機(jī)械鐘表的游絲的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種用于機(jī)械鐘表的游絲，所述游絲包括內(nèi)端部和外端部，單條延伸部從內(nèi)端部延伸到外端部；以及由位于游絲外圈的兩個(gè)或更多個(gè)間隔開的臂部組成的加強(qiáng)部，使得加強(qiáng)部的彎曲強(qiáng)度大于單條延伸部的彎曲強(qiáng)度；其中，在游絲壓縮和拉伸過程中圍繞轉(zhuǎn)軸進(jìn)行振蕩擺動(dòng)時(shí)，游絲加強(qiáng)部的剛度能夠提高圍繞轉(zhuǎn)軸的游絲圈的同軸度。
【專利說明】機(jī)械鐘表的游絲
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種機(jī)械鐘表的游絲。更具體地，本實(shí)用新型涉及一種在使用中提供更佳同軸度的游絲。
【背景技術(shù)】
[0002]游絲是機(jī)械鐘表的關(guān)鍵部件。鐘表振蕩器有兩個(gè)主要部件，其中之一是游絲，另一個(gè)是擺輪。通過振蕩器的簡(jiǎn)諧擺動(dòng)，其提供了時(shí)間調(diào)節(jié)的方式。
[0003]擺輪是作為一種慣性元件，并且與螺旋形游絲的內(nèi)端嚙合。游絲的螺旋幾何形狀通常為阿基米德螺旋線的形狀，并且其具有等螺距。游絲的外端通常固定連接到固定柱(stud)上。
[0004]理想地，游絲為擺輪提供回復(fù)轉(zhuǎn)矩，該回復(fù)轉(zhuǎn)矩與擺輪距離平衡位置的位移成比例，并且可利用運(yùn)動(dòng)方程來描述二階線性系統(tǒng)。振蕩器平衡位置被定義為擺輪處于靜止時(shí)的擺輪角位置，也就是當(dāng)游絲施加到擺輪的凈轉(zhuǎn)矩為零時(shí)的擺輪角位置。這樣產(chǎn)生的振蕩器是等時(shí)的，這就是說振蕩器的固有頻率與其振幅無關(guān)。
[0005]由于振蕩器需要來自擒縱機(jī)構(gòu)的有規(guī)律的轉(zhuǎn)矩輸入以補(bǔ)償摩擦耗散效應(yīng)，因此等時(shí)性是鐘表振蕩器的重要性能。由于存在多個(gè)直接影響振蕩器振幅的因素，因此擒縱機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)矩可能不是恒定的。正因如此，等時(shí)振蕩器(isochronous oscillator)提供了更可靠且穩(wěn)定的時(shí)間調(diào)節(jié)。
[0006]典型地，當(dāng)擺輪圍繞其平衡位置轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，鐘表游絲的螺旋圈要盡可能保持同軸心，原因包括:
[0007](i)如果游絲不同軸，游絲的質(zhì)量中心就不會(huì)靠近轉(zhuǎn)軸。當(dāng)擺輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，質(zhì)量中心可能會(huì)漂移，這樣就產(chǎn)生了要由軸承來補(bǔ)償?shù)膹较蛄?，?dǎo)致過度摩擦；
[0008](ii)如果游絲不同軸，在運(yùn)行過程中游絲還會(huì)具有偏離阿基米德螺旋線的幾何形狀，從而產(chǎn)生不等時(shí)的非線性二階系統(tǒng)。
[0009](ii)在一些情況下，如果游絲不同軸，游絲的螺旋形幾何形狀可能會(huì)顯著變形，這樣相鄰圈之間相互碰撞和損傷，也造成了系統(tǒng)的不等時(shí)。
[0010]在現(xiàn)有技術(shù)中，根據(jù)用于游絲設(shè)計(jì)的Phillips (菲利普斯)和Lossier數(shù)學(xué)模型，通過改變游絲內(nèi)端和外端曲線的幾何形狀，可以提高游絲的同軸度。
[0011]Breguet(Sfl)已經(jīng)將該理論應(yīng)用在Breguet雙層游絲(over-coil)并用于其外端上。雙層游絲使用了改進(jìn)的最外圈，該最外圈為向上且向內(nèi)彎曲的。但是，該方法僅僅能夠保持部分的同軸，并且生產(chǎn)出所要求的最外圈形狀會(huì)增加制造難度和成本。
[0012]為了保持游絲的等時(shí)性，需要將游絲設(shè)計(jì)為對(duì)溫度變化不敏感。決定材料強(qiáng)度的材料的楊氏模量，隨溫度變化很小。
[0013]在游絲中，楊氏模量決定了彈簧常量并且最終決定了振蕩器的固有頻率。游絲楊氏模量隨溫度的任意變化，都將對(duì)振蕩器可靠調(diào)節(jié)時(shí)間的能力產(chǎn)生消極影響。
[0014]通過在制造游絲的過程中使用尼瓦洛克斯合金(Nivarox)，已經(jīng)廣泛解決了現(xiàn)代游絲楊氏模量的溫度敏感度問題。尼瓦洛克斯合金(Nivarox)是一種金屬合金，其楊氏模量就溫度變化的敏感度而言非常小但不等于O。
[0015]在過去的十年中，手表行業(yè)中已經(jīng)出現(xiàn)了微加工技術(shù)并且使用了硅，從而引入了設(shè)計(jì)和制造具有改進(jìn)等時(shí)性的游絲的新方法。這種工藝能夠根據(jù)游絲條寬度變化來制造游絲，從而有選擇地改變游絲沿其整個(gè)弧長(zhǎng)的彎曲強(qiáng)度。
[0016]而且，這種工藝能夠使游絲的楊氏模量有希望達(dá)到對(duì)溫度變化完全不敏感。使游絲楊氏模量關(guān)于溫度變化不敏感的過程定義為溫度補(bǔ)償。
[0017]由于微加工技術(shù)能夠制造出任何高精度的平面元件，因此，實(shí)際上僅僅利用微加工技術(shù)就可以制造出具有變化游絲條寬度的游絲。
[0018]基于理論、數(shù)值模擬或?qū)嶒?yàn)，利用微加工技術(shù)可以提高游絲的同軸度。硅游絲的一個(gè)示例是百達(dá)翡麗(Patek Philippe,手表品牌)Spiromax游絲,其具有外端附近的游絲最外圈中的增加的游絲條寬度部分，這樣的游絲設(shè)置和尺寸可提高游絲同軸度。
[0019]這樣的微加工技術(shù)還可以通過在硅游絲上涂敷二氧化硅薄覆層以達(dá)到溫度補(bǔ)償目的。硅的楊氏模量隨溫度增加而減小，而二氧化硅的楊氏模量隨溫度增加趨于增加。
[0020]因此，通過向硅晶片精確地涂敷恰當(dāng)厚度的二氧化硅覆層，可以形成復(fù)合游絲，其中兩種材料楊氏模量的溫度敏感度大體相互抵消。這可以使得游絲總的楊氏模量在理論上對(duì)溫度變化不敏感。
[0021]現(xiàn)有技術(shù)中通過微加工技術(shù)構(gòu)建的硅游絲的缺點(diǎn)是不能同時(shí)實(shí)現(xiàn)在提高同軸度的設(shè)計(jì)中有較大自由，以及希望進(jìn)行總的溫度補(bǔ)償。
[0022]微加工技術(shù)通常只限定于制造平面元件。盡管理論上其可以生產(chǎn)出Breguet樣式的雙層游絲，即具有多個(gè)重疊層，但這樣的制造能力目前是不可靠的，并且至少制造過程具有顯著的額外復(fù)雜性。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0023]因此，本實(shí)用新型的目的是提供一種游絲，其克服或至少大體改善現(xiàn)有技術(shù)中呈現(xiàn)出的至少一部分缺點(diǎn)。
[0024]第一方面，本發(fā)明提供一種用于機(jī)械表的螺旋形游絲，所述游絲包括:內(nèi)端部和外端部，單條延伸部從所述內(nèi)端部延伸到所述外端部；以及由位于所述游絲的外圈的兩個(gè)或更多個(gè)間隔開的臂部組成的加強(qiáng)部，使得所述加強(qiáng)部的彎曲強(qiáng)度大于所述單條延伸部的彎曲強(qiáng)度；其中，在所述游絲的壓縮和拉伸過程中圍繞轉(zhuǎn)軸進(jìn)行振蕩擺動(dòng)時(shí)，所述游絲加強(qiáng)部的剛度能夠提高圍繞所述轉(zhuǎn)軸的游絲圈的同軸度。
[0025]如上所述的游絲，其中，所述單條延伸部以及所述加強(qiáng)部的所述兩個(gè)或更多個(gè)間隔開的臂部的橫截面都是矩形，并且彼此具有相等的寬度和相等的高度，其中所述單條延伸部以及所述加強(qiáng)部由第一材料形成，并且進(jìn)一步包括由第二材料形成的外覆層。
[0026]如上所述的游絲，其中，所述第一材料具有第一楊氏模量，以及所述第二材料具有第二楊氏模量，所述第一楊氏模量和所述第二楊氏模量具有相反的溫度依存性，并且所述單條延伸部的尺寸、所述加強(qiáng)部的尺寸以及所述外覆層的厚度被設(shè)置為，使得所述游絲的彈性對(duì)溫度變化不敏感。
[0027]在優(yōu)選實(shí)施例中，所述第一材料是硅，所述第二材料是二氧化硅。[0028]如上所述的游絲，其中，所述單條延伸部可以是大體等螺距，以及所述加強(qiáng)部的一個(gè)臂部具有上述螺距，并且其中徑向最內(nèi)側(cè)的臂部也具有上述螺距。
[0029]如上所述的游絲，其中，所述單條延伸部可以是大體等螺距，以及所述加強(qiáng)部的兩個(gè)相鄰臂部沿所述螺距的軌跡大體等距離分布，并且其中所述加強(qiáng)部?jī)蓚€(gè)相鄰臂部之間的距離大體恒定。
[0030]如上所述的游絲，其中，所述游絲具有設(shè)置在兩個(gè)單條延伸部之間的加強(qiáng)部，并且其中所述單條延伸部與所述加強(qiáng)部最內(nèi)側(cè)的臂部具有相等的螺距。
[0031]如上所述的游絲，其中，所述加強(qiáng)部的最外側(cè)的臂部與相鄰的單條延伸部具有相等的螺距，以及所述加強(qiáng)部的最內(nèi)側(cè)的臂部與相鄰的加強(qiáng)部的臂部具有相等的螺距。
[0032]如上所述的游絲，其中，加強(qiáng)部設(shè)置在所述游絲的外端部，并且所述加強(qiáng)部的每個(gè)所述臂部都具有末端。
[0033]如上所述的游絲，其中，所述相鄰的單條延伸部具有大體相等的螺距，以及所述加強(qiáng)部的一個(gè)臂部也具有所述螺距，并且其中所述加強(qiáng)部的最內(nèi)側(cè)臂部也具有所述螺距。
[0034]如上所述的游絲，其中，所述加強(qiáng)部的外臂部大體短于所述加強(qiáng)部的相鄰的內(nèi)臂部?？商鎿Q地，所述加強(qiáng)部外臂部中的一個(gè)大體長(zhǎng)于所述加強(qiáng)部的相鄰的內(nèi)臂部。
[0035]如上所述的游絲，其中，所述加強(qiáng)部包含小于半圈的螺旋形圈。
[0036]如上所述的游絲，其中，所述加強(qiáng)部的相鄰臂部在所述加強(qiáng)部的端部的中間相互連接。
[0037]如上所述的游絲，其中，所述加強(qiáng)部的所述單條延伸部與兩個(gè)或更多個(gè)間隔開的臂部大體共面。
[0038]在本實(shí)用新型中，如果加強(qiáng)部具有合適的大小并且被設(shè)置在適當(dāng)位置，就可以提高游絲的同軸度。
[0039]本實(shí)用新型能夠大體完成對(duì)具有二氧化硅覆層的硅游絲的溫度補(bǔ)償，因?yàn)槎鄺l螺旋部的每個(gè)并行分支與其它螺旋形部分的其它分支保持相等的寬度。
[0040]本實(shí)用新型中，為了達(dá)到溫度補(bǔ)償效果，考慮到方便制造，總的溫度補(bǔ)償所需要的二氧化硅厚度根據(jù)硅游絲條的寬度而定，并且目前的制造技術(shù)僅僅能夠使二氧化硅具有一致的厚度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0041]附圖中描述了本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并且參照以下附圖進(jìn)行以下說明，其中:
[0042]圖1示出了具有兩個(gè)梁的懸臂梁結(jié)構(gòu)，兩個(gè)梁以并行結(jié)構(gòu)連接；
[0043]圖2a示出了具有單個(gè)梁的懸臂梁結(jié)構(gòu)，單個(gè)梁具有一致的橫截面；
[0044]圖2b示出了圖2a中描述的懸臂梁結(jié)構(gòu)的橫截面視圖；
[0045]圖3a示出了具有兩個(gè)梁的懸臂梁結(jié)構(gòu)，兩個(gè)梁的橫截面不同且以串行排列連接。
[0046]圖3b示出了圖2a中描述的懸臂梁結(jié)構(gòu)通過兩個(gè)梁中的第一個(gè)的橫截面視圖；
[0047]圖3c示出了圖2a中描述的懸臂梁結(jié)構(gòu)通過兩個(gè)梁中的第二個(gè)的橫截面視圖；
[0048]圖4a示出了具有串行連接的兩個(gè)梁區(qū)的懸臂梁結(jié)構(gòu)，其中一個(gè)梁區(qū)由并行布置方式連接的兩個(gè)梁組成以及另一梁區(qū)由單個(gè)梁組成；[0049]圖4b示出了圖4a中描述的懸臂梁結(jié)構(gòu)通過任意梁的橫截面視圖；
[0050]圖5示出了根據(jù)本實(shí)用新型的游絲的第一實(shí)施例；
[0051]圖6示出了根據(jù)本實(shí)用新型的游絲的又一實(shí)施例的多條螺旋部布置方式；
[0052]圖7示出了根據(jù)本實(shí)用新型的游絲的另一實(shí)施例的多條螺旋部布置方式；
[0053]圖8示出了根據(jù)本實(shí)用新型的游絲的再一個(gè)實(shí)施例的多條螺旋部布置方式；
[0054]圖9示出了根據(jù)本實(shí)用新型的游絲的再一個(gè)實(shí)施例的多條螺旋部布置方式；以及
[0055]圖10示出了根據(jù)本實(shí)用新型的游絲的可替換實(shí)施例；以及
[0056]圖11示出了根據(jù)本實(shí)用新型的游絲的示例性實(shí)施例。
【具體實(shí)施方式】
[0057]參照附圖對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行說明。
[0058]為了說明本實(shí)用新型特點(diǎn)的表現(xiàn)方式，利用固體力學(xué)理論，特別是利用懸臂梁靜力學(xué)原理，參照?qǐng)Dl_4b,使用提供的歐拉-伯努利梁公式(Euler-Bernoulli beamformula)來進(jìn)行說明。盡管這個(gè)公式及其附帶的理論嚴(yán)格來說是基于直懸臂梁模型，但該公式也可為具有細(xì)長(zhǎng)條的螺旋形游絲提供合理準(zhǔn)確的結(jié)果，因?yàn)榈湫陀谓z回復(fù)轉(zhuǎn)矩的絕大部分來自游絲條的彎曲。
[0059]由于這個(gè)原因，歐拉-伯努利梁公式廣泛用于手表行業(yè)中，以評(píng)估游絲的彎曲強(qiáng)度。
[0060]參照?qǐng)D1，這里示出了懸臂梁結(jié)構(gòu)10，由并行連接的兩個(gè)平行的梁IlAUlB組成。必須強(qiáng)調(diào)的是，貫穿說明書全文利用了術(shù)語“平行”，對(duì)該術(shù)語的理解要延伸到以并行布置方式連接的結(jié)構(gòu)要素，而不需要在嚴(yán)格的幾何定義內(nèi)平行。對(duì)該懸臂梁結(jié)構(gòu)10分析表明了對(duì)該結(jié)構(gòu)彎曲強(qiáng)度的作用，彎曲強(qiáng)度定義為作用力矩與梁的合成撓曲量之比。
[0061]懸臂梁結(jié)構(gòu)10右端具有固定邊界條件15，抵抗位移和轉(zhuǎn)動(dòng)。懸臂梁結(jié)構(gòu)10左端是自由的，但具有固定到兩個(gè)梁IlAUlB的板14，以確保兩個(gè)梁能夠一起彎曲并且相互之間不能夠平移或轉(zhuǎn)動(dòng)。兩個(gè)梁11A、IIB每個(gè)都具有長(zhǎng)度L，寬度b，以及高度h。兩個(gè)梁11A、IlB還被從它們的中心線12A、12B測(cè)量的恒定距離d間隔。懸臂梁結(jié)構(gòu)10還具有中性軸13，在以上情況下中性軸與梁中心線12A、12B等距離。
[0062]當(dāng)與相等長(zhǎng)度并且橫截面與每個(gè)梁IlAUlB —樣的單個(gè)懸臂梁進(jìn)行比較時(shí)，懸臂梁結(jié)構(gòu)10具有較大的彎曲強(qiáng)度，應(yīng)歸于以下兩個(gè)原因:
[0063]⑴懸臂梁結(jié)構(gòu)10比單個(gè)梁具有更大的橫截面積；以及
[0064](ii)懸臂梁結(jié)構(gòu)10的兩個(gè)梁IlAUlB更加遠(yuǎn)離中性軸13設(shè)置，從而增加了該區(qū)域的截面慣性矩并且因此提供了較大的彎曲強(qiáng)度。
[0065]利用如下歐拉-伯努利梁公式，以及由E表示楊氏模量，可以計(jì)算出單個(gè)梁11A、IlB的彎曲強(qiáng)度Ii1。
【權(quán)利要求】
1.一種用于機(jī)械表的螺旋形游絲，其特征在于，所述游絲包括: 內(nèi)端部和外端部，單條延伸部從所述內(nèi)端部延伸到所述外端部；以及 由位于所述游絲的外圈的兩個(gè)或更多個(gè)間隔開的臂部組成的加強(qiáng)部，使得所述加強(qiáng)部的彎曲強(qiáng)度大于所述單條延伸部的彎曲強(qiáng)度； 其中，在所述游絲的壓縮和拉伸過程中圍繞轉(zhuǎn)軸進(jìn)行振蕩擺動(dòng)時(shí)，所述游絲加強(qiáng)部的剛度能夠提高圍繞所述轉(zhuǎn)軸的游絲圈的同軸度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的游絲，其特征在于，所述單條延伸部以及所述加強(qiáng)部的所述兩個(gè)或更多個(gè)間隔開的臂部的橫截面都是矩形，并且彼此具有相等的寬度和相等的高度，其中所述單條延伸部以及所述加強(qiáng)部由第一材料形成，并且進(jìn)一步包括由第二材料形成的外覆層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的游絲，其特征在于，所述第一材料具有第一楊氏模量，以及所述第二材料具有第二楊氏模量，所述第一楊氏模量和所述第二楊氏模量具有相反的溫度依存性，并且所述單條延伸部的尺寸、所述加強(qiáng)部的尺寸以及所述外覆層的厚度被設(shè)置為，使得所述游絲的彈性對(duì)溫度變化不敏感。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的游絲，其特征在于，所述第一材料是硅，所述第二材料是二氧化硅。
5.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的游絲，其特征在于，所述單條延伸部大體等螺距，以及所述加強(qiáng)部的一個(gè)臂部具有上述螺距，并且其中徑向最內(nèi)側(cè)的臂部也具有上述螺距。
6.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的游絲，其特征在于，所述單條延伸部大體等螺距，以及所述加強(qiáng)部的兩個(gè)相鄰臂部沿所述螺距的軌跡大體等距離分布，并且其中所述加強(qiáng)部?jī)蓚€(gè)相鄰臂部之間的距離大體恒定。·
7.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的游絲，其特征在于，所述游絲具有設(shè)置在兩個(gè)單條延伸部之間的加強(qiáng)部，并且其中所述單條延伸部與所述加強(qiáng)部最內(nèi)側(cè)的臂部具有相等的螺距。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的游絲，其特征在于，所述加強(qiáng)部的最外側(cè)的臂部與相鄰的單條延伸部具有相等的螺距，以及所述加強(qiáng)部的最內(nèi)側(cè)的臂部與相鄰的加強(qiáng)部的臂部具有相等的螺距。
9.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的游絲，其特征在于，加強(qiáng)部設(shè)置在所述游絲的外端部，并且所述加強(qiáng)部的每個(gè)所述臂部都具有末端。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的游絲，其特征在于，所述相鄰的單條延伸部具有大體相等的螺距，以及所述加強(qiáng)部的一個(gè)臂部也具有所述螺距，并且其中所述加強(qiáng)部的最內(nèi)側(cè)臂部也具有所述螺距。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的游絲，其特征在于，所述加強(qiáng)部的外臂部大體短于所述加強(qiáng)部的相鄰的內(nèi)臂部。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的游絲，其特征在于，所述加強(qiáng)部外臂部中的一個(gè)大體長(zhǎng)于所述加強(qiáng)部的相鄰的內(nèi)臂部。
13.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的游絲，其特征在于，所述加強(qiáng)部包含小于半圈的螺旋形圈。
14.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的游絲，其特征在于，所述加強(qiáng)部的相鄰臂部在所述加強(qiáng)部的端部的中間相互連接。
15.根據(jù)前述任一項(xiàng)權(quán)利要求的游絲，其特征在于，所述加強(qiáng)部的所述單條延伸部與兩個(gè)或更多個(gè)間隔開的臂部大體共·面。
【文檔編號(hào)】G04B17/06GK203643750SQ201320532626
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2013年7月17日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月17日
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