專(zhuān)利名稱(chēng)：具有優(yōu)化的熱彈性系數(shù)的機(jī)械振蕩器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及例如用于鐘表的機(jī)械振蕩器的技術(shù)領(lǐng)域，所述機(jī)械振蕩器也稱(chēng)為 諧振器或螺旋擺輪。本發(fā)明更具體地涉及這樣一種機(jī)械振蕩器，該機(jī)械振蕩器包括螺旋游絲和擺輪， 并具有適于被減至最小的熱系數(shù)以便限制所述振蕩器的熱漂移，該熱漂移對(duì)鐘表零件的精 度有不利影響。熱系數(shù)或熱彈性系數(shù)應(yīng)當(dāng)理解成在鐘表機(jī)芯的日常運(yùn)行中，溫度每改變 rc (r K)所發(fā)生的秒數(shù)的變化。
背景技術(shù)：
已知例如通過(guò)文獻(xiàn)DE 101 27 733的方法可獲得對(duì)較大的熱應(yīng)力有良好的抵抗 力、且具有良好的形狀穩(wěn)定性的螺旋游絲。這些游絲由取向?yàn)檠刂煌лS的單晶硅制成。 也可使用二氧化硅涂層覆蓋所述游絲。此外，已知文件EP 1 422 436描述了一種減小單個(gè)螺旋游絲的熱漂移，并由此使 得熱系數(shù)為零的方法。此方法利用硅的一個(gè)晶軸相對(duì)于另一個(gè)晶軸的晶體各向異性，以通 過(guò)計(jì)算獲得二氧化硅涂層的厚度，使得螺旋游絲的彈簧常數(shù)的熱系數(shù)能夠被最小化。因此， 所描述的螺旋游絲理想地包括厚度調(diào)節(jié)。一方面，此方法在其實(shí)施過(guò)程中具有復(fù)雜性，另一 方面，根據(jù)此方法生產(chǎn)的螺旋游絲(即，其熱系數(shù)被優(yōu)化成趨向于零的螺旋游絲)不能適用 于不同類(lèi)型的擺輪。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服前述缺陷，并提出一種對(duì)熱變化的靈敏度最小的機(jī)械振蕩
o本發(fā)明的另一目的是提出一種設(shè)計(jì)和制造簡(jiǎn)化的可靠且精確的機(jī)械振蕩器。本發(fā)明的另一目的是提出一種新的機(jī)械振蕩器的設(shè)計(jì)方法，該方法允許使用各種 (材料，形狀及膨脹系數(shù))不同的擺輪，都賦予整個(gè)振蕩器非常小的、甚至等于零的熱系數(shù)。本發(fā)明的預(yù)定目標(biāo)通過(guò)一種特別是用于鐘表的機(jī)械振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)，該機(jī)械振蕩器 包括螺旋游絲，該螺旋游絲具有N圈、中心端、離心端和連接于中心端的旋轉(zhuǎn)內(nèi)樁，該旋轉(zhuǎn) 內(nèi)樁包括用于容納繞軸線(A)旋轉(zhuǎn)的心軸的孔；以及擺輪，該擺輪的旋轉(zhuǎn)軸線與心軸的軸 線(A)重合，離心端用于與“擺輪夾板”型的不動(dòng)的元件/被固定的元件形成一體，所述螺 旋游絲由單晶硅(Si)芯部以及至少一層外周涂層構(gòu)成，該外周涂層基于熱彈性系數(shù)不同 于硅的材料，其中，單晶硅(Si)的切割取向?yàn)檠刂лS{1，1，1}，以便使得機(jī)械振蕩器的整 體的熱系數(shù)最優(yōu)。這樣獲得每小時(shí)的跳動(dòng)次數(shù)幾乎不隨溫度的變化而變化的機(jī)械振蕩器。沿晶軸{1，1，1}切割的單晶硅游絲具有各向同性的彈性模量。因此無(wú)需調(diào)節(jié)(游 絲)圈的厚度以獲得一致的變形，并且，彈簧常數(shù)的第二熱系數(shù)是不存在的，該第二熱系數(shù)與各向異性有關(guān)，例如取向?yàn)檠鼐лS{1，0，0}的情況。此外，沿晶軸{1，1，1}雕刻的游絲的楊氏模量比沿晶軸{1，0，0}雕刻的游絲的平 均模量高。因此，對(duì)于具有相同線圈的螺旋游絲，沿晶軸{1，1，1}雕刻的螺旋游絲能夠更 細(xì)，并因此更輕。這使得能夠降低螺旋游絲的質(zhì)量，并從而減小根據(jù)位置的操作變化。較細(xì)的螺旋游絲隨之又需要較少量的氧化物以產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)熱補(bǔ)償?shù)耐繉?。重要的是，在本文?yīng)當(dāng)注意，根據(jù)本發(fā)明的螺旋游絲和旋轉(zhuǎn)內(nèi)樁能生產(chǎn)成兩個(gè)單 獨(dú)的零件(也能夠使用不同的材料)，且通過(guò)任何固定裝置相互連接，但是也能直接做成一 體的零件(使用相同的材料)，而無(wú)需兩個(gè)零件之間的固定裝置。根據(jù)本發(fā)明所述的示例實(shí)施方式，螺旋游絲被定尺寸和制造成具有允許補(bǔ)償擺輪 的熱系數(shù)的熱系數(shù)值。根據(jù)本發(fā)明的示例實(shí)施方式，螺旋游絲具有長(zhǎng)度(L)、在整個(gè)長(zhǎng)度(L)上相同的矩 形橫截面，該矩形橫截面的高為(h)，寬為(1)。根據(jù)優(yōu)選的示例實(shí)施方式，外周涂層的厚度(e)是相同的，并且包括至少一層熱 系數(shù)與硅相反的涂層。所述涂層例如是二氧化硅(Si02)也能夠使用其它材料。根據(jù)本發(fā)明的振蕩器的示例實(shí)施方式，一種外樁型的固定裝置被以固定的方式安 裝和固定在螺旋游絲的接近所述離心端的位置，以便將螺旋游絲以一體的方式與不動(dòng)的元 件相連。根據(jù)本發(fā)明的振蕩器的示例實(shí)施方式，旋轉(zhuǎn)內(nèi)樁形成與螺旋游絲一體的部分。此 示例實(shí)施方式特別適用于硅彈簧，因?yàn)樵谶@種情況下，所使用的制造技術(shù)允許將彈簧與內(nèi) 樁制造成單獨(dú)一體的零件。本發(fā)明的預(yù)定目標(biāo)也通過(guò)上文所述的機(jī)械振蕩器的設(shè)計(jì)方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其特征在 于，通過(guò)以下步驟優(yōu)化整個(gè)振蕩器的溫度系數(shù)以限制其熱漂移a)使用沿晶軸{1，1，1}雕刻的單晶硅(Si)以獲得螺旋游絲，b)確定與擺輪的形狀和構(gòu)成材料相關(guān)的擺輪的特定的物理參數(shù)，c)根據(jù)特定的物理參數(shù)，確定螺旋游絲的尺寸(L，h，1)以及外周涂層的厚度(e)。根據(jù)示例實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的方法包括通過(guò)計(jì)算以執(zhí)行步驟c)。計(jì)算的具體 步驟將在下文進(jìn)一步說(shuō)明。根據(jù)另一種示例實(shí)施方式，根據(jù)本發(fā)明的方法包括通過(guò)計(jì)算確定螺旋游絲的尺寸 (L，h，1)，并用實(shí)驗(yàn)方法確定外周涂層的厚度(e)，以獲得用于整個(gè)振蕩器的接近于零的熱 系數(shù)。例如，所述方法包括cl)在螺旋游絲上施加一層厚度為(el)的外周涂層，c2)測(cè)量整個(gè)振蕩器的熱系數(shù)，c3)根據(jù)執(zhí)行步驟c2)的測(cè)量結(jié)果，重復(fù)前面的步驟和此步驟，直至獲得接近于零 的熱系數(shù)為止。從而，根據(jù)本發(fā)明的方法能夠通過(guò)有利的方式借助螺旋游絲補(bǔ)償擺輪的熱漂移， 特別是用于(補(bǔ)償)1等品級(jí)(quality 1)的螺旋擺輪的轉(zhuǎn)矩，與小于或等于+/_0. 6s/j/ deg的熱系數(shù)相對(duì)應(yīng)。通過(guò)濕氧氧化工藝實(shí)現(xiàn)取向?yàn)檠鼐лS{1，1，1}的硅上的氧化層的生長(zhǎng)，允許使用于螺旋游絲的熱系數(shù)為正的，并獲得螺旋游絲的彈性轉(zhuǎn)矩隨溫度的變化，補(bǔ)償擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng) 慣量隨溫度的變化。由此，不再需要使螺旋游絲的彈簧常數(shù)的熱系數(shù)趨近于零以使得本發(fā) 明的振蕩器的熱漂移最小。從而必定能夠通過(guò)簡(jiǎn)單的方法針對(duì)給定的擺輪而獲得一種特定 的螺旋游絲，所述擺輪的特征在于(具有)預(yù)定的物理參數(shù)，如質(zhì)量、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量、材料、回轉(zhuǎn) 半徑以及膨脹系數(shù)。


通過(guò)閱讀以下說(shuō)明，并參考以示意性而非限制性的方式給出的附圖，將更詳細(xì)地 顯示出其他特征與優(yōu)點(diǎn)，其中圖1示出根據(jù)本發(fā)明的機(jī)械振蕩器中使用的螺旋游絲的示例實(shí)施方式的立體圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的包括圖1所示的螺旋游絲的機(jī)械振蕩器的示例實(shí)施方式；圖3示出從下方觀察的圖1的機(jī)械振蕩器；且圖4是根據(jù)本發(fā)明的機(jī)械振蕩器中的螺旋游絲的示例實(shí)施方式的局部剖視圖。
具體實(shí)施例方式圖1示出螺旋游絲1的示例實(shí)施方式，其能夠用在根據(jù)本發(fā)明的機(jī)械振蕩器中。螺 旋游絲1具有中心端2和離心端3。中心端2與旋轉(zhuǎn)內(nèi)樁4形成一體，該旋轉(zhuǎn)內(nèi)樁帶有孔， 該孔用于容納繞旋轉(zhuǎn)軸線A(由虛線表示)旋轉(zhuǎn)的心軸。旋轉(zhuǎn)內(nèi)樁4用于安裝在不動(dòng)的支 承件(未示出)上。特別地，旋轉(zhuǎn)內(nèi)樁4與螺旋游絲1能夠制造成一體的零件而無(wú)需單獨(dú) 的固定裝置。但是，也能夠使旋轉(zhuǎn)內(nèi)樁4單獨(dú)地形成，且通過(guò)已知的固定裝置固定在螺旋游 絲1的中心端2上。離心端3用于與被稱(chēng)為“擺輪夾板”的不動(dòng)的元件形成一體，圖中未示 出所述不動(dòng)的元件。為實(shí)現(xiàn)此目的，能夠使用多種固定裝置。圖2和3中示出根據(jù)本發(fā)明的機(jī)械振蕩器，該機(jī)械振蕩器還包括擺輪7，該擺輪7 與旋轉(zhuǎn)內(nèi)樁4可旋轉(zhuǎn)地形成一體，且該擺輪7的旋轉(zhuǎn)軸線與心軸A的軸線重合。擺輪7包 括安裝零件8，該安裝零件8在心軸A上定中心，以及徑向臂9，該徑向臂將所述安裝零件8 連接于邊緣10。圖4示出螺旋游絲1的示例實(shí)施方式。螺旋游絲1包括單晶硅(Si)的芯部la， 該芯部的生長(zhǎng)沿著晶軸{1，1，1}。橫截面為矩形的芯部la涂有厚度為(e)的外周涂層lb。 該外周涂層lb由熱彈性系數(shù)與硅的熱彈性系數(shù)相反的材料制成。作為示例，此材料能夠是 一層二氧化硅(Si02)型的氧化物。螺旋游絲1的長(zhǎng)度為(L)，寬度為(1)，高度為(h)。螺旋游絲的圈數(shù)N根據(jù)每個(gè)機(jī) 械振蕩器所需要的特殊性質(zhì)而確定。此確定方法是自身已知的。為了說(shuō)明應(yīng)將螺旋游絲的熱系數(shù)對(duì)擺輪的熱系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)的必要性，考慮以下輸 入公式⑴ Ah =每小時(shí)跳動(dòng)的次數(shù)
I =擺輪的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量M =游絲的彈性轉(zhuǎn)矩從此公式可知，對(duì)于相同的擺輪，M不變，如果慣量增加，則跳動(dòng)次數(shù)減少。下表向我們示出由膨脹系數(shù)不同的材料制成的兩個(gè)擺輪的熱系數(shù)的差異的影響, 通過(guò)使用輸入公式(I)中的由(II)和(III)表示的以下公式來(lái)計(jì)算結(jié)果公式(II)慣量的計(jì)算 表1 (基于28800次/小時(shí)，半徑5mm)溫度僅對(duì)于擺輪的影響。由于Ah(T)是不變的，因此需要T的函數(shù)M(T)和I (T)的變化有相同的符號(hào)和相 同的值?？蓮墓?I)中獲知M(T)和I(T)的影響。也可以說(shuō)dM/dT= dl/dT公式(III)中描述了轉(zhuǎn)動(dòng)慣量I(T)，其是溫度的函數(shù)。在硅游絲被覆蓋一層相同的氧化物涂層的情況下，從而可通過(guò)以下公式計(jì)算游絲 的彈性轉(zhuǎn)矩M(T)公式(IV)M(T) = Msi*(l+CTEsi)+M。x*(l+CTE。x) M =游絲的彈性轉(zhuǎn)矩Msi =硅的彈性轉(zhuǎn)矩M。x =氧化物的彈性轉(zhuǎn)矩CTEsi =硅的彈性系數(shù)CTE。X =氧化物的彈性系數(shù)公式(V) Esi =硅的彈性模量h =簧片高度1 =簧片厚度L =被拉直的游絲的長(zhǎng)度e =氧化物的厚度公式(VI) E。x =硅的彈性模量h=簧片高度1 =簧片厚度L =被拉直的游絲的長(zhǎng)度e =氧化物的厚度
權(quán)利要求
一種特別是用于鐘表的機(jī)械振蕩器，包括螺旋游絲(1)，該螺旋游絲(1)具有N圈、中心端(2)、離心端(3)和連接于中心端(2)的旋轉(zhuǎn)內(nèi)樁(4)，該旋轉(zhuǎn)內(nèi)樁(4)包括用于容納圍繞軸線(A)旋轉(zhuǎn)的心軸的孔，以及擺輪(7)，該擺輪(7)的旋轉(zhuǎn)軸線與旋轉(zhuǎn)的心軸(A)重合，離心端(3)用于和“擺輪夾板”型的不動(dòng)的元件形成一體，所述螺旋游絲(1)包括單晶硅(Si)芯部(1a)和至少一層外周涂層(1b)，該外周涂層(1b)基于具有不同于硅的熱彈性系數(shù)的材料，其特征在于，單晶硅(Si)的切割取向?yàn)檠刂лS{1，1，1}，以便使得機(jī)械振蕩器的整體的熱系數(shù)最優(yōu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械振蕩器，其特征在于，所述螺旋游絲(1)被定尺寸和制造 成具有允許補(bǔ)償擺輪(7)的熱系數(shù)的熱系數(shù)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的機(jī)械振蕩器，其特征在于，所述螺旋游絲(1)具有長(zhǎng)度 (L)、在整個(gè)長(zhǎng)度(L)上相同的矩形橫截面，該矩形橫截面的高為(h)，寬為(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任何一項(xiàng)所述的機(jī)械振蕩器，其特征在于，所述外周涂層 (lb)的厚度(e)是相同的，并且包括至少一層熱系數(shù)與硅相反的涂層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的機(jī)械振蕩器，其特征在于，所述氧化層是二氧化硅(Si02)的 生長(zhǎng)物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任何一項(xiàng)所述的機(jī)械振蕩器，其特征在于，一種外樁型的固定 裝置被以固定的方式安裝和固定在螺旋游絲的接近所述離心端的位置，以便將后者以一體 的方式連接于所述不動(dòng)的元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任何一項(xiàng)所述的機(jī)械振蕩器，其特征在于，所述旋轉(zhuǎn)內(nèi)樁(4) 形成螺旋游絲(1)的一體的部分。
8.一種根據(jù)權(quán)利要求1至7中任何一項(xiàng)所述的機(jī)械振蕩器的設(shè)計(jì)方法，其特征在于，通 過(guò)以下步驟優(yōu)化整個(gè)振蕩器的溫度系數(shù)以便限制其熱漂移a)使用沿晶軸{1，1，1}雕刻的單晶硅(Si)以獲得螺旋游絲(1)，b)確定與擺輪(7)的形狀和構(gòu)成材料相關(guān)的擺輪(7)的特定的物理參數(shù)，c)根據(jù)特定的物理參數(shù)確定螺旋游絲的尺寸(L，h，1)和外周涂層(lb)的厚度(e)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，還包括通過(guò)計(jì)算執(zhí)行步驟c)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，包括通過(guò)計(jì)算確定螺旋游絲的尺寸(L， h，1)，并用實(shí)驗(yàn)方法確定外周涂層(lb)的厚度(e)，以便獲得整個(gè)振蕩器的接近于零的熱 系數(shù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，包括cl)在螺旋游絲(1)上施加一層厚度為(el)的外周涂層(lb),c2)測(cè)量整個(gè)振蕩器的熱系數(shù)，c3)根據(jù)執(zhí)行步驟c2)的測(cè)量結(jié)果，重復(fù)前面的步驟和此步驟，直至獲得接近于零的熱 系數(shù)為止。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種特別用于鐘表的機(jī)械振蕩器，包括螺旋游絲(1)，該螺旋游絲具有N圈、中心端(2)、離心端(3)、和連接于所述中心端(2)的旋轉(zhuǎn)內(nèi)樁(4)，該旋轉(zhuǎn)內(nèi)樁(4)包括用于容納繞軸線(A)旋轉(zhuǎn)的心軸的孔；以及擺輪(7)，該擺輪(7)的旋轉(zhuǎn)軸線與旋轉(zhuǎn)的心軸(A)重合，離心端(3)用于和“擺輪夾板”型的不動(dòng)的元件形成一體，所述螺旋游絲(1)包括單晶硅(Si)芯部(1a)和至少一層外周涂層(1b)，該外周涂層(1b)基于具有不同于硅的熱彈性系數(shù)的材料，單晶硅(Si)取向?yàn)檠刂лS{1，1，1}，以便使機(jī)械振蕩器的整體的熱系數(shù)達(dá)到最優(yōu)。此外，本發(fā)明還涉及一種所述機(jī)械振蕩器的設(shè)計(jì)方法，包括優(yōu)化整個(gè)振蕩器的溫度系數(shù)以便限制其熱漂移。
文檔編號(hào)G04B17/22GK101878454SQ200780101710
公開(kāi)日2010年11月3日 申請(qǐng)日期2007年11月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年11月28日
發(fā)明者皮埃爾·吉加克, 馬克-安德烈·格拉西 申請(qǐng)人:尤利西斯·雅典鐘表及天文時(shí)計(jì)制造廠(勒洛克勒)股份有限公司