nèi)徑向進(jìn)一步延伸導(dǎo)致所述擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少。
12. 如權(quán)利要求11所述的擺輪，其中對(duì)于所述凹陷段有多個(gè)非磁性敏感時(shí)間調(diào)整錘的形式的附件。
13. 如權(quán)利要求11所述的擺輪，其中所述第一熱膨脹系數(shù)是負(fù)的，因此隨著溫度的升高所述橫梁的長(zhǎng)度減少而凹陷輪緣段的長(zhǎng)度增加導(dǎo)致所述擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少。
14. 一種擺輪組件，其包括如權(quán)利要求1所述的擺輪和與該擺輪一體地形成的擺軸。
15. 如權(quán)利要求14所述的擺輪組件，其中所述擺輪和擺軸都是由陶瓷材料形成的。
16. 如權(quán)利要求14所述的擺輪組件，其中所述擺軸與一個(gè)或多個(gè)橫梁一體地形成，而所述橫梁被布置以支持所述擺輪的輪緣。
17. —種形成擺輪組件的方法，所述擺輪組件包括如權(quán)利要求1所述的擺輪和與該擺輪一體地形成的擺軸，所述擺輪和擺軸由陶瓷材料形成，該方法包括當(dāng)擺軸和擺輪處于它們的濕態(tài)下將所述陶瓷軸和擺輪安裝在一起；和 通過(guò)連接或熱處理步驟將它們固定在一起。
18. 如權(quán)利要求17所述的形成擺輪組件的方法，包括通過(guò)連結(jié)或熱處理，當(dāng)擺輪輪緣 和橫梁都處于濕態(tài)下將所述擺輪的輪緣安裝到與所述擺軸一體形成的一個(gè)或多個(gè)所述橫 梁上。
19. 一種用在鐘表機(jī)構(gòu)或其它精密儀器中的機(jī)械擺系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括平面螺旋的或螺 線(xiàn)管形式的非磁性游絲和非磁性擺輪；該游絲由陶瓷材料或包括連續(xù)纖維的材料形成； 所述擺輪由具有熱膨脹系數(shù)小于6X10-6K—1的材料形成；所述擺輪還包括多個(gè)非磁性平衡 或時(shí)間調(diào)整附件用于調(diào)整所述擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。
20. 如權(quán)利要求19所述的機(jī)械擺系統(tǒng)，其中布置所述附件以平衡所述擺輪。
21. 如權(quán)利要求19所述的機(jī)械擺系統(tǒng)，其中一個(gè)或更多所述附件為調(diào)整元件，包括軸 莖及在所述軸莖上的偏心頭，所述軸莖被可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝在所述擺輪上的孔內(nèi)使得其相對(duì) 與所述擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)軸平行的軸轉(zhuǎn)動(dòng)，因此所述擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量可以通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)所述偏心頭 進(jìn)行精細(xì)的調(diào)整。
22. 如權(quán)利要求19所述的機(jī)械擺系統(tǒng)，具有如權(quán)利要求14所述的擺輪組件。
23. —種制造使用在鐘表或其它精密儀器中游絲的方法，其包括如下步驟布置非磁 性游絲材料的長(zhǎng)度段圍繞在接納板、模型或芯棒內(nèi)或上，對(duì)該游絲材料進(jìn)行熱處理并且 從所述模型、接納板或芯棒上取下以形成平面阿基米德游絲。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述模型、接納板或芯棒具有用于接納所述游絲 材料的槽。
25. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述模型、接納板或芯棒被加熱。
26. 如權(quán)利要求22所述的方法，其中所述游絲材料為陶瓷或合成陶瓷。
全文摘要
本申請(qǐng)公開(kāi)一種制造游絲(100)的方法，其由連續(xù)纖維或陶瓷形成，通過(guò)將這些材料纏繞在一個(gè)圓柱形模型(90)上，中間插入放松劑(110)。同樣公開(kāi)一種制造游絲的方法，優(yōu)選地為陶瓷材料(60)，通過(guò)將其敷設(shè)在可轉(zhuǎn)動(dòng)模型(70)軸或盤(pán)上并隨后進(jìn)行熱處理。也公開(kāi)了一種擺輪，由于具有不同熱膨脹系數(shù)的部件(8、9、10)的特定的布置，隨著溫度的升高，其轉(zhuǎn)動(dòng)慣量減少。還公開(kāi)了一種機(jī)械擺系統(tǒng)，包括非磁性陶瓷或連續(xù)纖維的游絲(50)及由具有熱膨脹系數(shù)小于6×10-6K-1的材料形成的非磁性擺輪，該擺輪還具有多個(gè)非磁性的平衡或時(shí)間調(diào)整的附件(5)。
文檔編號(hào)F16F1/366GK101692162SQ20091020773
公開(kāi)日2010年4月7日 申請(qǐng)日期2004年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月20日
發(fā)明者吉迪恩·萊文斯頓 申請(qǐng)人:吉迪恩·萊文斯頓