CN104756019B - 具有平衡摆轮和游丝的计时器机芯 - Google Patents

Abstract

本发明涉及钟表机芯，所述钟表机芯包括平衡摆轮和游丝振荡器以及与振荡器相协作的擒纵机构。游丝外圈包括加强部分(9”)，其被布置以至少部分地补偿由擒纵机构导致的取决于平衡摆轮振幅的机芯操作中的变化。游丝还包括以下特征中的至少一个：a)在游丝的内侧端部和游丝旋转中心之间的距离(R')小于400μm；b)由游丝内圈限定的格罗斯曼曲线(10)；和c)由游丝内圈限定的加强部分。

Description

具有平衡摆轮和游丝的计时器机芯

技术领域

本发明涉及包括平衡摆轮-和-游丝型振荡器和擒纵机构的计时器机芯，更具体地涉及其等时性得以改进的这种机芯。关于“等时性”是指取决于平衡摆轮的振幅和取决于表位置的差率变化。

背景技术

在常规的平衡摆轮-和-游丝振荡器的平衡摆轮振荡时，由于游丝的重心不在振荡器的轴线上并且所述游丝的重心移动的事实，游丝偏心地展开。这种偏心展开在振荡器的轴的枢转中心与振荡器的轴的枢转中心在其中旋转的轴承之间产生大的恢复力，所述力进一步取决于振幅而变化。这些恢复力干扰平衡摆轮的振荡并且取决于振幅而产生振荡器差率的变化。为了克服这个问题，本申请人在其专利EP 1473604中提出了平衡摆轮-和-游丝振荡器，所述平衡摆轮-和-游丝振荡器的游丝的外圈(或外匝)具有加强部分，所述加强部分布置以使得游丝的展开同心。

然而，已知游丝展开的同心性不是对等时性具有影响的唯一因素。当安装在机芯内时，特别是在瑞士杠杆式擒纵机构的情况下，振荡器受到擒纵机构的干扰，这导致差率损失。事实上，在解锁阶段期间，振荡器在中心线之前受到阻转矩，并且这导致损失。在脉冲阶段期间，振荡器首先在中心线之前受到驱动转矩，这导致增益，然后在中心线之后受到驱动转矩，这导致损失。总体上，因此擒纵机构产生差率损失并且由擒纵机构导致的这个干扰对于平衡摆轮的较小振幅而言比对于平衡摆轮的较大振幅而言更大。

上述的两种现象(即，游丝的偏心展开和由擒纵机构造成的差率损失)不取决于或几乎不取决于表的位置。重力的影响增加到这两种现象上，所述重力的影响在表的水平位置和竖直位置之间以及表的不同的竖直位置之间产生差率差。

发明内容

本发明的目的在于进一步改进计时器机芯的等时性，并且为此目的提出了一种计时器机芯，其包括平衡摆轮-和-游丝振荡器以及与振荡器协作的擒纵机构，游丝的外圈包括加强部分，其特征在于所述加强部分布置成至少部分地补偿由擒纵机构所导致的取决于平衡摆轮振幅的机芯差率变化，并且其特征在于游丝还包括以下特征中的至少一个：

a)游丝的内端部和游丝旋转中心之间的距离小于400μm，例如等于约300μm；

b)由游丝内圈所限定的格罗斯曼曲线；

c)由游丝内圈所限定的加强部分。

已经令人惊奇地注意到，通过试验游丝外圈的加强部分的布置(例如所述加强部分的位置、范围或厚度)并且通过将上述特征a)、b)和c)的一个添加到所述游丝，将由游丝的非同心性所导致的干扰、由擒纵机构所导致的干扰和由重力所导致的干扰考虑在内的机芯的总体等时性可相对于在专利EP 1473604中所述的振荡器得到明显改进。

有利地，所述外圈的加强部分被布置以使得游丝相对于300°振幅在150°振幅下产生由游丝展开的同心性缺乏所导致的至少2s/d、或至少4s/d、或甚至至少6s/d、或甚至至少8s/d的差率差，典型地为差率增益，所述差率差至少部分地补偿由所述擒纵机构所导致的所述差率变化。

根据第一实施例，外圈的加强部分比理论加强部分更靠近游丝的外端部，理论加强部分将使得游丝的展开基本上完全同心，并且所述加强部分的厚度和范围可以与所述理论加强部分的厚度和范围基本上相同。

根据第二实施例，外圈的加强部分比理论加强部分更薄，理论加强部分将使得游丝的展开基本上完全同心，并且所述加强部分的位置和范围可以与所述理论加强部分的位置和范围基本上相同。

根据第三实施例，外圈的加强部分与理论加强部分相比范围更小，理论加强部分将使得游丝的展开基本上完全同心，并且所述加强部分的位置和厚度可以与所述理论加强部分的位置和厚度基本上相同。

附图说明

在阅读下面的参照所附附图的详细描述时，本发明的其它特征和优点将变得显而易见，其中：

-图1示出根据现有技术的具有加强的外圈部分的游丝，由虚线示意性地示出与该游丝相关联的固着环；

-图2示出通过数字模拟图1中所示的游丝旋转中心运动所获得的等时性曲线，该游丝形成其一部分的振荡器被认为是自由的，即不受到擒纵机构的作用；

-图3示出在具有如图1中所示游丝的真正机芯上所获得的总体等时性测定结果；

-图4示出如图1中所示类型的游丝，但所述游丝的加强的外圈部分已被移动；

-图5示出通过数字模拟图4中所示的游丝旋转中心运动所获得的等时性曲线，该游丝形成其一部分的振荡器被认为是自由的，即不受到擒纵机构的作用；

-图6示出在具有如图4中所示游丝的真正机芯上所获得的总体等时性测定结果；

-图7示出如图1中所示类型的游丝，但所述游丝的加强的外圈部分的厚度已被改变；

-图8示出通过数字模拟图7中所示的游丝旋转中心运动所获得的等时性曲线，该游丝形成其一部分的振荡器被认为是自由的，即不受到擒纵机构的作用；

-图9示出如图1中所示类型的游丝，但其加强的外圈部分的角度范围已被改变；

-图10示出通过数字模拟图9中所示的游丝旋转中心运动所获得的等时性曲线，该游丝形成其一部分的振荡器被认为是自由的，即不受到擒纵机构的作用；

-图11示出对应于具有加强外圈部分的游丝的不同水平和竖直位置的等时性曲线；

-图12示出游丝，所述游丝的等时性曲线在图11中示出；

-图13示出形成本发明一个实施例的具有加强的外圈部分和小直径的固着环的游丝；

-图14示出对应于图13中所示游丝的不同水平和竖直位置的等时性曲线；

-图15示出形成本发明另一实施例的具有加强的外圈部分、小直径的固着环和内侧格罗斯曼曲线的游丝；

-图16示出对应于图15中所示游丝的不同水平和竖直位置的等时性曲线；

-图17示出形成本发明又一实施例的具有加强的外圈部分、小直径的固着环和加强的内圈部分的游丝；

-图18示出对应于图17中所示游丝的不同水平和竖直位置的等时性曲线；

-图19示意性地示出如图13、15或17中所示的游丝可以并入到其中的机芯。

具体实施方式

图1示出用于计时器机芯的平衡摆轮-和-游丝振荡器的在专利EP1473604中所述类型的扁平游丝。由附图标记1标记的该游丝为阿基米德螺线的形状，并且通过所述游丝的内端部2固定到固着环3上，所述固着环3安装于平衡摆轮的轴上，以及通过所述游丝的外端部4固定到桩(未示出)上，所述桩(未示出)安装于机芯的固定部分(诸如平衡摆轮-夹板)上。游丝1-固着环3组件能够通过微蚀刻技术以诸如硅或金刚石的结晶材料形成为单件。游丝1的外圈5局部地具有部分6，所述部分6具有与形成游丝的带条的其余部分相比更大的厚度e。能够如图所示沿着部分6变化的该厚度e使得该部分6加强，从而使得部分6在游丝展开时基本上不活动。加强部分6的位置和范围被选择以使得所述游丝的变形的中心(基本上对应于游丝的除了所述加强部分6之外的部分的重心)与游丝和固着环3的旋转中心O基本上重合，游丝和固着环3的旋转中心O与游丝的几何中心重合。在这种情况下，游丝的展开是同心的或几乎是同心的。在实践中，加强部分6在游丝的外端部4之前终止。该外端部4、更精确地是外圈5的包括加强部分6的终端部分7相对于所述阿基米德螺线的行程朝向外部径向偏置，从而确保倒数第二圈8在机芯的操作期间保持沿径向自由，即所述倒数第二圈8不接触诸如桩、外圈或调节器销的任何元件。由于倒数第二圈8因为游丝的同心展开而在游丝的扩展过程中进一步朝向桩径向地移动，终端部分7和倒数第二圈8之间的间距必须大于常规游丝的上述间距。终端部分7为具有中心C的圆弧形式。加强部分6的角度范围θ和加强部分6的角度位置α(例如由加强部分6中心的角度位置相对于所述外端部4的角度位置限定)从该中心C限定。厚度e沿着起始于该中心C的半径测定。在所示的实例中，游丝具有14圈加上延伸过30°的圈部分，其中值θ和α分别是85.9°和72°，并且厚度e的最大值为88.7μm。除了加强部分6之外，形成游丝的带条的厚度e₀(沿着起始于游丝的旋转中心O的半径测定)为32.2μm。固着环3的半径R，即游丝的内端部2和游丝的旋转中心O之间的距离被定义为中心O的圆(以虚线示出)的半径并且穿过游丝内端部2的中间(在厚度e₀的一半处)。在所示的实例中，半径R等于565μm。

图2是通过数字模拟图1中所示游丝获得的等时性曲线图。更精确地，图2的曲线图是通过下述方法获得的，即认为外端部4是固定的，并且认为固着环3和平衡摆轮固定在其上的轴是自由的(即，不安装在轴承内)，通过利用有限元计算当平衡摆轮振荡时游丝的旋转中心O的运动，然后通过将运动曲线作为振幅的函数进行插值和积分来获得。例如，在由M.Vermot，P.Bovay，D.Prongué和S.Dordor著作的、由the Presses polytechniques etuniversitaires romandes(French-speaking Switzerland polytechnic anduniversity presses)出版的书“Traintéde construction horlogère”(Treatise onhorological construction)，2011中提出作为平衡摆轮的振幅的函数将游丝旋转中心O的运动关联到差率的分析方程式。图2曲线图的x-轴示出平衡摆轮的用相对于平衡位置的度数表示的振幅，并且y-轴示出用每天的秒数表示的差率(日差)。该曲线图因此示出由游丝展开缺乏同心性所导致的游丝差率变化。这种差率变化以相同的方式适用于表的所有位置。

如可在图2中看到的，对于图1中所示的游丝，150°的振幅和300°的振幅之间的差率差为在1s/d的数量级，其是优异的。然而，该曲线图没有考虑由擒纵机构所造成的干扰、也没有考虑由重力所造成的干扰。

测量在相同设计的20个机芯上进行，所述机芯配备有如图1中所示的游丝并且配备有常规的瑞士杠杆式擒纵机构。对于每个机芯，在六个不同的位置中的每个(VH：竖直、高；VG：竖直、左；VB：竖直、低；VD：竖直、右；HB：水平、低；以及HH：水平、高)下，在机芯的主发条松弛的期间测量该机芯的差率并且将测量结果绘制在曲线图上。通过示例的方式，在图3中示出针对这些机芯中的一个所获得的曲线图。y-轴示出以s/d为单位的差率以及x-轴示出平衡摆轮的振幅，平衡摆轮的振幅由于主发条的力的减小而在机芯主发条的完全卷绕状态和未绕状态之间逐渐减小。如可以看出的，在表的所有位置下，差率随着振幅减小而逐渐减小，并且在不同的竖直位置之间还存在差率差。对于每个机芯的每个位置而言，曲线被插值并且150°振幅和300°振幅之间的差率差被确定。针对所有位置和所有机芯的差率差的平均值在所述振幅之间为约6.7s/d。换言之，在150°下的差率比300°下的差率平均小约6.7s/d。在差率上的该减小或者相对于大振幅在小振幅下的损失主要是由擒纵机构导致的。

本发明人已经注意到由擒纵机构所导致的差率降低可通过相对于图1所示布置改变所述加强部分6的布置来至少部分补偿，所述布置即：例如加强部分6的位置α和/或其范围θ和/或其厚度e，这赋予游丝的各圈完全、或近乎完全的同心性。

特别发现加强部分6的对等时性具有特定影响的参数是加强部分6的位置α。通过将加强部分6朝向游丝的外端部4移动，差率增益相对于平衡摆轮的大振幅在小振幅处产生。因此，约6.7s/d、但具有与上述测得的平均差率差相比相反符号的差率差能够通过将加强部分6移动到位置α'＝62°并且通过保持加强部分6的其它特性(范围、厚度)不变而在150°和300°的振幅之间获得。从而能够基本上完全补偿由擒纵机构所导致的差率变化。图4示出所获得的新游丝，其中所述新游丝的加强的外圈部分由附图标记6'标示。加强部分6的移动当然改变游丝的展开，该展开不再是同心的。但是，一方面，这种改变是小的-游丝仍然以比传统游丝(即没有加强部分的游丝)更加同心的方式展开，并且，另一方面，这种改变有助于提高机芯的总体等时性，所产生的缺乏同心性用于补偿另一缺陷。图5的曲线图示出图4中所示游丝的等时性曲线I4，其采用与图2相同的方法获得。可以看出，在300°的振幅和150°的振幅之间的差率增加是基本上线性的并且与由擒纵机构所导致差率变化的斜率相比具有逆斜率。为了比较的目的，图1中所示游丝的等时性曲线I1也被绘制在该图5中。图6示出机芯差率测量的结果，所述机芯与图3中在其上进行测量的机芯相同，但配备有图4而不是图1所示的游丝。这些结果表明，该差率变化通过将加强部分移动到位置α'而显著减小，特别是在从180°到300°的振幅范围内，此处曲线的总体形状是平坦的。

加强部分6的对等时性具有影响的另一参数是加强部分6的厚度e。通过减小厚度e，差率增益相对于平衡摆轮的大振幅在小振幅处产生。从而例如，约6.4s/d、但具有与关于图3中所述测得的平均差率差相比相反符号的差率差能够通过将加强部分6的最大厚度e(以及剩余的厚度成比例地)减小到值e'＝44.2μm并通过保持加强部分6的其它特性(位置、范围)不变而在150°和300°的振幅之间获得。图7示出所获得的游丝，其加强的外圈部分由附图标记6″标示，并且图8示出对应于这种游丝的等时性曲线I7。

加强部分6的对等时性具有影响的又一参数是其范围θ。通过减小范围θ，差率增益在相对于平衡摆轮的大振幅的小振幅处产生。从而例如，约6.9s/d、但具有与关于图3中所述测得的平均差率差相比相反符号的差率差能够通过将加强部分的角度范围θ减小到值θ'＝43.9°并通过保持加强部分的其它特性(位置、厚度或最大厚度)不变而在150°和300°的振幅之间获得。图9示出所获得的游丝，其中所述游丝的加强的外圈部分由附图标记6″′标示，并且图10示出对应于这种游丝的等时性曲线I9。

在变型中，上面公开的原则当然可以被组合，即可以改变参数α、e和θ中的至少两个。

再次参照图6，注意到对加强部分进行的改变具有补偿由擒纵机构所导致的差率变化的效果，但是所述改变对表的不同竖直位置之间的差率差不具有任何影响或具有微小的影响。无论选择改变哪个或哪些参数α、e、θ，这都是适用的。图11示出游丝的由J1到J5标示的等时性曲线，如上所述，所述游丝的外圈具有布置成补偿由擒纵机构所导致的差率变化的加强部分。曲线J1示出处于水平位置下的游丝的等时性，即由游丝的非同心展开所导致的差率变化，并且所述曲线J1以与图2、5、8和10的曲线相同的方式获得。如可以看出的，游丝外圈的加强部分被布置以使得游丝相对于300°振幅在150°振幅下产生5.3s/d的差率增益。曲线J2到J5示出分别在四个垂直位置VG，VH，VB和VD下的游丝的等时性，并且曲线J2到J5通过将游丝的非同心展开和重力的影响考虑在内而获得，换言之通过增加由游丝的非同心展开和由重力所导致的差率变化而获得。为了确定在给定竖直位置下由重力所导致的差率变化，能够通过有限元计算在游丝振荡的作用下(游丝的旋转中心被固定)游丝重心的移动，然后使用分析方程式将该运动和游丝的位置作为振幅的函数关联到差率。这种分析方程式例如在上述的书“Traintéde construction horlogère”(Treatise onhorological construction)中提出。由于由重力所导致的各圈沉降的静力效果是平衡摆轮的不平衡的效果，该不平衡可以通过已知手段最小化，因此在本发明中忽略由于由重力所导致的各圈沉降的静力效果。

在图11中注意到在250℃的平衡摆轮振幅下在竖直位置之间的差率差为3.2s/d。为了减小该差率差，本发明提出改变游丝的内部，即游丝的内端部和游丝的旋转中心之间的距离和/或内圈的形状。

在图12中示出对应于图11中所示的等时性曲线J1到J5的游丝。所述游丝包括14圈。所述游丝的加强部分9的角度范围和角度位置(以与图1、4、7和9中的游丝相同的方式测量)分别为60°和75°。所述游丝的固着环的半径R，即以与图1中相同的方式测量的游丝的内端部与所述游丝的旋转中心之间的距离等于565μm。已经注意到的是，通过将半径R减小到值R'，竖直位置之间的差率差减小。半径R'有利地选择为小于400μm。图14示出游丝(图13中所示)的等时性曲线，所述游丝类似于图12中的游丝，但所述游丝具有等于300μm的固着环半径R'(以及相应改变的节距和圈厚度)。如从图14中明显看出的，在250°的振幅下在竖直位置之间的差率差为1.1s/d，该值显著小于图12游丝的3.2s/d。然而为了获得在150°和300°振幅之间的类似于图12所示游丝的差率增益，必须使得由9'标示的加强部分适应性改变。因此，在图13中，加强部分9'的角度范围和角度位置分别为50°和75°。

减小竖直位置之间差率差的另一种方式是根据格罗斯曼曲线成形游丝的内圈，或加强内圈部分。内圈的这种改变甚至可以与固着环的半径R的减小组合以进一步减小差率差。因此，图15示出一种游丝，所述游丝的固着环的半径R'等于300μm，并且所述游丝的内圈10成形为格罗斯曼曲线。在图16中，可以看出的是，对于该游丝而言在竖直位置之间的差率差在250°的振幅下仅为0.6s/d。以类似的方式，如图17中所示在内圈上具有加强部分11(内侧加强部分11类似于外侧加强部分9”'具有与该圈的其余部分相比更大的厚度)的游丝将使得能够获得在250°的振幅下的在竖直位置之间的0.6s/d的差率差(图18)。在图15所示游丝的情况下，外圈的加强部分9”被布置以使得游丝产生由游丝展开的同心性缺乏所导致的在150°和300°振幅之间的4.2s/d的差率增益以补偿由擒纵机构所导致的相同数量级的差率损失。在图17所示游丝的情况下，外圈的加强部分9”'被布置以使得游丝产生由游丝展开的同心性缺乏所导致的在150°和300°振幅之间的5.4s/d的差率增益以补偿由擒纵机构所导致的相同数量级的差率损失。

虽然格罗斯曼曲线或加强的内圈部分与小固着环半径R'的组合是特别有利的，但是应当注意的是，格罗斯曼曲线10或加强的内圈部分11也可与较大半径R的固着环一起使用。还可将小的固着环半径R'、格罗斯曼曲线和加强的内圈部分相组合。在所有情况下，加强的外圈部分可根据关于图4、7和9所公开的原则的任何一种或根据这些原则的组合来布置。此外，明显的是所述原则可应用到这种机芯，所述机芯的擒纵机构将产生差率增益而不是差率损失。从而，例如，为了补偿这种差率增益，加强的外圈部分可以远离游丝的外端部移动或者加强的外圈部分的角度范围可以增大。

上述游丝分别意旨形成以图19中所示框图的形式示出的机芯12类型的计时器机芯的振荡器的一部分。除了由16标示的振荡器之外，机芯12以常规的方式包括驱动构件13(诸如发条盒)、齿轮系14、擒纵机构15和显示器17。

Claims (16)

1.一种计时器机芯，其包括平衡摆轮-和-游丝振荡器(16)以及与所述振荡器(16)协作的擒纵机构(15)，所述游丝的外圈包括加强部分，其特征在于，

所述加强部分被布置以使得所述游丝相对于300°振幅在150°振幅下产生由游丝展开的同心性缺乏造成的至少2s/d的差率差，以至少部分地补偿由所述擒纵机构导致的取决于平衡摆轮振幅的所述机芯的差率变化，并且所述游丝还包括以下特征中的至少一个：

a)所述游丝的内端部与所述游丝的旋转中心之间的距离(R')小于400μm；

b)由所述游丝的内圈限定的格罗斯曼曲线(10)；

c)由所述游丝的所述内圈限定的内侧加强部分(11)。

2.根据权利要求1所述的计时器机芯，其特征在于，所述外圈的所述加强部分被布置以使得所述游丝相对于300°振幅在150°振幅下产生由游丝展开的同心性缺乏造成的至少4s/d的差率差，至少部分地补偿由所述擒纵机构导致的所述差率变化。

3.根据权利要求2所述的计时器机芯，其特征在于，所述外圈的所述加强部分被布置以使得所述游丝相对于300°振幅在150°振幅下产生由游丝展开的同心性缺乏造成的至少6s/d的差率差，至少部分地补偿由所述擒纵机构导致的所述差率变化。

4.根据权利要求3所述的计时器机芯，其特征在于，所述外圈的所述加强部分被布置以使得所述游丝相对于300°振幅在150°振幅下产生由游丝展开的同心性缺乏造成的至少8s/d的差率差，至少部分地补偿由所述擒纵机构导致的所述差率变化。

5.根据权利要求1至4任一项所述的计时器机芯，其特征在于，所述差率差是差率增益。

6.根据权利要求1至4任一项所述的计时器机芯，其特征在于，所述外圈的所述加强部分比将使得所述游丝的展开实质上完全同心的理论加强部分更靠近所述游丝的外端部(4)。

7.根据权利要求1至4任一项所述的计时器机芯，其特征在于，所述外圈的所述加强部分比将使得所述游丝的展开实质上完全同心的理论加强部分更薄。

8.根据权利要求1至4任一项所述的计时器机芯，其特征在于，所述外圈的所述加强部分比将使得所述游丝的展开实质上完全同心的理论加强部分更少地延伸。

9.根据权利要求6所述的计时器机芯，其特征在于，所述外圈的所述加强部分的厚度(e)和范围(θ)与所述理论加强部分的厚度和范围实质上相同。

10.根据权利要求7所述的计时器机芯，其特征在于，所述外圈的所述加强部分的位置(α)和范围(θ)与所述理论加强部分的位置和范围实质上相同。

11.根据权利要求8所述的计时器机芯，其特征在于，所述外圈的所述加强部分的位置(α)和厚度(e)与所述理论加强部分的位置和厚度实质上相同。

12.根据权利要求1所述的计时器机芯，其特征在于，所述游丝包括所述特征a)。

13.根据权利要求12所述的计时器机芯，其特征在于，所述距离(R')为约300μm。

14.根据权利要求12或13所述的计时器机芯，其特征在于，所述游丝进一步包括所述特征b)。

15.根据权利要求12或13所述的计时器机芯，其特征在于，所述游丝进一步包括所述特征c)。

16.根据权利要求14所述的计时器机芯，其特征在于，所述游丝进一步包括所述特征c)。