CN103676600B - 具有匹配的游丝和摆轮的谐振器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种谐振器（1），其包括由单晶石英形成的游丝（5），所述单晶石英具有晶轴x、y、z，其中x轴是电轴且y轴是机械轴，所述游丝与摆轮（3）配合。根据本发明，所述摆轮（3）的热膨胀系数（α_b）包含在+6ppm.℃^‑1和+9.9ppm.℃^‑1之间，并且所述游丝（5）相对于所述单晶石英的z轴的切角（θ）包含在‑5°和+5°之间，以使所述摆轮（3）与所述游丝（5）匹配。本发明涉及钟表领域。

Description

具有匹配的游丝和摆轮的谐振器

技术领域

本发明涉及具有匹配的游丝和摆轮的谐振器，更具体地涉及由单晶石英形成的游丝。

背景技术

欧洲专利No.1519250公开了单晶石英游丝的制造。然而，实践中单晶石英并不容易匹配。

发明内容

本发明的一个目的是通过提供石英游丝和摆轮之间的改进的匹配性来克服前述全部或部分缺陷。

因此，本发明涉及一种谐振器，其包括由单晶石英形成的游丝，所述单晶石英具有晶轴x、y、z，其中x轴是电轴（electrical axis）且y轴是机械轴（mechanical axis），所述游丝与摆轮配合，其特征在于，所述摆轮的热膨胀系数包含在+6ppm.℃^-1和+9.9ppm.℃^-1之间，并且所述游丝关于所述单晶石英的z轴的切角（cut angle）包含在-5°和+5°之间，以便所述谐振器对温度变化不敏感。

根据本发明的其它有利特征：

-所述摆轮的热膨胀系数基本上等于+9ppm.℃^-1，其中所述游丝关于所述单晶石英的z轴的切角基本上等于+2°；

-所述摆轮的至少一个部分由钛或铂制成；

-所述摆轮的热膨胀系数基本上等于+9.9ppm.℃^-1，其中所述游丝关于所述单晶石英的z轴的切角基本上等于+5°；

-所述摆轮的至少一个部分由高强度合金（durimphy）制成。

附图说明

从下面参照附图以非限制性举例的方式给出的说明中，其它特征和优点将清楚地呈现，其中：

-图1和2是根据本发明的由单晶石英制成的游丝的切角θ的示意图；

-图3是根据本发明的游丝摆轮谐振器的示意图。

具体实施方式

如图3所示，本发明涉及具有摆轮3-游丝5的类型的谐振器1。摆轮3和游丝5优选安装在同一心轴7上。在此谐振器1中，摆轮3的惯性矩I符合下述公式：

I=mr² (1)

其中，m表示质量，r表示回转半径，该回转半径显然取决于摆轮的热膨胀系数α_b。

此外，游丝5的弹性常数C符合下述公式：

$C=\frac{\mathrm{Eh}{e}^3}{12L}---\left(2\right)$

其中，E是游丝的杨氏模量，h是高度，e是厚度，L是游丝的展开长度。

最后，游丝摆轮谐振器I的频率f符合下述公式：

$f=\frac{1}{2\mathrm{\π}}\sqrt{\frac{C}{I}}---\left(3\right)$

当然，期望所述谐振器随温度具有零频率变化。在游丝摆轮谐振器的情况下，随温度的频率变化基本上遵循下述公式：

$\frac{\mathrm{\Δf}}{f}\frac{1}{\mathrm{\ΔT}}=\frac{1}{2}\{\frac{\∂E}{\∂T}\frac{1}{E}+3\·{\mathrm{\α}}_s-2\·{\mathrm{\α}}_b\}---\left(4\right)$

其中：

是随温度的频率变化；

是随温度的杨氏模量变化，即，游丝的热弹性系数（CTE）；

-α_s是游丝的热膨胀系数，以ppm.℃^-1表达；

-α_b是摆轮的热膨胀系数，以ppm.℃^-1表达。

由于必须维持预期用于时基或频基（time or frequency base）任何谐振器的振动，所以维持系统也可以有助于热依赖关系（thermaldependence），例如，同样安装在心轴7上的与圆盘11的冲击销9配合的瑞士杠杆式擒纵系统（未示出）。

如图1和2所示，本发明更具体地涉及一种谐振器1，其中游丝5由单晶石英形成，所述单晶石英具有晶轴x、y、z，其中x轴是电轴，y轴是机械轴。这些图示出线圈的高度h的取向基本上与晶轴z相同。更特别地，高度h与z轴形成可以为正或负的角θ。可以通过改变这个角θ来改变游丝5的特征，而无需改变该游丝的几何构型。

因此，从公式(1)-(4)清楚的是，能够使游丝5与摆轮3匹配，使得谐振器1的频率f几乎对温度变化不敏感。除了优良的热性能，使用石英制造游丝5还提供了具有优良的机械性能和化学性能的优点，尤其是在老化和对于磁场的极低敏感度方面。

因此，在切角θ基本上等于+2°的情况下，通过经验发现摆轮3的热膨胀系数α_b必须基本上等于+9ppm.℃^-1，以得到基本上等于+0.06秒/天.℃^-1的热系数，其很好地在瑞士官方天文台认证中心（COSC）所要求的条件±0.6秒/天.℃^-1以下。

更概括地，为使谐振器1的热系数基本上保持在±0.1秒/天.℃^-1，即，仍在COSC条件内，并且游丝5相对于单晶石英的z轴的切角θ在-5°和+5°之间，摆轮3的热系数α_b包含在+6ppm.℃^-1和+9.9ppm.℃^-1之间。

为了符合这些热膨胀系数α_b，摆轮3可以尤其包括钛和/或高强度合金（标志AFNOR：Z2NKD18-09-05）和/或铂。实际上，钛和铂的热膨胀系数α_b基本上等于+9ppm.℃^-1，并且高强度合金的热膨胀系数基本上等于+9.9ppm.℃^-1。此外，有利地，应当指出的是，高强度合金根据其回火温度可以具有对磁场的低敏感度。

当然，本发明不限于所示出的例子，而是能够具有本领域技术人员可以想到的多种变化和变型。特别地，符合上述热膨胀系数的任何其它材料都可以用于摆轮3。

Claims (6)

1.一种谐振器（1），所述谐振器包括由单晶石英形成的游丝（5），所述单晶石英具有晶轴x、y、z，其中x轴是电轴且y轴是机械轴，所述游丝与摆轮（3）配合，其特征在于，所述摆轮（3）的热膨胀系数（α_b）包含在+6ppm.℃^-1和+9.9ppm.℃^-1之间，并且所述游丝（5）相对于所述单晶石英的z轴的切角（θ）包含在-5°和+5°之间，以便所述谐振器（1）对温度变化不敏感。

2.根据权利要求1所述的谐振器（1），其特征在于，所述摆轮（3）的热膨胀系数（α_b）基本上等于+9ppm.℃^-1，且所述游丝（5）相对于所述单晶石英的z轴的切角（θ）基本上等于+2°。

3.根据权利要求2所述的谐振器（1），其特征在于，所述摆轮（3）的至少一个部分由钛制成。

4.根据权利要求2所述的谐振器（1），其特征在于，所述摆轮（3）的至少一个部分由铂制成。

5.根据权利要求1所述的谐振器（1），其特征在于，所述摆轮（3）的热膨胀系数（α_b）基本上等于9.9ppm.℃^-1，且所述游丝（5）相对于所述单晶石英的z轴的切角（θ）基本上等于+5°。

6.根据权利要求5所述的谐振器（1），其特征在于，所述摆轮（3）的至少一个部分由高强度合金制成。