CN101930208B - 热补偿游丝及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热补偿游丝及其制造方法。本发明涉及一种制造用于钟表的游丝的方法(1)，所述方法包括如下步骤：a)使用彼此紧固在一起的第一金属材料和第二金属材料形成(11)体部；b)减小(15)所述体部的截面；c)卷绕(21)所述体部以形成所述游丝。本发明还涉及通过所述方法获得的游丝。本发明涉及钟表调节件领域。

Description

热补偿游丝及其制造方法

技术领域

本发明涉及用于摆轮的游丝，并且更具体地涉及热弹性系数近似为零并且对磁场几乎不敏感的这种游丝。物体的热弹性系数(CTE)表示所述物体的杨氏模量随温度的相对变化。

背景技术

寻求机械钟表机芯的最低可能的变差(variation of rate)是公知的。但是，这非常难以实现，这尤其因为摆轮组件对温度和磁场的变化很敏感。

欧洲专利No.1039352公开了一种由特殊合金制成的合金游丝，该合金的外表面具有氧化物涂层。此文献公开了一种热补偿游丝，即，游丝的热弹性系数——也称为杨氏模量热系数——保持近似接近于零，并且该游丝对磁场的敏感度非常低。但是，所述游丝非常难实施，这导致了非常高的废品率和成本价格。

发明内容

本发明的目的是，通过提出一种实施简化的用于摆轮的热补偿游丝来克服以上列举的全部或部分缺点。

本发明因而涉及一种用于摆轮的热补偿游丝，所述热补偿游丝包含包括第一金属材料的部段，其特征在于，所述部段的至少一个表面具有包括第二金属材料的外层，所述第二金属材料的热弹性系数沿与所述第一金属材料的热弹性系数相反的方向变化。

有利地，根据本发明，所述游丝非常简单，因此可以使用常规材料，这避免了复杂的制造步骤。

根据本发明的其它有利特征：

-所述部段的至少两个平行表面、或者至少两个相邻表面、或者所有表面包括所述外层，

-全部或部分游丝长度上具有所述外层，

-所述金属材料中的至少一种是顺磁性的，

-第二材料是不锈钢，

-第一材料是FeMn合金或不胀钢/因瓦(invar)类型的FeNi36合金，

-所述部段具有多个不同的外层。

本发明还涉及一种包括至少一个根据前述变型之一的游丝的钟表。

最后，本发明涉及一种制造用于钟表的游丝的方法，所述方法包括如下步骤：

a)使用彼此紧固在一起的第一金属材料和第二金属材料形成体部，其中，第一金属材料和第二金属材料的热弹性系数沿相反的方向变化，

b)减小所述体部的截面，

c)卷绕所述体部，以形成所述游丝。

因此，很明显，游丝可使用允许非常低的废品率的掌控良好的机械步骤利用材料非常简单地获得。

根据本发明的其它有利的特征：

-在步骤b)和步骤c)之间，所述方法包括步骤d)：使所述体部的截面变为多边形截面；

-在步骤c)之后，所述方法包括步骤e)：提高所述游丝的外圈，以形成宝玑游丝；

-所述方法包括步骤f)：在游丝已经形成后，从体部去除物质，以调节游丝的热弹性系数；

-所述方法包括最终步骤g)：在游丝已经形成后，进行热处理，以调节游丝的热弹性系数和形状；

-根据第一个实施例，步骤a)包括阶段h)：形成由第一金属材料制成的棒件，阶段i)：形成由第二金属材料制成的管件，阶段j)：将棒件安装在管件内，以及阶段k)：将棒件紧固在管件内；

-在步骤j)期间，为了便于步骤j)的执行，所述方法包括冷却棒件和/或加热管件以增加这两个元件之间的空间的步骤；

-通过一种替代方式，步骤a)包括如下阶段：形成由第一金属材料制成的部件，将第二金属材料通过外模制(overmould)、电镀、冷和/或热变形、粘合和/或焊接紧固到所述部件；

-步骤b)通过热变形和/或冷变形实现；

-所述体部的外截面在步骤a)结束时在5mm和100mm之间，在步骤c)结束时在10μm和1mm之间；

-所述材料中的至少一种是顺磁性的。

提出的另一个用于摆轮的游丝的制造方法包括如下步骤：

a’)使用第一金属材料形成游丝形状的体部；

b’)将第二金属材料通过外模制和/或电镀紧固到所述体部，第一材料和第二材料的热弹性系数沿相反的方向变化。

因此，很明显，使用第一材料可获得具有非常高精度水平的游丝形状，然后使用掌控良好的外模制和/或电镀第二材料的步骤可以非常低的废品率获得非常高品质的热补偿游丝。

根据本发明的其它有利的特征：

-步骤a’)通过拉丝-层压-卷绕-热处理定型工艺或者通过深度反应离子蚀刻由所述第一金属材料制成的板或者通过LIGA类型的电成型工艺实现；

-步骤b’)通过铸造、电铸(galvanoplasty)或者物理或化学的气相沉积实现；

-所述方法包括步骤f)：在游丝已经形成后，从所述体部去除物质，以调节游丝的热弹性系数；

-所述方法包括最终步骤g)：在游丝已经形成后，进行热处理，以调节游丝的热弹性系数和形状；

-所述材料中的至少一种是顺磁性的。

附图说明

唯一一幅图示出根据本发明的制造游丝的方法的流程图，通过参照该图以非限制性示例给出的如下描述，本发明的其它特征和优点将显而易见。

具体实施方式

本发明涉及一种用于摆轮类型的钟表调节件的热补偿游丝。根据本发明的游丝使用可采用常规的金属成型方法制造的材料。并且，所使用的材料是常用的，因而不昂贵。

根据本发明，使游丝的热弹性系数近似为零——即，杨氏模量随温度的相对变化近似为零。为实现此目的，使用两种交叠的金属材料，所述两种交叠的金属材料的各自的热弹性系数沿相反的方向变化，从而它们相互补偿。因此，很明显，如果其中一种材料具有正的热弹性系数，则第二种材料需具有负的热弹性系数。

具有正的热弹性系数的材料覆盖另一种材料或是相反情况并不重要。重要的仅是交叠层或涂层的厚度，所述交叠层或涂层的厚度必须与被覆盖的厚度以及与摆轮的类型相适应，以对摆轮调节件进行全面的补偿。

材料的交叠层或涂层可以是部分的或全部的。因此，第一材料的体部的部段的至少两个平行或相邻表面可设置有第二材料。同样地，交叠层或涂层可覆盖第一材料的体部的全部或部分长度。也很明显地，各表面还可包括特殊的材料，即，可包含不只一种第二材料。最后，所述材料中的至少一种可为顺磁性的，以使游丝对磁场几乎不敏感。

优选地，游丝使用以下的材料对：不锈钢-FeMn合金或者不锈钢-不胀钢类型的FeNi36合金。哪种材料覆盖于哪种材料之上不是十分重要。但是，如果两种材料中的一种是铁磁性的，则芯部优选使用所述铁磁性的材料。因此，对于以上的示例，芯部优选使用FeMn合金(反铁磁性的)或FeNi36(铁磁性的)，并且外层为(不锈)钢(反铁磁性的)。还需注意，此结构还使所述游丝不产生任何氧化。

为了计算芯部(材料1)及与其相关的外层(材料2)的各自的厚度，需要根据如下的关系式计算与摆轮相适应的期望的修正热弹性系数CTE′和期望的修正转矩C′，其中，膨胀系数被认为是相同的：

${\mathrm{CTE}}^{\′}=\frac{A\·E_1\·{\mathrm{CTE}}_1+B\·E_2\·{\mathrm{CTE}}_2}{A\·E_1+B\·E_2}---\left(1\right)$

$C^{\′}=\frac{(A\·E_1+B\·E_2)\·(h+2d)\·{(e+2d)}^3}{12L}---\left(2\right)$

其中：

$A=\frac{h\·e^3}{{(e+2d)}^3\·(h+2d)}---\left(3\right)$

$B=\frac{h\·[{(e+2d)}^3-e^3]+2d\·{(e+2d)}^3}{{(e+2d)}^3\·(h+2d)}---\left(4\right)$

并且：

-E_x是材料x的杨氏模量；

-CTE_x是材料x的热弹性系数；

-e是芯部的厚度；

-h是芯部的高度；

-d是外层的厚度。

当然，本发明不局限于不锈钢-FeMn合金对或者不锈钢-FeNi36合金对。因此可想象其它材料对。作为示例，外层可包含不锈钢和/或铬和/或镍和/或铁。同样地，作为示例，游丝芯部可包含铌、NbZr合金、CrMn合金、FeMn合金、FeNi36合金或AuPd合金。

现将参照图1对制造上述游丝的方法1进行说明。方法1优选包括三个主要步骤，分别为：使用彼此紧固在一起的第一金属材料和第二金属材料形成体部的步骤11、减小体部的截面的步骤15以及卷绕所述体部以形成所述游丝的步骤21。

形成步骤11大体上包括用于多个实施例的阶段3、5、7和13。根据第一个实施例，体部由棒件和管件形成。在方法1的第一阶段3中，形成由第一材料制成的棒件。在方法1的第二阶段5中，形成由第二材料制成的管件，所述第二阶段5可与阶段3同时、先于阶段3或在阶段3之后进行。之后，在第三阶段7中，将棒件安装在管件内。优选地，棒件的外表面与管件的孔之间的截面差尽可能小，以限制棒件和管件之间的任何相对运动。

因此，为了便于阶段7的执行，在阶段7之前优选提供可选的阶段9。阶段9在于对棒件和/或管件进行热处理以确保最大可能的空间，即，棒件和管件之间的截面差。因此，很显然，可想象通过加热使管件膨胀和/或通过冷却使棒件收缩。在阶段7之后，步骤11继续用于将棒件紧固在管件内的第四阶段13。因此，很显然，此第一实施例涉及覆盖由第一材料制成的芯部的整个部段。

还可想象仅覆盖部分表面。因此，在另一个实施例中，仍然进行阶段3和阶段5以形成第一材料和第二材料。在第三阶段和第四阶段7、13中，将两种材料放在一起，然后使之紧固在一起。以非限制性的方式，在该另一个实施例中，阶段13可包括冷变形和/或热变形以及粘合和/或焊接。

当然，其它包括更多或更少阶段3、5、7、9和13的形成步骤11也是可以的。因此，根据一替代实施例，阶段3用于由第一材料形成体部，然后在第二阶段5中，外模制或电镀第二材料。因此，很明显，阶段5、7和13可例如通过铸造、电铸或者物理或化学的气相沉积同时进行。

第二步骤15用于将所述游丝的截面减小到期望的截面。作为示例，体部的最大截面可因此从在步骤11结束时的5mm到100mm的尺寸变化到在10μm和1mm之间的最终尺寸。

优选地，还可以想象以不同的顺序进行步骤11、15和21。实际上，还可以根据步骤11、15和21在第一阶段仅形成第一材料，然后如上面的替代实施例，在阶段5中形成第二材料，在所述阶段5中在第一材料上外模制和/或电镀第二材料。

以示例的方式，赋予第一材料游丝的形状，这可因此通过拉丝-层压-卷绕-热定型处理或者通过深度反应离子蚀刻第一金属材料板或者通过LIGA类型的电成型工艺(在光敏树脂模具内电镀生长)获得。然后，如上面的替代实施例，可通过铸造、电铸或者物理或化学的气相沉积覆盖第一金属材料。

优选地，对于本发明的第一个实施例，阶段13和步骤15在单个塑性变形处理中进行。因此，所产生的变形有利地能够使棒件和管件彼此紧固在一起，并且能够使截面减小到将来的游丝的截面。优选地，所述变形过程是冷变形和/或热变形，可以具有中间的退火阶段以允许材料变形到非常小的尺寸。

因此，对于所有的实施例，步骤15可包括冷变形，所述冷变形可包括拉丝和/或拉拔和/或锻造和/或层压和/或压花。同样地，作为示例，还可想象包括热变形，所述热变形可包括拉拔和/或锻造和/或层压和/或压花。

优选地，在步骤15之后，方法1还可包括用于赋予游丝截面其最终形状的附加步骤17。因此，在步骤17中，使体部的截面变为多边形截面，例如矩形截面。此步骤17优选通过层压进行，以获得非常有利的尺寸公差。

方法1继续步骤21，在所述步骤21中，卷绕体部以形成游丝——例如，近似以螺旋形状卷绕。根据本发明，方法1可以步骤21结束。但是，其它改变是可能的。

因此，可在步骤21之后提供第三可选步骤23，以提高在步骤21中形成的游丝的外圈。此步骤23可因此形成宝玑类型的末圈。根据本发明，方法1也可以可选的步骤23结束。

但是，在步骤21或步骤23之后，方法1还可继续步骤31和/或步骤33。因此，如图1中的双线所示，在步骤21或步骤23之后，方法1可包括用于进行热处理以调节游丝的热弹性系数和形状的步骤33。根据本发明，方法1也可以步骤33结束。

虽然如此，如图1中的单线所示，步骤33可被步骤31替换或位于步骤31之后。步骤31用于在游丝已经形成以后——即，在步骤21或步骤23之后——从体部去除物质，以调节游丝的热弹性系数。步骤31可例如包括机械加工阶段和/或化学蚀刻阶段。根据本发明，很明显，步骤31也可作为方法1的结尾和/或用于决定在下一处理中待去除的多余的厚度。

当然，本发明不局限于示出的示例，而是能具有对于本领域技术人员来说显而易见的各种改变和更改。因此，可想象其它热变形步骤和/或冷变形步骤。

Claims (31)

1.一种用于摆轮的热补偿游丝，所述热补偿游丝包括具有第一金属材料的部段，其特征在于，所述部段的至少一个表面具有包括第二金属材料的外层，所述第二金属材料的热弹性系数沿与所述第一金属材料的热弹性系数相反的方向变化。

2.如权利要求1所述的游丝，其特征在于，所述部段的至少两个平行的表面包括所述外层。

3.如权利要求1所述的游丝，其特征在于，所述部段的至少两个相邻的表面包括所述外层。

4.如权利要求1所述的游丝，其特征在于，所述外层覆盖所述部段的每个表面。

5.如权利要求1所述的游丝，其特征在于，所述游丝的全部长度上具有所述外层。

6.如权利要求1所述的游丝，其特征在于，所述游丝的一部分长度上具有所述外层。

7.如权利要求1所述的游丝，其特征在于，所述第二金属材料是不锈钢。

8.如权利要求1所述的游丝，其特征在于，所述第一金属材料是FeMn合金。

9.如权利要求1所述的游丝，其特征在于，所述第一金属材料是不胀钢类型的FeNi36合金。

10.如权利要求1所述的游丝，其特征在于，所述金属材料中的至少一种是顺磁性的。

11.如权利要求1所述的游丝，其特征在于，所述部段具有多个不同的外层。

12.一种钟表，其特征在于，所述钟表包括至少一个根据前述权利要求中的任一项的游丝。

13.一种制造用于摆轮的游丝的方法(1)，该方法包括如下步骤：

a)使用彼此紧固在一起的第一金属材料和第二金属材料形成(11)体部，所述第一金属材料和第二金属材料具有沿相反的方向变化的热弹性系数；

b)减小(15)所述体部的截面；

c)卷绕(21)所述体部，以形成所述游丝。

14.如权利要求13所述的方法(1)，其特征在于，在步骤b)和步骤c)之间，所述方法包括如下步骤：

d)使所述体部的截面变为(17)多边形截面。

15.如权利要求13所述的方法(1)，其特征在于，在步骤c)之后，所述方法包括如下步骤：

e)提高(23)所述游丝的外圈，以形成宝玑游丝。

16.如权利要求13所述的方法(1)，其特征在于，步骤a)包括如下阶段：

h)由第一金属材料形成(3)棒件；

i)由第二金属材料形成(5)管件；

j)将所述棒件安装(7)在所述管件内；

k)将所述棒件紧固(13)到所述管件上。

17.如权利要求16所述的方法(1)，其特征在于，在步骤j)期间，为了便于步骤j)的执行，所述方法包括冷却所述棒件和/或加热所述管件以增加所述棒件和管件之间的空间的阶段(9)。

18.如权利要求13所述的方法(1)，其特征在于，步骤a)包括如下阶段：

l)由第一金属材料形成(3)一部件；

m)通过外模制和/或电镀将第二金属材料紧固(5，7，13)到所述部件。

19.如权利要求13所述的方法(1)，其特征在于，步骤a)包括如下阶段：

n)由第一金属材料形成(3)一部件；

o)通过冷变形和/或热变形将第二金属材料紧固(5，7，13)到所述部件。

20.如权利要求13所述的方法(1)，其特征在于，步骤a)包括如下阶段：

p)由第一金属材料形成(3)一部件；

q)通过粘合和/或焊接将第二金属部件紧固(5，7，13)到所述部件。

21.如权利要求13所述的方法(1)，其特征在于，通过冷变形工艺和/或热变形工艺(11)实现步骤b)。

22.如权利要求13所述的方法(1)，其特征在于，在步骤a)结束时，所述体部的最大截面尺寸在5mm和100mm之间。

23.如权利要求13所述的方法(1)，其特征在于，在步骤c)结束时，所述体部的最大截面尺寸在10μm和1mm之间。

24.一种制造用于摆轮的游丝的方法(1)，该方法包括如下步骤：

a’)使用第一金属材料形成(11，15，21)游丝形状的体部；

b’)通过外模制和/或电镀将第二金属材料紧固(5，7，13)到所述体部，所述第一金属材料和第二金属材料具有沿相反的方向变化的热弹性系数。

25.如权利要求24所述的方法(1)，其特征在于，步骤a’)通过拉丝-层压-卷绕-热定型处理实现。

26.如权利要求24所述的方法(1)，其特征在于，步骤a’)通过对由所述第一金属材料制成的板进行深度反应离子蚀刻实现。

27.如权利要求24所述的方法(1)，其特征在于，步骤a’)通过LIGA类型的电成型工艺实现。

28.如权利要求24所述的方法(1)，其特征在于，步骤b’)通过铸造、电铸或者物理或化学的气相沉积实现。

29.如权利要求13所述的方法(1)，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

f)在所述游丝已经形成(21，23)后，从所述体部去除(31)物质，以调节所述游丝的热弹性系数。

30.如权利要求13所述的方法(1)，其特征在于，所述方法包括如下最终步骤：

g)在所述游丝已经形成(21，23)后，进行(33)热处理，以调节所述游丝的热弹性系数和形状。

31.如权利要求13所述的方法(1)，其特征在于，所述材料中的至少一种是顺磁性的。

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