CN102419541B - 用于钟表擒纵机构的防脱扣摆轮游丝 - Google Patents
用于钟表擒纵机构的防脱扣摆轮游丝 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了用于钟表擒纵机构的防脱扣摆轮游丝。供不具备止动元件的钟表擒纵机构使用的防脱扣摆轮游丝，用于在两个极端位置之间经过平衡位置振荡。它包括多个生转圈并且进一步包括用于在从平衡位置到至少一个极端位置的旋转振幅达到确定角度Ψ时锁定至少两个相邻生转圈的装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于不具备止动元件的天文钟型钟表擒纵机构的防脱扣摆轮游丝。
背景技术
脱扣现象是本领域技术人员所公知的。主要涉及天文钟擒纵机构，并且在该现象发生时会大大降低装有擒纵机构的钟表的准确度。
天文钟擒纵机构主要被应用于精密钟表中，原因是与瑞士杠杆式擒纵机构相比，天文钟擒纵机构对振荡器等时性的干扰更小。关于这种类型擒纵机构的详细说明，可以参考标题为“Théorie de l'horlogerie”(钟表学理论)的工具书的第6.7.1章节。我们将在此仅介绍天文钟擒纵机构容易脱扣的原理。
在天文钟擒纵机构中，游丝摆轮振荡器在两个极端位置即“高”位和“低”位之间振荡。每一次振荡都包括“上升”振动和“下降”振动，在“上升”振动期间是从低位改变至高位，而在“下降”振动期间是从高位改变至低位。擒纵轮每次振荡都在上升振动中大致处于高位和低位之间中段的“平衡”位置向游丝摆轮振荡器输送一次冲击。在下降振动中，游丝摆轮不会受到任何冲击。应该注意的是与摆轮游丝的收缩或径向伸展相关联的是上升振动还是下降振动并不重要。
每一次振荡的振幅也就是振动器从平衡位置到高位或低位的角位移通常为330°。在有撞击的情况下，游丝摆轮可能会接收造成振幅超过该值并且甚至会超过360°的过量能量，超过360°的极限值游丝摆轮就会受到附加的冲击。因此上升振动可能就会计数两次冲击，而下降振动可能计数一次。通常每次振荡进行一次跳秒的擒纵轮因此在同样的振动期间就会进行两次或者甚至三次跳秒。游丝摆轮自持的这种空转被称为“脱扣”。它会降低机芯的准确度，原因在于由擒纵轮进行的每一次附加的跳秒都会使时间测量值加快与游丝摆轮的振荡频率成反比的一段时间。
现有多种用于避免游丝摆轮脱扣的锁定机构。这些机构的目标是将游丝摆轮的旋转动作锁定在超出约330°的确定角度。1801669号EP专利公开了这些机构中的一种，包括整体地与游丝摆轮一起旋转的小齿轮。所述小齿轮与枢轴安装的扇形齿轮相啮合，扇形齿轮装有两个末端轮辐，如果摆轮被驱动超出预定的旋转角度，那么这两个末端轮辐能够紧靠固定的止动件。该设备在避免振荡器沿两个旋转方向空转方面是有效的。但是，它会在小齿轮和扇形齿轮之间造成齿轮的损失，这会干扰游丝摆轮的等时性。申请号为1645918的EP专利申请公开了另一种机构，包括径向安装在摆轮游丝的最后一圈生转圈（coil）上的臂部，该臂部在游丝摆轮超出一定的角向(angular)和径向伸展时被插入到与摆轮整体成形的指状部分和安装在摆轮夹板上的两个柱体之间。该设备难以实施，主要原因在于其组装所需的极高精确度。
发明内容
本发明提出了现有防脱扣设备的一种简单且稳固的可选方式。它更加具体地涉及一种用于钟表擒纵机构的防脱扣摆轮游丝，用于在两个极端位置之间经过平衡位置振荡，并且包括多个生转圈。根据本发明，它还包括用于在从平衡位置到至少一个末端位置的旋转振幅达到确定角度Ψ时锁定至少两个相邻生转圈的装置。
在一个有利的实施例中，该装置包括与相邻生转圈整体成形的横向部分，在根据本发明的摆轮游丝从所述平衡位置到其至少一个末端位置的旋转振幅达到确定角度Ψ时角向（angularly）移位以彼此紧靠。
由于这些横向部分，摆轮游丝无需使用任何可能会干扰等时性的外部装置即可被旋转制动或锁定。
本发明还涉及一种装有该类型防脱扣摆轮游丝的钟表擒纵机构。
附图说明
本发明的其他特征和优点将根据以下参照附图给出并且作为示范性而非限制性例证的几个用于钟表的防脱扣摆轮游丝的有利实施例提供的说明内容而变得显而易见。在附图中：
－图1和2是根据本发明的防脱扣摆轮游丝的第一实施例分别处于平衡位置和锁定位置的俯视图，
－图3示出了该类型摆轮游丝的第一实施例的一种变形，
－图4示出了根据本发明的防脱扣摆轮游丝的第一实施例处于锁定位置的一种有利变形，
－图5是图4中所示摆轮游丝的细部视图，
－图6和7是根据本发明的防脱扣摆轮游丝的第二和第三实施例的俯视图，被设置为在收缩期间构成锁，
－图8和9示出了根据本发明的防脱扣摆轮游丝相同的第二和第三实施例，此时被设置为在伸展期间构成锁，以及
－图10示出了结合了实施例7和9中特征的根据本发明防脱扣摆轮游丝。
具体实施方式
图1,3,6,7,8,9和10中以通用附图标记1示出的处于平衡位置的防脱扣摆轮游丝通常由簧片10围绕自身卷为螺旋形以具有角向（angular）弹性而构成。簧片10的中心端11用已知的方式被固定至摆轮轴心21上驱动的内桩20，而其外围端12则应该被固定至未示出的摆轮夹板。摆轮游丝1从一端到另一端包括多个生转圈13，通常介于10和15之间，在平衡时生转圈之间的间距为p。
根据本发明，摆轮游丝1进一步包括与连续的生转圈13整体成形的多个横向部分15,15′,15″a,15″b,15″c，并且被角向设置为在摆轮游丝1从平衡位置到其末端位置之一的旋转振幅超过包括在300°到360°之间的确定角度Ψ时彼此紧靠。
在图1至5示出的实施例中，摆轮游丝1被构成为从用于连接至内桩20的第一螺旋部分14a的中心端11开始，然后是通过长度为l的横向部分15彼此连接的间距为p的连续螺旋部分14，并且最后是用于连接至摆轮夹板的最后的螺旋部分14b。优选地，部分15径向延伸，但是在一种变形中，它们可以相对于径向方向略有倾斜。通过设计，螺旋部分14的初始半径等于前述部分14的最终半径加上一个部分15的长度l。连续的横向部分15被角向地设置为在与摆轮游丝1的收缩相关联的振动振幅达到包括在300°到360°之间的确定角度Ψ时彼此紧靠。
为此，摆轮游丝1在其平衡位置的各种参数由以下介绍的几何关系相关联。摆轮游丝1从中心端11到外围端12的生转圈13的圈数被标记为N，第n圈生转圈13的半径被标记为Rn，并且第一圈和最后一圈生转圈13的半径分别被标记为R1和RN。从平衡位置开始相对于径向对齐位置在分别与第n圈和第n+1圈生转圈13相关联的横向部分15之间的角位移被标记为θn，并且第n个螺旋部分14的角域被标记为Φn。
已知摆轮游丝1从其平衡位置到其中一个末端位置的旋转振幅并不是均匀地分布在整个N圈生转圈13上，大半径的生转圈13与小半径的生转圈13相比吸收了更大部分的旋转振幅。可以证明，对于摆轮游丝1的给定旋转振幅，每一圈生转圈13变形的角度与其半径Rn成正比。在与摆轮游丝1的收缩相关联的振幅采用确定值Ψ时，如果在平衡位置分别与第n圈和第n+1圈生转圈相关联的径向部分15之间的角位移θn满足以下关系式，那么分别与第n圈和第n+1圈生转圈相关联的径向部分15就径向对齐：
第n个螺旋部分14的角域Φn是分别与第n圈和第n+1圈生转圈13相关联的径向部分15之间的角位移θn的余角。因此其满足以下关系式：
例如，如果生转圈的圈数等于10，如图1和2中所示，并且角度Ψ为320°，那么就有11个螺旋部分14和12个径向部分15。径向部分之间的角位移θn从中心端11开始的16°变化为外围端12处的41°，而螺旋部分14的角域Φn从344°变化为319°。
最后，为了使两个相邻的部分15在振动振幅达到确定值时彼此紧靠，它们的长度l必须足够。正如本领域技术人员所知，摆轮游丝1的间距p在其收缩时减小，减小的数值取决于振动的振幅和生转圈13的圈数N。因此，如果部分15的长度l满足以下关系式，那么部分15即可彼此接触：
2p>l≥p
如图2中所示，在应用以上的构建规则时，横向部分15在收缩中超出确定的旋转角Ψ时彼此紧靠。生转圈13因此被相对于彼此旋转锁定并且摆轮游丝1就没有更多的或者基本上没有更多的角向弹性。所述摆轮游丝的旋转动作即被强行锁定。由此即可在与摆轮游丝1的收缩相关联的振动中避免脱扣。这种振动优选地是上升振动，原因在于脱扣在这种振动期间出现地更为频繁。
这里要注意的是在有撞击的情况下使摆轮游丝1制动而不是锁定其旋转可能就足够了。在此情况下，摆轮游丝1至少由任意角域的第一螺旋部分14a、角域为
的第二螺旋部分14和任意角域的第三螺旋部分14b构成。这三个螺旋部分14通过两个横向部分15彼此连接，这两个横向部分15在达到确定的角度Ψ时彼此紧靠。在此情况下，只有两个相邻的生转圈相对于彼此被旋转锁定，由此制动而不是锁定摆轮游丝1通常的旋转动作。图3示出了第一实施例的这种变形。作为扩展，摆轮游丝1可以包括两个、三个甚至多达N′个螺旋部分14，并且分别包括三个、四个以及多达N′+1个横向部分15，其中N′是生转圈13的圈数N和角度Ψ的函数。摆轮游丝1的制动随着螺旋部分14以及横向部分15的数量而增加，直到螺旋部分14的数量采用最大值N′时完全锁定平衡游丝为止。
现在参照图4和图5进行说明，其示出了图1和图2中所示摆轮游丝1的一个有利实施例。根据该变形，部分15的径向延伸略微超出它们连接的两个螺旋部分14，并且在其末端包括两个指状部分16和17，朝向所述部分连接的螺旋部分14的外部角向延伸。如图5中详细示出的那样，指状部分16和17在部分15邻接时彼此卡合。这样部分15就相对于彼此被径向锁定，这样一来，在达到确定的振幅时，除了角向的刚性以外，还赋予了摆轮游丝1径向的刚性。即使在有强烈撞击的情况下，也可以确保锁定摆轮游丝1，原因就在于在此情况下径向的弹性不足以补偿角向的刚性。
图6和图7分别示出了根据本发明的摆轮游丝1的第二和第三实施例。
图6和图7中示出的摆轮游丝1与参照图1和图2所述实施例的不同之处在于它是由从中心端11到外围端12的单个螺旋部分14构成，其与横向部分15′以及15″a和15″b整体成形。
根据图6中示出的处于平衡位置的第一种变形，横向部分15′的长度大于或等于p并且小于或等于2p，并且所述部分通过其中点被固定至单个螺旋部分14。所述部分基本上是径向延伸，但是在一种变形中，可以相对于径向方向略有倾斜。在这样的情况下，倾斜角可以被选择为使得即使超过了确定角度Ψ也无法阻止摆轮游丝1返回到平衡位置。如上所述，在平衡位置，分别与第n圈和第n+1圈生转圈13相关联的横向部分15′之间的角位移θn具有的值为
，而将它们分离的角域Φn为
。当根据本发明的摆轮游丝1的旋转在与收缩相关联的振幅期间超过关键值时，部分15′即被径向对齐并彼此紧靠。摆轮游丝1由此即被旋转锁定。
根据图7中示出的处于平衡位置的变形，摆轮游丝1具有通过其一端被固定至单个螺旋部分14的第一横向部分15″a和第二横向部分15″b。第一横向部分15″a指向摆轮游丝1的外部，而第二横向部分15″b指向摆轮游丝1的内部。两者的长度l都大于或等于p/2，并且小于p。
除了第一圈和最后一圈以外的每一圈生转圈13都具有横向部分15″a和横向部分15″b。从中心端11开始的第一圈生转圈13包括朝向外部定向的单个横向部分15″a，而最后一圈则只具有朝向内部定向的一个横向部分15″b。横向部分15″a沿平衡游丝1的半径径向对齐，而横向部分15″b则相对于部分15″a移动角度θn。如前所述，与第n圈生转圈13相关联的部分15″a以及与第n+1圈生转圈13相关联的部分15″b之间的位移θn具有的值为
，而将它们分离的角域Φn等于
。当根据本发明的摆轮游丝1的旋转在与其收缩相关联的振幅期间超过确定值时，部分15″a就紧靠部分15″b。摆轮游丝1由此即被旋转锁定。
如上所述，最少必须有两个横向部分15a和15″a以及15″b用于摆轮游丝1上的制动而非锁定效果。还应该注意的是，在一种有利的变形中，参照图6和图7介绍的摆轮游丝1的部分15a以及15″a和15″b包括角向延伸并且目的是彼此卡合的指状部分16和17以在角向锁定位置赋予摆轮游丝1径向的刚性。已经参照图3和图4介绍了这种效果。
以上介绍了用于在与其收缩相关联的振动期间被锁定的防脱扣摆轮游丝1的实施例。通常，这是正向的振动，原因在于脱扣通常在这种振动期间发生。但是，可能会出现正向振动与摆轮游丝的伸展相关联的情况。在这样的情况下，摆轮游丝需要在伸展而不是收缩时被锁定。图8和图9示出了允许这种效果的如图6和图7中所示的摆轮游丝1的特定结构。
图8中示出的摆轮游丝1与参照图6所述的摆轮游丝1的不同之处在于横向部分15′被设置用于在伸展而非收缩时其旋转振幅超过关键值Ψ时锁定所述游丝。工作原理是相同的，但是构建规则有所不同。具体地，从平衡位置θn开始，分别与第n圈和第n+1圈生转圈13相关联的两个横向部分15′之间的角位移具有的值为，而将它们分离的角域Φn等于
。而且，摆轮游丝1的间距p在其径向伸展时增大的值取决于振动的振幅以及生转圈13的圈数N。因此横向部分15′的长度l必须使得它们在与伸展相关联的振动期间彼此接触。作为例举，给出了以下的关系式：
l≈1.6p
由于这些特征，每一个部分15′在摆轮游丝1伸展中的旋转振幅达到确定值Ψ时都会紧靠相邻的部分15′，并且由此锁定摆轮游丝1的旋转。
类似地，图9中示出的摆轮游丝1与参照图6所述的摆轮游丝1的不同之处在于它包括被设置用于在伸展而非收缩时锁定其旋转的部分15″a和15″c。横向部分15″a沿摆轮游丝1的半径对齐。类似于横向部分15″b，部分15″c指向摆轮游丝1的内部，但是它们的不同之处在于其相对于部分15″a的位置。如前所述，第n圈生转圈13和与第n+1圈生转圈13相关联的横向部分15″c之间的位移θn的值为
，而将它们分离的角域Φn等于
。部分15″a和15″c的长度l通常等于0.8p。当摆轮游丝1伸展中的旋转振幅达到确定值Ψ时，部分15″a就紧靠部分15″c，并且由此将摆轮游丝旋转锁定。
现在参照图10进行说明，图10示出了用于当其旋转振幅达到确定值Ψ时在伸展和收缩中被锁定的摆轮游丝1。所述摆轮游丝1结合了图7中示出的摆轮游丝1和图9中示出的摆轮游丝1的特征。其包括第一部分15″a、第二部分15″b和第三部分15″c，用如上所述方式关于彼此定位。横向部分15″a因此被沿着摆轮游丝1的半径对齐，而横向部分15″b和15″c在部分15″a的任意一侧被移动的角度θn等于
。当摆轮游丝在收缩或伸展中的旋转振幅由此被设置为达到确定值Ψ时，部分15″a就分别紧靠部分15″b或15″c。
根据本发明的摆轮游丝1用具有弹性性质的材料制成。优选地，因为它的非连续结构，可以选择硅以使用本领域技术人员所公知的光刻方法来制造摆轮游丝。在一种变形中，可以选择金属的摆轮游丝，例如镍或镍合金，和/或通过LIGA类型的物理化学沉积方法获得。
Claims (12)
1.一种用于钟表擒纵机构的防脱扣摆轮游丝(1)，用于在两个极端位置之间经过平衡位置振荡，并且包括多个生转圈(13)，进一步包括用于在其从平衡位置到至少一个极端位置的旋转振幅达到确定角度Ψ时锁定至少两个相邻生转圈(13)的装置(15,15′,15″a,15″b,15″c)，其特征在于所述装置包括与两个相邻生转圈(13)整体成形的至少两个横向部分(15,15′,15″a,15″b,15″c)，当摆轮游丝(1)从所述平衡位置到至少一个极端位置的旋转振幅达到确定角度Ψ时在平衡位置中角向移位以彼此紧靠。
2.如权利要求1所述的防脱扣摆轮游丝(1)，其特征在于所述横向部分(15,15′,15″a,15″b,15″c)被沿径向定向。
3.如权利要求1或2所述的防脱扣摆轮游丝(1)，其特征在于其具有间距p并且所述横向部分(15)的长度l被包括在p到2p之间。
4.如权利要求3所述的防脱扣摆轮游丝(1)，其特征在于其进一步包括两个螺旋连接部分(14a,14b)。
5.如权利要求1或2所述的防脱扣摆轮游丝(1)，其特征在于其由与所述横向部分(15,15′,15″a,15″b,15″c)整体成形的单个螺旋部分(14)构成。
6.如权利要求5所述的防脱扣摆轮游丝(1)，其特征在于其具有间距p并且所述横向部分(15′)具有被包括在p到2p之间的长度l，并且通过其中部被固定至生转圈(13)。
7.如权利要求5所述的防脱扣摆轮游丝(1)，其特征在于其具有间距p并且所述横向部分(15,15′,15″a,15″b,15″c)具有被包括在p/2到p之间的长度l，并且通过其末端被固定至所述生转圈(13)。
8.如权利要求7所述的防脱扣摆轮游丝(1)，其特征在于所述横向部分(15,15′,15″a,15″b,15″c)包括指向摆轮游丝(1)外部的第一部分(15″a)以及指向摆轮游丝(1)内部的第二部分(15″b,15″c)。
9.如权利要求1或2所述的防脱扣摆轮游丝(1)，其特征在于其由硅构成。
10.制造如权利要求1至9中的任意一项所述的防脱扣摆轮游丝(1)的方法，其特征在于防脱扣摆轮游丝(1)通过LIGA类型的方法由金属制成。
11.包括振荡元件的钟表擒纵机构，所述振荡元件设有如权利要求1至9中的任意一项所述的摆轮游丝。
12.如权利要求11所述的钟表擒纵机构，其特征在于其是天文钟擒纵机构。
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