CN102520605B - 用于平衡轮/游丝谐振器的游丝 - Google Patents

用于平衡轮/游丝谐振器的游丝 Download PDF

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Abstract

用于平衡轮/游丝谐振器的游丝，包括n个片，其中n≥2，所述片围绕所述中心轴缠绕，每一个所述片具有内端部和外端部，其中，外端部比内端部更远离所述中心轴，其中，所述片的内端部以与所述内端部围绕所述中心轴的角度偏置相应的方式被固定到所述中心轴，其中，所述片是共面的，其中，所述片以一定的角度偏置被螺旋缠绕，从而当每个片的所述端的一个绕着所述中心轴相对于它的另一端有角度地移动时中和有可能施加在所述中心轴上的侧向力，其中，所述片的外端部以与所述外端部围绕所述中心轴的角度偏置相应的方式被固定到共同环。

Description

用于平衡轮/游丝谐振器的游丝
本申请是申请日为2009年07月28日、申请号为200910166916.3、发明名称为“用于平衡轮/游丝谐振器的游丝”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种用于平衡轮/游丝谐振器的游丝。
背景技术
在平衡轮的振荡过程中，平游丝的重心会移动是众所周知的。这是因为游丝的一端是固定的，然而当另一端仍与平衡轮的轴(arbor)保持相同距离时，该另一端移动。这种重心的位移对等时性产生影响，因为这样在平衡轮轴的枢轴上产生侧向力。
Abraham-Louis Breguet提出了给平游丝提供一个或两个能够弥补这种缺陷的末端曲线的想法。后来，M·Phillips公布了这种曲线的理论依据。
在Breguet和Phillips设计的解决方案之前，T·Mudge已经提出过两个固定在同一平衡轮上并且偏置180°的游丝的应用。由于这两个游丝同步但是反相工作，补偿了它们各自的重心变动，但是它们的轴向偏置产生了在包含平衡轮轴的平面内的小转矩。这种解决方法在近来的生产中已经采用。
这种解决方式的问题在于，必须具有两个叠加的游丝，以增加高度，围绕平衡轮轴偏置180°的两个柱螺栓载体和两个柱螺栓、和每个游丝必须调节为与另一个完全地同步的两个调节器销，使其成为一种难于执行、极其复杂的解决方法。并且，它使部件的数量加倍。
这种解决方法已在许多出版物中被采用，尤其是在US3553956，FR2447571和CN1677283中。
本发明的目的是在至少部分地弥补上述缺点的同时从这种解决方法的优点中受益。
发明内容
为了这个目的，本发明的主题是如权利要求1所述的用于平衡轮/游丝谐振器的游丝。
附图说明
例如，附图示意性说明了形成本发明主题的游丝的一些实施例：
图1是第一个实施例的俯视图；
图2是第二个实施例的俯视图；
图3是一个图表，显示了在图2中所示的实施例的情况下，标绘了作为从中心向外的转圈数的函数的游丝间距的变化；
图4是一个图表，显示了在图2中所示的实施例的情况下，标绘了作为从中心向外的转圈数的函数的沿着片的厚度的变化；
图5是第三个实施例的俯视图；
图6是第四个实施例的俯视图；
图7是第五个实施例的俯视图；
图8是第六个实施例的俯视图；
图9是第七个实施例的俯视图；
图10a和图10b是第八个实施例的两个变型体的侧视图；
图11是第九个实施例的侧视图。
具体实施方式
形成本发明主题的游丝的第一个实施例在图1中举例说明。平游丝包括两个在同一方向上缠绕的片1a、1b，但是具有2π/2，也就是180°的偏置。这些片1a、1b的各自内端部固定到轴衬2，并且它们的外端部固定到固定环3。这些外端部同样在角度上偏置180°。游丝片1a、1b的外端部固定到固定环3，固定环3具有开口3a，以便将它固定到平衡轮的桥接器。因此固定环3替换传统的柱螺栓。
游丝的两个片1a、1b在收缩和膨胀时必须不能互相接触。这样做的风险随着振幅而增大。因此，可以通过限制振幅而减小这种风险。然而，增加游丝的直径也可以是有益的。
另一个解决方法在于改变转圈间距和改变片的厚度。这由图2的实施例以及图3和4的图表所示，并且图3和4的图表分别说明了以微米为单位的转圈间距的变化和以微米为单位的片的厚度的变化，从游丝的中心向外开始，分别作为图2中卷绕片1a、1b的圈匝数Nt的函数，以防止在游丝交替膨胀和收缩的过程中片1a，1b的转圈相互接触。图3通过公式r(θ)＝r0+p(θ)×θ/2π绘制了两个片1a、1b中的一个，其中r代表从轴(arbor)到片的中性纤维(neutral fiber)的距离，并且在图2到4的情况下，r(θ＝0)＝r0＝600微米且θ＝2πNt。
作为变量，游丝片的高度也可以改变。
至于由单晶硅制成的游丝，单晶硅是一种可以用于生产根据本发明的游丝的材料，游丝片的温度补偿通过在游丝片的表面上形成非晶硅氧化物层而实现，非晶硅氧化物具有与单晶硅的杨氏模量的热系数反号(opposite sign)的杨氏模量的热系数，如EP1422436中所描述的。这种非晶硅氧化物层使补偿杨氏模量的热系数，而不管硅的结晶方向，即(100)，(111)或(110)成为可能。
形成游丝片的数量不限于两个。作为变型，可以想到其他不同的解决方案，如图5所示，它是图1中例子的一种变型，但是其中包括三个一端连接于轴衬2、另一端连接于固定环3的片1a、1b和1c。这三个片的内端和外端相对于彼此角度偏置2π/3的角度。该角度偏置优选为2π/n，其中n代表片的数量。
基于图1和2中的游丝而实施的模拟已经显示，使装配有根据本发明的游丝的平衡轮/游丝谐振器的等时性大幅提高应该是可能的。
到目前为止描述过的实施例中，形成游丝的片通过它们各自的两个端部彼此连接。图6中所示的实施例显示了由两个仅通过它们的内端连接到轴衬2的片1a、1b形成的游丝。它们的外端是自由的，因此使得在一个或另一方向上预拉伸两个片成为可能，以便特别地调整等时性。
可以想到应用同一构思的其它变型，即，具有几个角度偏置的共面的片的游丝，这些片通过它们各自对应的端部中的至少一个连接。
因此，可能具有包含四个片的游丝，即放置在轴衬2和中间环4之间的两个片1a、1b，它们的外端部固定在其上，和放置在中间环和固定环3之间的两个片1c、1d。为了使中间环4尽可能地轻，它的结构可以是中空的，以便尽可能地减少其重量。
如图7所示，内片1a、1b和外片1c、1d都可以在相同的方向上卷绕，或者如图8所示，内片1a、1b可以在与外片1c、1d相反的方向上卷绕。
明显地，可以想到其他无数的组合。
同样很明显的是，根据本发明的游丝的新颖设计不适合于应用Nivarox/Parachrom游丝的传统工艺来进行生产。
在目前的情况下，非常适合于根据本发明的游丝的生产的工艺过程特别地在已提到的EP1422436中描述，其在于从{001}单晶硅片切割游丝，例如通过等离子腐蚀。游丝通过在游丝片的表面上形成非晶硅氧化物层而进行温度补偿的，例如通过热处理。
使用以同样方式加工或者通过化学加工的石英单晶体也是可能的。可以使用适于在一个平面上生产游丝的实施例的其他合适的材料。
光刻工艺，例如UV-LIGA工艺(光刻(Lithographie)、电镀(Galvanisierung)和模造(Abformung))的使用也可以用于生产根据本发明由金属合金制成的这种类型的游丝。
生产工艺没有成为本发明的部分。以上通过例子列出的生产工艺的非穷举的例子，只想证明用于生产根据本发明的新型游丝技术手段已经存在，和本领域的技术人员具有生产该游丝的选择。
当游丝被称为是平的，这就是以上得到的游丝。然而，特别地在图9中显示的实施例中，没有什么使在游丝平面之外的片1a、1b的外端部的嵌入点5和6不能定位。因此，这两个嵌入点可以分别定位在游丝的平面的任一侧上，从而这两个片1a、1b在游丝的平面的任一侧上形成两个对称的圆锥体。这种解决方式具有阻止这两个片的转圈互相接触并且使生产具有大量转圈的小直径游丝成为可能的优点。因此这样的解决方式组成另一种阻止在交替膨胀和收缩的过程中在游丝的片之间接触的方法。
根据本发明的另一个变型，这两个片1a、1b在如图10a、10b所示的SOI(绝缘硅片(Silicon-On-Insulator))晶片上制造，其包括Si-SiO2-Si多层堆栈。片1a由Si层中的一个的外表面蚀刻而成，而且另一个片1b由第二个Si层的外表面蚀刻而成。在这种情况下，这两个片的内端部通过中间SiO2层8而被固定。该实施例的优点是随着两个相邻转圈的距离的增加，减少了游丝的直径。如图10所示，如果游丝垂直延伸，这样的优点更加显著。
图11说明了图10a、10b的另一种变型，其中片1a、1b的内端部固定于同一个轴衬，而它们的外端部固定于SiO2中间层5。

Claims (11)

1.一种用于平衡轮/游丝谐振器的游丝，该游丝包括中心轴和n个片，其中n≥2，所述片围绕所述中心轴缠绕，每一个所述片具有内端部和外端部，其中，外端部比内端部更远离所述中心轴，
其中，所述片的内端部以与所述内端部围绕所述中心轴的角度偏置相应的方式被固定到所述中心轴，
其中，所述片是共面的，以及
其中，所述片以一定的角度偏置被螺旋缠绕，从而当每个片的所述端的一个绕着所述中心轴相对于它的另一端有角度地移动时中和有可能施加在所述中心轴上的侧向力，和
其中，所述片的外端部以与所述外端部围绕所述中心轴的角度偏置2π/n相应的方式被固定到固定环。
2.如权利要求1所述的游丝，其中，所述片的外端部相对于彼此有角度地偏置2π/n的角度。
3.如权利要求1所述的游丝，其中，所述片的内端部相对于彼此有角度地偏置2π/n的角度。
4.如权利要求1所述的游丝，其中，所述片包括内片和外片。
5.如权利要求4所述的游丝，其中，所述外片的外端部以与所述外端部围绕所述中心轴的角度偏置2π/n相应的方式被固定到固定环。
6.如权利要求4所述的游丝，其中，所述内片的外端部和所述外片的内端部被固定到中间环。
7.如权利要求4所述的游丝，其中，所述内片和所述外片在相同的方向上被缠绕。
8.如权利要求4所述的游丝，其中，所述内片和所述外片在相反的方向上被缠绕。
9.如权利要求4所述的游丝，其中，有两个内片和两个外片。
10.如权利要求1-9中的任一项所述的游丝，其中，形成所述游丝的所述片通过它们各自的两个端部彼此连接。
11.一种计时器，如表，包括如权利要求1-10中的任一项所述的游丝。
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