CN111210796B - 用于手表或音乐盒的击打机构的谐振构件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于手表或音乐盒的击打机构的谐振构件(1)，其包括至少一个谐振部(2)以及附接部(3)，所述谐振部(2)例如为一个或多个音簧，其设置成一旦被致动就发生振动和谐振。所述谐振部(2)和/或附接部(3)由钨或钽或铑或铪的合金制成，其中钨或钽或铑或铪在合金中的含量按重量计在51％以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于手表或音乐盒的击打机构的谐振构件，其包括至少一个谐振部或振动板，所述至少一个谐振部例如为一个或多个音簧。所述一个或多个音簧或者振动板的每个条带都必须用特定的材料设计，以考虑到表壳内部的可用空间，同时确保在所述一个或多个音簧被击打时或一个或多个条带被致动时产生丰富的声音。
本发明还涉及一种制造谐振构件的方法。
背景技术
在钟表领域中，钟表机芯可以设置有击打机构，例如三问表。为此，所使用的谐振构件包括音簧，该音簧是例如由钢制成的圆形的金属丝。该金属丝通常围绕机芯布置在表壳内部。音簧例如通过熔焊或钎焊固定到音簧托架上，音簧托架本身与主机板或表壳的中间件成一体。音簧振动是由至少一个音锤通常在音簧托架附近的撞击产生的。这种振动由若干固有频率或分音(partial)组成，其数量和强度尤其是在1kHz与20kHz之间的可听范围内，取决于音簧的几何形状和所用材料的物理特性。
如在欧洲专利No.EP 2 107 436 B1中所描述的，金属丝形式的音簧也可以由金制成，以便在通过音锤击打产生的声音振动中具有大量的分音。尽管用金制造音簧为击打机构的音锤击打时所产生的声音提供了极大的丰富性，但音簧由于其自重可能会发生过度变形。由于音簧所处的表壳内部的空间有限，因此它很容易与相邻部件发生不希望的接触。这构成了由金或任何具有高密度和低弹性模量的金属制成的音簧的一个缺陷。
在这些情况下，可以围绕机构的一个或多个音簧放置噪音隔绝件，以防止这种意外的冲击或振铃。然而，在确保所述一个或多个音簧在期望的时间被击打时所产生的声音的丰富性的同时，在传统的手表中可供噪音隔绝件添加在所述一个或多个音簧之间的空间大幅减小。
自然地，钟表机芯也可以包括在被致动时产生音乐的击打机构。为此，该机构可包括采用音乐振动板形式的谐振构件。由金属材料制成的条带可以被设置在盘或筒上的针致动，所述盘或筒在击打机构的致动期间被驱动旋转。在具有金属条带的振动板的情况下，可以观察到与由上述材料制成的一个或多个音簧的布置相同的缺陷。
还应注意，在常规的音乐或报时手表中，基于外部零件的复杂的振动-声音转换的声学效率很低。为了改善和提高声音或音符的声级，必须考虑外部零件的几何形状和边界条件。外部零件的构型还取决于手表的美观性和操作限制，这可能会限制适配的可能性。
瑞士专利申请CH 708 963 A2公开了一种用于击打机构的音乐振动板。该振动板的条带被制造成具有介于70与120GPa之间的杨氏模量和大于14g/cm3的密度。这些条带可以由钨制成。此申请中未提出使用确保所产生的声音的丰富性并且振动板条带的变形小的材料来制造这种振动板，这是一个缺陷。
发明内容
因此，本发明的一个目的是通过提供一种谐振构件来克服现有技术的缺陷，该谐振构件包括用于手表或音乐盒的击打机构的一个或多个音簧或振动板，该谐振构件表现出源于其自重的较小变形，并且一旦在手表或音乐盒内部的减小的空间中被致动便能够产生丰富、温暖和响亮的声音。
为此，本发明还涉及一种谐振构件，其包括在独立权利要求1中限定的特征。
谐振构件的具体实施方式在从属权利要求2至12中限定。
该谐振构件的一个优点在于，它由钨或钽或铑或铪的合金制成，其中钨或钽或铑或铪的含量按重量计在51％以上。优选地，合金中的钨或钽或铑或铪的含量按重量计在75％以上。此外，优选地，所选择的这种合金的杨氏模量E与密度或比质量ρ的比率E/ρ接近金的该比率。例如，比率E/ρ必须小于28·106(m/s)2。这使得一旦被致动就可以产生丰富响亮的声音，该声音具有从至少1kHz到10kHz的可听范围内的大量分音。
有利地，谐振构件可以包括一体地连接至附接部的谐振部。谐振部可以包括一个或多个音簧，并且附接部可以被定义为与一个或多个音簧连接的音簧托架，或者每个音簧有一个音簧托架。
有利地，包括一个或多个音簧的谐振构件旨在以这样的方式制造：即，使得当安装在表壳内部后谐振构件由于其自重而产生的任何变形最小化，并且具有用于定位音簧的减小的空间。音簧也可以由硬度大于250HV且优选大于300HV的钨或钽或铑或铪的合金制成。
有利地，谐振构件可以是音乐振动板，其由一体地连接到同一杆状部分的若干条带形成。每个条带或每组条带可以被制造为一旦被致动便各自产生清晰的音符。
为此，本发明还涉及在独立权利要求13和14中限定的用于制造谐振构件的方法。
附图说明
在以下特别是参考附图的描述中，包括用于手表或音乐盒的击打机构的一个或多个音簧或振动板的谐振构件的目的、优点和特征将更加清楚地显现，在附图中：
图1示出了根据本发明的尤其是手表的击打机构的谐振构件的俯视图，该谐振构件的形式为连接到附接部的音簧；
图2a和2b示出了根据本发明的如图1所示连接到附接部的音簧的侧视图和俯视图，其中音簧由于其重量而变形；
图3示出了根据本发明的具有谐振构件的报时或音乐手表的一部分的局部剖视图，该谐振构件具有用于三问表的两个音簧；以及
图4示出了根据本发明的具有谐振构件的报时或音乐手表的一部分的局部剖视图，该谐振构件具有用于鸣钟机构的四个音簧。
具体实施方式
在下面的描述中，将仅简要地描述在本技术领域中众所周知的包括报时或音乐手表的谐振构件的击打机构的所有部分。重点主要放在用于手表表壳或音乐盒中的击打机构的谐振构件及其制造上。
图1示出一种谐振构件1，该谐振构件1包括谐振部2和附接部3。在此例中，谐振部2包括音簧2，并且附接部3是从音簧2的第一端延伸出的形式为音簧托架的板件。一般而言，音簧2的另一端是自由的。谐振部2和附接部3优选形成单个部件，即它们由同一种材料一体地制造。根据本发明，所使用的材料是含有按重量计至少51％的钨或钽或铑或铪的合金。
附接部3可具有与音簧2的厚度相同的厚度，并且包括用于例如借助螺钉将音簧2附接到表壳的中间件的或钟表机芯的机板的相应部分的穿孔。附接部3也可以具有不同的形状和不同的厚度或者与表壳中间件的一部分成一体。
手表击打机构的音簧2可设置在表壳内，优选设置在表盘的下方，并且在一个实施例中部分地围绕钟表机芯。在这些情况下，它的形状可以是圆形，其直径对应于表镜的直径并且限定出角度可以在150°与250°之间、优选在185°与220°之间的圆扇区。在所示的图中，音簧2可以具有圆形或优选矩形的横截面。以下描述了示例性尺寸，但不对所描述的示例构成限制。
通过附接部3固定在表壳内的音簧2通常形成击打机构的一部分，该击打机构优选地还包括用于在预定时刻击打音簧的音锤。音锤(未示出)的撞击部分通常在音簧与附接部3的连接部附近击打音簧以产生声音共鸣。
取决于用于制造谐振构件1的材料，一旦将谐振构件1固定在表壳内部或音乐盒内部，谐振部2可能会发生明显的变形。一旦被固定，即使在手表不工作时，谐振部2也可能弯曲，即由于其自重而变形。在谐振部2由一个或多个音簧形成的情况下，由于这些音簧位于其中的空间非常有限，因此手表的任何移动或撞击都可能导致一个或多个音簧2与相邻音簧或附近的手表部件发生接触。这可能导致一个或多个音簧独立于其在确定的时间的正常致动而产生非期望的振铃，这是不希望看到的。
因此，图2a和2b示出了谐振构件1的音簧2的变形。谐振构件1借助于附接部3固定在表壳内部的支承件上。该未示出的支承件例如可以是表壳的中间件的一部分，或者是钟表机芯的组装板上的支承件。它也可以是音乐盒内部的支承件。一旦被安装，则谐振构件1的音簧2原则上设置在平行于表盘并且紧接在表盘下方的平面中。然而，即使是在处于展示盒中或位于桌子上的休止状态下，自其附接处的音簧的重量也具有使其弯曲的效果，即在其自重作用下变形。
在休止模式下，从立视图中看，限定圆扇区的音簧2在其自由端从其附接部3偏转了距离d。取决于在表壳中为所述音簧或一组音簧预留的空间，这种音簧2的偏转距离d必须小于其横截面的20％，即在本发明的情况下小于0.1mm，其中，这种音簧2的直径在用于例如音符G的185°与220°之间的圆扇区上例如约为35-40mm，并且这种音簧2的厚度和宽度大于或等于0.4mm，优选接近0.5mm。
如上所述，根据本发明，具有一个或多个音簧2的谐振构件1由合金制成，该合金中钨或钽或铑或铪的重量百分比在51％以上，并且其比率E/ρ小于28·106(m/s)2。此外，所述钨或钽或铑或铪的合金还可以被制造成具有大于250HV的硬度。材料列表在下文中给出。
下表总结了对应于5N金和特别是包含按重量计至少51％的钨或钽或铑或铪的替代材料的标准：
纯粹作为非限制性的举例说明，可以制成在被击打机构的音锤击打时产生音符G的音簧2。音簧2可以由钨合金制成，其中钨的比例按重量计在95％以上。杨氏模量E等于330GPa，密度ρ为18g/cm3，并且硬度约为310HV。该段音簧具有约35-40mm的直径，角度为198.83°的圆扇区，且比率E/ρ等于18.3·106(m/s)2。在这种情况下，观察到音簧由于其自身重量而引起的变形约为0.053mm，其小于0.1mm，这是希望看到的。
也可以定义在自重的作用下变形的固定梁的变形公式。可以以梁变形公式为例来确定形状更复杂的谐振构件1的音簧2的变形。因此，对于矩形梁截面，用于计算此类系统的变形的公式如下：
fl＝p·L4/(8·E·I)
其中L是梁的长度，p是梁的单位长度重量，E是杨氏模量，并且对于矩形截面而言，l＝b·h3/12，其中b是梁的宽度，H是梁的高度。
在当前情况下，所述一个或多个音簧2是被弯曲的元件。因此，音簧变形计算包括对于最初适用于上述固定梁的公式进行外推。因而此计算对于多个音簧要复杂得多，需要对每个完成的元件进行一次计算。
至少一个音簧2的长度与期望的谐振频率有关：
fn＝(1/2π)·(βn·L)2·(b/L2)·(E/(12·ρ))1/2
其中，ρ是材料的密度，对于n>5，βn·L＝((2n–1)/2)·π，n是模数。
此公式对于在击打平面内的振动模式有效。比率E/ρ特定于音簧的材质。该比率越小，分音越多，因此声音越丰富。人耳可以听到的丰富声音更响亮。因此，在选择音簧材质时，比率E/ρ必须尽可能小，并且如果可能，应接近金的该比率。
还应注意的是，将材料变更为变形比金小的材料也可以优化表壳内部的空间。如果材料变形较小，则还可以节省表壳的直径和音簧的厚度。
含有按重量计在51％以上的钨或钽或铑或铪的合金还可以含有以下一种或多种元素：镍(Ni)、铜(Cu)、铁(Fe)、钼(Mo)、钽(Ta)、铪(Hf)、铌(Nb)、锆(Zr)和钴(Co)。这些合金元素例如可以增强合金的机械性能和/或耐腐蚀性。这些元素也可以根据其与钨或钽或铑或铪元素的相图进行选择。针对可加工性和/或声学性质获得某些相可能是有利的。
可以设想制造钨或钽或铑或铪的含量按重量计在75％以上的合金。在特定情况下，该合金可含有按重量计在90％以上的钨，还含有镍和铜。
杨氏模量可以介于280与400GPa之间，并且比质量或比密度可以大于15g/cm3。
可由一个或多个音簧2、2’、2”、2”’组成的谐振构件1可以通过铣削、电腐蚀、激光加工、模制、铸造、热压或者本技术领域中的其它合适的加工方法来制造。一个或多个音簧2、2’、2”、2”’也可以由铸造产品或者热压产品或者热或冷变形产品生成。这意味着音簧2、2’、2”、2”’可以是各向异性的或各向同性的。这些特征可能会影响声学性能。
例如，谐振构件1可以接受热处理以增强其机械性能、其耐腐蚀性和/或其声学性能。此外，谐振构件1可以进行表面处理以形成含有按重量计在51％以上的钨或钽或铑或铪的合金的表面层，这例如可以提高耐腐蚀性和/或表面硬度。在基本元件上的此附加层的厚度可以介于10nm与200μm之间。此附加层还可以用于基本元件的保护，特别是防止腐蚀。
图3示出了报时或音乐手表的一部分的局部剖视图，该手表包括根据本发明的具有用于三问表的两个音簧2、2’的谐振构件1。例如为圆形的第一音簧2布置在例如为圆形的第二音簧2’的顶部上，但是第二音簧具有不同的长度，以便在被致动时产生与第一音簧不同的音符。
第一音簧2可以正好位于表盘4的下方，而第二音簧2’位于第一音簧的下方且位于表壳中间件5的内边缘5’的上方。接合部6将表盘连接至表壳中间件5。提供了用于放置音簧2、2’的减小的空间10，但是不保证音簧2、2’不会相互碰撞或无意中与振动空间10的边缘接触。这取决于用于制造音簧的材料，例如钨或钽或铑或铪的含量按重量计在51％以上的合金。
每个音簧2、2’的宽度l1都大于或等于0.4mm。第一音簧2与表盘4分隔开高度h1，其值大约为第一音簧的横截面。第二音簧与第一音簧2分隔开高度h2，其值小于第二音簧的横截面的两倍，并且不会变形。最后，
第二音簧与表壳中间件5的下部内边缘5’分隔开高度h3，其值约为第二音簧的横截面。第一和第二音簧2、2’与表壳中间件5分隔开距离d1，其小于或等于它们的横截面的值的两倍。
图4示出了报时或音乐手表的一部分的局部剖视图，该手表包括根据本发明的具有用于钟鸣机构的四个音簧2、2’、2”、2”’的谐振构件1。第一和第二音簧2、2’与图3的实施例中的布置相同。第三音簧2”同轴地安装在第一音簧2的内侧且在与第一音簧2相同的平面中。第四音簧2”’同轴地安装在第二音簧2’的内侧且在与第二音簧2’相同的平面中。每个音簧的长度不同，以便在被致动时分别产生特定的不同音符。第一和第三音簧2、2”之间以及第二和第四音簧2’、2”’之间的间距是它们的横截面值的大约两倍。
自然地，可以根据设置有击打机构的手表的尺寸来应用音簧的其它尺寸值。
可以将两个或更多个谐振部2连接到单个附接部3。在由多个音簧2组成的谐振构件1的情况下，可以将一个或更多音簧2连接到同一附接部3，例如音簧托架3，而其它音簧2可以各自连接到它们专用的不同附接部3，例如其自身的音簧托架3。
还应注意的是，谐振构件1适合采用的材料选择为与外部零件的材料一致，以便获得振动的音簧与相邻的外部零件之间更好的声音传输。
对具有一个或多个音簧的谐振构件1描述的所有内容能够以相同的方式应用于振动板形式的谐振构件1，以便一旦被致动就演奏旋律。
根据刚刚给出的描述，本领域技术人员能够设计出用于手表或音乐盒的击打机构的谐振构件的多种变型，而不会脱离由权利要求限定的本发明的范围。
Claims (12)
1.一种用于手表或音乐盒的击打机构的谐振构件(1)，所述谐振构件(1)包括至少一个谐振部，所述谐振部设置成一旦被致动就发生振动和谐振，其特征在于，至少所述谐振部由钨或钽或铑或铪的合金制成，其中钨或钽或铑或铪在合金中的含量按重量计在51％以上，
其中，所述谐振部包括具有不同长度的至少四个音簧(2，2’，2”，2”’)，以便一旦针对鸣钟机构被致动就各自产生特定的不同音符；并且，第一音簧(2)和第二音簧(2’)能够彼此上下放置在表壳内，第三音簧(2”)和第四音簧(2”’)能够彼此上下放置在表壳内，所述第三音簧(2”)同轴地安装在所述第一音簧(2)的内侧并在与所述第一音簧(2)相同的平面内，并且所述第四音簧(2”’)同轴地安装在所述第二音簧(2’)的内侧并在与所述第二音簧(2’)相同的平面内。
2.根据权利要求1所述的谐振构件(1)，其特征在于，所述谐振构件包括与所述谐振部以一体形式整体制成的附接部(3)。
3.根据权利要求1所述的谐振构件(1)，其特征在于，所述钨或钽或铑或铪的合金被确定为使得杨氏模量与密度或比质量之间的比率小于28·106(m/s)2。
4.根据权利要求2所述的谐振构件(1)，其特征在于，所述谐振部和/或附接部(3)的硬度大于250HV。
5.根据权利要求2所述的谐振构件(1)，其特征在于，所述音簧在一端连接到所述附接部(3)并且另一端能够自由移动，所述音簧具有圆形形状从而以限定圆扇区的形式设置在表壳内，所述圆扇区的角度在150°与250°之间。
6.根据权利要求5所述的谐振构件(1)，其特征在于，所述音簧具有尺寸大于或等于0.4mm的圆形或矩形横截面。
7.根据权利要求1所述的谐振构件(1)，其特征在于，所述钽或铑或铪的合金含有以下一种或多种材料：镍、铜、铁、钼、铌、锆和钴。
8.根据权利要求1所述的谐振构件(1)，其特征在于，所述钨合金含有以下一种或多种材料：镍、钼、钽、铪、铌、锆和钴。
9.根据权利要求1所述的谐振构件(1)，其特征在于，所述音簧(2，2’，2”，2”’)是通过铣削、电腐蚀、激光加工、模制、铸造或热压而获得的。
10.根据权利要求1所述的谐振构件(1)，其特征在于，所述谐振构件由钨或钽或铑或铪的含量按重量计在75％以上的合金制成。
11.一种用于制造根据权利要求1所述的谐振构件(1)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：由钨或钽或铑或铪的合金制造所述谐振构件(1)，其中钨或钽或铑或铪的含量按重量计在51％以上；以及对所获得的谐振构件进行热处理，以增强所述谐振构件的机械性能、耐腐蚀性和/或声学性能。
12.一种用于制造根据权利要求1所述的谐振构件(1)的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：由钨或钽或铑或铪的合金制造所述谐振构件(1)，其中钨或钽或铑或铪的含量按重量计在51％以上；以及进行表面处理以形成附加的合金表面层，以便提高所述谐振构件的耐腐蚀性和/或表面硬度。
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