專利名稱：：用于鐘表的機械振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及用于鐘表的機械振蕩器，更具體地涉及具有高度等時性的腕表的機械振蕩器。
背景技術(shù)：
：已針對腕表提出不同的機械振蕩器?？偟貋碚f，這些振蕩器被設(shè)計成產(chǎn)生限定振蕩器固有頻率的振蕩的游絲一平衡輪形式。這種固有頻率將時間分成多個嚴(yán)格相同的單元以使腕表的棘輪裝置調(diào)節(jié)其齒輪系的速度。由此，腕表的精確度取決于其游絲一平衡輪的頻率穩(wěn)定性。例如溫度、磁場變化和平衡輪振蕩幅度變化的若干參數(shù)影響游絲一平衡輪的頻率穩(wěn)定性。溫度變化會造成平衡輪和游絲的熱膨脹，這本質(zhì)上引起平衡輪的慣性力矩變化以及游絲的復(fù)位力矩變化。磁場本質(zhì)上作用于游絲并能夠干擾甚至抵消其對平衡輪的作用。平衡輪的振蕩幅度變化關(guān)聯(lián)于平衡輪的重量和慣性并能引發(fā)游絲一平衡輪的等時性缺陷。因此，所有這些參數(shù)都能夠改變游絲一平衡輪的固有頻率。為了補償溫度變化，選擇用于制造最經(jīng)常使用的機械振蕩器中的平衡輪和游絲的材料以使平衡輪的慣性力矩變化和游絲復(fù)位力矩變化彼此補償。作為推薦方案，必須尤其注意鈹銅合金平衡輪配合使用例如殷鋼(invar)和埃殷鋼(elirwar)的特別設(shè)計的合金制造而成的游絲，殷鋼和埃殷鋼是具有非常低的膨脹系數(shù)的鎳鐵合金。然而，這類游絲一平衡輪仍然對磁場敏感。因此，仍要繼續(xù)尋找能夠用來制造游絲的新合金，例如SilinvarTM的研發(fā)所顯現(xiàn)的。這些合金的自補償結(jié)果首先是兩種相反作用的結(jié)果，尤其是溫度作用和和金屬彈性模量的磁致伸縮的作用。為了補償磁場效應(yīng)，除了使用針對該目的專門設(shè)計的新合金以外，還提出用例如石英的非磁性材料制造游絲，同時如上所述地用鈹銅制造平衡輪。然而，這類游絲一平衡輪對溫度變化敏感。為了補償平衡輪的振蕩幅度的變化以使其等時性缺陷減至最小，必須將某些因素考慮在內(nèi)，包括膨脹的不均勻性和游絲的收縮、游絲彈性響應(yīng)于溫度和磁場變化的變化、游絲的安裝點、離心力和重力、平衡輪的配平、摩擦和幾何形狀。最小化等時性缺陷是優(yōu)化機械表的精確性的關(guān)鍵。這在于制造允許其產(chǎn)生獨立于其振幅的相等振蕩的具有高度等時性的游絲一平衡輪。因此，經(jīng)常使用盡可能輕并具有盡可能大的慣性的平衡輪。W02004/008529Al示出了被設(shè)計成糾正上述問題的游絲一平衡輪的一個例子。該游絲一平衡輪設(shè)有平衡輪，平衡輪包括熱膨脹系數(shù)為正且小于+lX10—6K—'的非磁性陶瓷。該游絲由質(zhì)料交纏或相對于纖維軸向平行的連續(xù)碳纖維組合物制成。這些纖維被埋入熱固、熱塑或陶瓷聚合物基質(zhì)。這種組合物的熱膨脹系數(shù)為負(fù)且大于-lX10—6匯1。更具體地，選擇用于制造平衡輪和游絲的材料以使它們的熱膨脹系數(shù)值相同、非常低且具有相反的符號。由此，該游絲一平衡輪作為游絲的自補償效果的結(jié)果實現(xiàn)振蕩器的高水平的精確性和更穩(wěn)定的功能。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是至少明顯地減少游絲的自補償效應(yīng)。因此，本發(fā)明提出一種游絲一平衡輪，它在很寬的溫度范圍內(nèi)耐溫度變化以避免熱膨脹和平衡輪的慣性力矩的變化。更一般地，本發(fā)明的目的是提出一種就其對溫度和振幅以及磁場變化的靈敏度而言具有提高了的頻率穩(wěn)定性的游絲一平衡輪。本發(fā)明的目的是通過由具有獨立權(quán)利要求的特征的平衡輪和游絲構(gòu)成的機械振蕩器實現(xiàn)的。較佳實施例的變例是從屬權(quán)利要求的主題。更具體地，該目的是通過根據(jù)本發(fā)明的機械振蕩器實現(xiàn)的，其特征在于，平衡輪和游絲由相同材料制成。平衡輪和游絲由相同材料制成能夠避免游絲相對于平衡輪的補償效應(yīng)，它因此具有幾乎恒定的慣性。因此，平衡輪和游絲之間的自補償變得可忽略。根據(jù)本發(fā)明的游絲一平衡輪的實施例細(xì)節(jié)將從下文中對實施例的詳細(xì)說明中變得明顯，所述實施例以示例方式給出并由附圖示出，在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的機械振蕩器的放大俯視圖；圖2是圖1中的機械振蕩器的放大的橫截面圖；圖3是示出兩種不同機械振蕩器的日差率變化的圖。具體實施例方式在下面對附圖的詳細(xì)說明中，相同部件由相同附圖標(biāo)記表示。通常，為了簡潔以避免重復(fù)，僅對這些部件和它們的功能描述一遍。圖1和圖2通過示例示出由平衡輪10和游絲12構(gòu)成的游絲平衡型機械振蕩器。平衡輪10由心軸14、剛性安裝在心軸14上的幅板16以及第一類型配重18和第二類型配重19、夾頭20和輥子22構(gòu)成。游絲12由與用來制造平衡輪10的幅板16相同或不同的材料制成。根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，游絲12由與平衡輪IO相同的材料制成。更具體地，游絲12和平衡輪10的幅板16由相同材料制成。平衡輪10和/或其幅板16以及游絲12由相同材料制成能夠避免游絲12相對于平衡輪10的補償效應(yīng)，它由此具有幾乎恒定的慣性。因此，平衡輪10和游絲12之間的自補償幾乎是可忽略的。被選擇用來制造平衡輪10和/或其幅板16以及游絲12的材料較佳地為非磁性的并具有至多20至2X10—i卯m/"C的熱膨脹系數(shù)的優(yōu)勢。這一熱膨脹系數(shù)較佳為5X10—6ppm〃C，更佳地為至多2X10-6ppm/°C。材料的視在密度較佳地在2.0-5.Og/cr^的范圍內(nèi)，較佳地為2.5-4.5g/cm3，更佳地為3—4.0g/cm3。根據(jù)本發(fā)明的較佳實施例，這種材料是金剛石或合成金剛石，更一般地為基于金剛石的材料。然而，也可如下文中更詳細(xì)描述的那樣使用其它材料，例如石英、硅、碳、鈦或陶瓷。如圖1所示，平衡輪10的心軸14具有被稱為AA軸的對稱軸線，這也是其旋轉(zhuǎn)軸線。心軸14傳統(tǒng)地由硬化鋼制成并包含承座14a、設(shè)置在承座14a任一側(cè)上并旨在分別容納夾頭20、幅板16和輥子22的圓柱部14b、14c和14d。其端部形成旨在配合入形成在未示出的鐘表機架內(nèi)的支承中的樞軸14e和14f。幅板16包括中央孔16a和界定出八個臂16b的八個徑向定位的開口。臂16b的外端彼此連接在一起以形成輪緣16c。將后者在臂16b的延伸部處刺穿以形成平行于軸線AA定位并在其中固定配重18、19的孔16d。輪緣16c的底部可由與幅板16不同的材料制成。在此情況中，如果幅板16由例如金剛石制成，則可將金剛石涂層涂敷于輪緣16c以使輪緣16c獲得與幅板16相同的物理特性。更具體地，根據(jù)本發(fā)明的一個較佳實施例，平衡輪10和/或游絲12被涂敷以納米微粒材料，這種材料較佳為非磁性的并具有至多20至2X10—pm/T:的熱膨脹系數(shù)的優(yōu)勢。該熱膨脹系數(shù)較佳為5X10—6ppm〃C，更佳地為至多2X10—6ppm/°C。所述材料的視在密度較佳在2.0-5.0g/c^的范圍內(nèi)，較佳地為2.5-4.5g/cm3，更佳地為3—4.0g/cm3。較佳地，平衡輪10和游絲12具有納米金剛石涂層。該涂層也可較佳地施加于本領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員公知的游絲平衡輪，例如包括由鈹銅合金制成的平衡輪，該平衡輪連接于使用例如殷鋼的特別設(shè)計的合金制造而成的游絲。如可從圖2中更具體看出的那樣，幅板16靠在承座14a上并通過圓柱部14c定位。它通過設(shè)置在孔16a周緣所制成的外殼中的粘合點24而固定于心軸14。夾頭20壓在心軸14的圓柱部14d上，靠向幅板16。它將通過粘合劑而附連的游絲12保持住。幅板16由例如金剛石、剛玉、石英或硅的具有低密度和低熱膨脹系數(shù)的材料片形成，并具有幾十分之一毫米數(shù)量級的厚度。更具體地，該厚度較佳地在0.05mm至0.3ram的范圍內(nèi)，并典型地具有0.2mm的值。如上所述，游絲12由與用來制造平衡輪10和/或其幅板16相同或不相同的材料制成。因此，用來制造游絲12的材料也能從上面以示例方式列出的材料中選取，即金剛石、石英、硅或剛玉。這些材料的彈性和長度隨溫度的變化非常小。配重18各自由形狀為具有在圖1中表示為軸線BB的對稱軸線的圓柱形的釘18a形成，并形成自例如金或鉑的密度大于15g/cm3的重型材料，配重18設(shè)有由相同材料制成的頭部18b、本體18c以及環(huán)18d。每個配重18的本體18c配合入孔16d，而頭部18b靠在幅板16上。相關(guān)的環(huán)18d通過擠壓、膠合或釬焊固定在幅板16的另一側(cè)。配重18具有相對于每個釘18a的軸線BB的對稱結(jié)構(gòu)。如此，當(dāng)溫度改變時，釘相對于軸線BB沿徑向膨脹或收縮，但其重心不移動。結(jié)果，在第一近似值中，該膨脹不會改變平衡輪的慣性。配重19具有相對于其所配合進入的孔16d的軸線偏移的重心。如此，可通過轉(zhuǎn)動配重而改變慣性力矩并由此校正振蕩器的頻率。為了實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)動，配重19包括設(shè)有軸向槽1%的圓柱部19a，允許摩擦固定。如上所述，用來制造根據(jù)本發(fā)明的機械振蕩器的平衡輪IO和游絲12的材料可以具有很小的溫度敏感性。此外，這種材料能夠符合由瑞士制表業(yè)的記時計標(biāo)準(zhǔn)建立的容限，其示出于下面給出的表l中。<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>滿足表1所示標(biāo)準(zhǔn)因此能夠用于本發(fā)明的材料的非限制性示例是金剛石、鈦、陶瓷和石英，如上面更詳細(xì)闡述的那樣。這些材料具有下列物理特征。視在密度-金岡U石3.515g/cm3-5等級鈦4.42g/cm3-陶瓷AI203:3.9g/cm3-石英2.6g/cm3熱膨脹系數(shù)-金岡U石HO-6PPm/C0-5等級鈦9.10-sPPm/C0-陶瓷A工2。3:8.1CT6ppm/C。-石英0.5,10-6ppm/C0通過專門選擇用來制造平衡輪10和/或其幅板16以及游絲12的非磁性材料，可獲得低熱膨脹系數(shù)和最佳的質(zhì)一徑比。更具體地，由于圖1和2中包含平衡輪IO和游絲12的機械振蕩器由相對于溫度非常穩(wěn)定的材料制成，其頻率非常穩(wěn)定并隨溫度的變化非常小。頻率穩(wěn)定性因為配重18相對平衡輪10的軸線具有固定的重心而增加。這允許根據(jù)本發(fā)明較佳實施例獲得機械振蕩器的高度等時性，如圖3所示。圖3以示例方式示出兩種不同的機械振蕩器的日差率變化的曲線圖。這些日差率變化在軸41上以秒([S])表示，這取決于所測試的相應(yīng)機械振蕩器所處的不同溫度。這些溫度在軸31上以攝氏度([。C])表示。第一曲線30示出包含標(biāo)準(zhǔn)機械振蕩器的時鐘的日差率變化。如圖3所示，當(dāng)在+8和+38'C之間的溫度范圍內(nèi)測試時鐘時，日差率變化在如點32所指的快6秒和點34所指的慢4秒之間。第二曲線40示出當(dāng)時鐘制造有根據(jù)本發(fā)明較佳實施例的機械振蕩器時該時鐘的日差率變化。如圖3所示，本例中在+8禾n+38"C之間的溫度范圍內(nèi)測試時鐘時，日差率變化在如點42所指那樣根本不會走快以及如點44所指那樣慢大約1.3秒之間。然而必須指出，除了根據(jù)本發(fā)明的機械振蕩器的相對于溫度的頻率穩(wěn)定性，還有通過選擇所使用的材料獲得的其它優(yōu)勢。例如，由于由平衡輪10和游絲12構(gòu)成的材料是非磁性的，因此磁場不會與它們相互作用。只有在以上所述的使用由硬化鋼制成的心軸14的結(jié)構(gòu)中，磁場能與該心軸14相互作用，然而這種相互作用的影響在實踐中為零。最后，由于制成幅板16的材料的比重低，盡管制成配重18、19的材料的比重高，平衡輪10的總質(zhì)量對于給定慣性力矩是低的。其結(jié)果是等時性缺陷被進一步減小。金或鉑制的配重18、19允許配重10被制造成具有尤為良好的慣性力矩/質(zhì)量比。也可能使用較低成本的材料，例如黃銅或殷鋼。在后一情形下，可進一步減少配重18、19的膨脹?？偟貋碚f，鐘表的平衡輪必須被配平。這可通過去除或添加材料來完成的。該操作尤為有利地通過作用于配重18而實現(xiàn)，所述配重相對于其軸線BB具有對稱結(jié)構(gòu)。此外，至少一部分所述配重18較佳地在其配合在幅板16中的部分中具有帶軸線BB的圓柱形。為了防止其對稱性受到影響，或者以機械方式或者通過在其上施加激光器而去除材料，以確保沿整個表面均勻地或相對于軸線BB對稱地去除材料。也可通過在一個或其它配重18上噴濺以添加材料，這仍然是確保相對于軸線BB保持對稱。因此，本發(fā)明也要求保護通過從平衡輪10去除材料或在平衡輪10上添加材料以進行配平方法，其特征在于，相對于圓柱的軸線對稱地在至少一個所述配重上去除材料或通過相對于其圓柱軸線對稱地將材料添加至至少一個配重18而獲得平衡。最后，用來制造配重18的材料較佳地具有大于10的比重。它尤其可由金或鉑制成，而平衡輪10和游絲12由金剛石制成。這樣，慣性力矩和比重之間的比是尤為適合的。必須指出，根據(jù)制成幅板16的材料，也可添加材料于此或從中去除材料，更具體地是在輪緣16c上。盡管上文示出了具體實施例，然而若干變化可發(fā)生在根據(jù)本發(fā)明的機械振蕩器而不會改變其功能。因此，所有這些變化也都是可設(shè)想和構(gòu)思的。權(quán)利要求1.包含平衡輪(10)和游絲(12)的鐘表用機械振蕩器，其中所述平衡輪(10)和所述游絲(12)由相同的第一材料制成。2.如權(quán)利要求1所述的機械振蕩器，其特征在于，所述平衡輪(10)包括幅板(16)、保持所述幅板(16)的心軸(14)以及安裝在所述幅板(16)上的配重(18、19)，且所述心軸(14)和所述配重(18、19)由至少一種另外的第二材料制成。3.如權(quán)利要求2所述的機械振蕩器，其特征在于，所述心軸(14)由硬化鋼制成且所述配重(18)的至少一部分由密度大于15g/cri^的重型材料制成。4.如前面任何一項權(quán)利要求所述的機械振蕩器，其特征在于，所述第一材料具有最大值為2X10-6ppm/C。的低熱膨脹系數(shù)。5.如前面任何一項權(quán)利要求所述的機械振蕩器，其特征在于，所述第一材料是非磁性的。6.如前面任何一項權(quán)利要求所述的機械振蕩器，其特征在于，所述第一材料的視在密度在2.0—5.0g/cm3的范圍內(nèi)。7.如前面任何一項權(quán)利要求所述的機械振蕩器，其特征在于，所述第一材料是金剛石、石英或陶瓷類。8.如權(quán)利要求7所述的機械振蕩器，其特征在于，所述第一材料是基于金剛石的。9.如前面任何一項權(quán)利要求所述的機械振蕩器，其特征在于，所述鐘表是腕表。10.如前面任何一項權(quán)利要求所述的機械振蕩器，其特征在于，所述平衡輪(10)包括厚度在0.05mm—0.3mm范圍內(nèi)的幅板(16)。11.包含平衡輪(10)和游絲(12)的鐘表用機械振蕩器，其中所述平衡輪(10)包括由第一材料制成的幅板(16);保持所述幅板(16)并旨在確保平衡輪繞旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的心軸(14);安裝在所述幅板(16)上的配重(18、19)，所述配重相對于所述旋轉(zhuǎn)軸線對稱設(shè)置，所述游絲(12)由第二材料制成，且所述第一和第二材料是從金剛石和石英中選取的。12.如權(quán)利要求11所述的機械振蕩器，其特征在于，所述第一和第二材料是相同的。13.如權(quán)利要求11或12所述的機械振蕩器，其特征在于，所述配重(18)的至少一部分在其配合在所述幅板(16)中的部分中具有相對于對稱軸線的圓柱形，所述配重(18)具有相對于所述對稱軸線的對稱結(jié)構(gòu)。14.如權(quán)利要求11_13中任何一項所述的機械振蕩器，其特征在于，所述配重(18)由具有比重大于IO的第三材料制成。15.如權(quán)利要求14所述的機械振蕩器，其特征在于，所述第三材料是密度大于15g/cn^的重型材料。16.如權(quán)利要求11_15中任何一項所述的機械振蕩器，其特征在于，所述第一材料是金剛石。17.如權(quán)利要求11_16中任何一項所述的機械振蕩器，其特征在于，所述幅板(16)具有0.05mm—0.3mm范圍內(nèi)厚度。18.通過從如權(quán)利要求13所述的機械振蕩器的平衡輪(10)上去除材料的配平方法，其中，相對于所述配重(18)的對稱軸線對稱地將所述材料從至少一個所述對稱配重(18)上去除。19.通過將材料添加至如權(quán)利要求13所述的機械振蕩器的平衡輪(10)的配平方法，其中，相對于所述配重(18)的軸線對稱地將材料添加至至少一個所述對稱的配重(18)。全文摘要用于時鐘的機械振蕩器包括平衡輪(10)和游絲(12)。平衡輪(10)和游絲(12)由相同材料制成。這種材料是非磁性的并具有非常低的熱膨脹系數(shù)。文檔編號G04B17/00GK101589347SQ200780047050公開日2009年11月25日申請日期2007年12月20日優(yōu)先權(quán)日2006年12月21日發(fā)明者F·歐瑞伊,J·吉拉拉丁,S·弗賽伊申請人:康普利計時股份有限公司