CN1434933A - 具有摆轮发电控制装置的机械时计 - Google Patents

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CN1434933A CN00819167A CN00819167A CN1434933A CN 1434933 A CN1434933 A CN 1434933A CN 00819167 A CN00819167 A CN 00819167A CN 00819167 A CN00819167 A CN 00819167A CN 1434933 A CN1434933 A CN 1434933A
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重城幸一郎
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Abstract

一种机械时计，包括发条、前侧齿轮系列和擒纵速度控制装置，该擒纵速度控制装置包括游丝摆轮、擒纵轮和擒纵叉，该时计还包括：构成振动源的石英振荡器；IC电路，该电路板包括用于输入石英晶体振荡器振荡输出的输出信号的分频装置，使信号分频并输出与时间相关的信号；用于操作IC电路的蓄电器；还包括用于检测机械时计走时速率的走时速率检测装置和定长游丝光摆轮发电控制装置，该发电控制装置这样构成，使得它能够根据分频装置分频的分频信号和指示走时速率检测装置检测的走时速率的操作状态信号，利用定长游丝光摆轮的转动振荡控制该定长游丝光摆轮的转动振荡频率和发电，由此可以准确控制定长游丝光摆轮的转动，从而准确调节该机械时计的走时速率。

Description

具有摆轮发电控制装置的机械时计
技术领域
本发明涉及能够高准确度显示时间的机械时计。
本发明具体涉及一种机械时计，该时计具有摆轮发电控制机构，该机构利用游丝摆轮的转动振动产生的能量控制摆轮的转动振动周期，以调节时计的速率。
发明背景
(1)机械时计的构成
按照常规机械时计，如图10和11所示，机械时计的机芯(机器主体)1100具有构成机芯的基板的主夹板1102。上条柄轴1110可转动地结合于主夹板1102的上条柄轴的导孔1102a。表盘1104(在图11中用虚线示出)固定在机芯1100上。
在主夹板的两侧中，具有表盘的一侧通常称作机芯的“后侧”，而与具有表盘一侧相反的侧面通常称作机芯的“前侧”。装在机芯“前侧”的齿轮系列通常称作“前侧齿轮系列”，而固定在机芯“后侧”的齿轮系列称作“后侧齿轮系列”。
上条柄轴1110轴线方向的位置由一种切换装置确定，该切换装置包括拉档1190、离合杆1192、离合轮杠杆簧1194和拉档压簧1196。立轮1112可转动地装在上条柄轴1110的导轴部分上。当上条柄轴1110在位于第一上条柄轴位置(0态)的状态下转动时，该立轮1112通过离合轮的转动而转动，该第一上条柄轴位置沿转动轴线位于最靠近机芯内侧的一侧。小钢轮1114通过立轮1112的转动而转动，大钢轮1116通过小钢轮1114的转动而转动。通过大钢轮1116的转动，可以将装在发条盒组件1120中的发条1122上紧。通过发条盒组件1120的转动可使中心齿轴1124转动。擒纵轮1130通过第四齿轴1128、第三齿轴1126和中央齿轴1124的转动而转动。发条盒组件1120、中心齿轴1124、第三齿轴1126和第四齿轴1128构成“前侧系列齿轮”。
用于控制“前侧齿轮系列”转动的擒纵速度控制装置包括游丝摆轮1140、擒纵轮1130和擒纵叉1142。游丝摆轮1140包括摆轮轴1140a、摆轮1140b和游丝1140c。根据中心齿轴1124的转动，空心轴小齿轮1150同时转动。固定在空心轴小齿轮1150上的分针1152显示“分钟”。分齿轮1150具有可相对于中心齿轴1124滑动的滑动机构。根据空心轴小齿轮1150的转动，通过分钟轮的转动可以转动小时齿轮1154。固定在小时齿轮1154上的时针1156显示“小时”。
发条盒组件1120可转动地由主夹板1102和条盒夹板1160支承。中心齿轴1124、第三齿轴1126、第四齿轴1128和擒纵轮1130由主夹板1102和系列齿轮夹板1162可转动地支承。擒纵叉1142可转动地由主夹板1102和擒纵叉夹板1164支承。游丝摆轮1140可转动地由主夹板1102和摆轮夹板1166支承。
游丝1140c是叶簧，为螺线形状，具有若干圈。游丝1140的内端部固定在游丝夹1140d上，该游丝夹又固定于摆轮轴1140a上。而游丝1140的外端部分则通过游丝外桩1170a固定，该游丝外桩用紧固螺钉装在固定于摆轮夹1166的外桩架1170上。
快慢针1168可转动地固定于摆轮夹板1166。游丝夹板1168a和游丝杆1168b固定于该快慢针1168。游丝1140c的靠近外端部分的一部分位于游丝夹板1168a和游丝杆1168b之间。
(2)机械时计的速率
一般按照常规的代表性的机械时计，如图12所示，在发条从发条完全上紧(完全绕紧)的状态经过退卷一段时间以后，主发条的转矩将减小。例如在图12的情况下，发条转距在完全绕紧的状态下约为27gcm，在从完全上紧状态经过20小时以后变成约23gcm，最后在从完全上紧状态经过约40小时以后变成约18gcm。
一般，按照常规代表性机械时计，如图13所示，当发条转矩减小时，游丝摆轮的摆动角也减小。例如在图13的情况下，当发条转矩为2 5～2 8gcm时，游丝摆轮的摆动角约为240～270°，而当发条转距为20～25gcm时，游丝摆轮的摆动角约为180～240°。
图14示出在常规代表性机械时计中，瞬时速率相对于游丝摆轮摆动角的变化曲线(其数值代表时计的准确度)。在这种情况下，“瞬时速率”或“速率”被定义为“指示经过一天后机械时计快或慢的值，条件是假定机械时计搁置一天，同时使游丝摆轮等的摆动角保持在测量速率时的状态或环境条件下”。在图14的情况下，当游丝摆轮的摆动角等于或大于240°时，或等于或小于200°时，该瞬时速率放慢。
例如，按照常规代表性的时计，如图14所示，当游丝摆轮的摆动角下降到约200～240°时，该瞬时速率为0～5秒/日(每天快0～5秒)，然而当游丝摆轮的摆动角约为170°时，则瞬时速率约为-20秒/日(每天慢约20秒)。
图15示出在常规代表性机械时计中，发条从完全上紧状态退卷时，经过时间和瞬时速率的变化曲线。在这种情况下，在常规机械时计中，表示该时计每天快或慢的“速率”可以通过瞬时速度对游丝摆轮退卷经过时间进行积分获得，从完全上紧状态开始积分，图中积分超过24小时，该速率表示在图15中。
按照常规机械时计，发条从完全上紧状态经过一段时间的退卷后，该发条的转矩一般降低，游丝摆轮的摆动角也降低，因而瞬时速度变慢。因此，在常规的机械时计中，可以通过估算时计经过24小时以后的时计的变慢，预先加快和预先调节在发条达到完全上紧状态时的瞬时速率，使得表示每天时计快或慢的“速率”变为正值。
例如，按照常规的代表性机械时计，如图15所示，虽然在完全上紧的状态下，瞬时速率约为3秒/日(每天快约3秒)，在从完全上紧状态经过20小时以后，该瞬时速率变成约-3秒/日(每天慢约3秒)，在从完全上紧状态经过24小时以后，该瞬时速率变成约-8秒/日(每天慢约8秒)，在从完全上紧状态经过30小时以后，该瞬时速率变为约-16秒/日(每天慢约16秒)。
按照常规的机械时计，机械时计的准确度由擒纵与速度控制装置的操作准确性确定，该擒纵与速度控制装置包括：游丝摆轮，该摆轮可交替地重复向右或向左转动；带齿轴的擒纵轮，该擒纵轮基于“前侧齿轮系列”的转动而转动；和擒纵叉，基于游丝摆轮的操作控制擒纵轮的转动。
(3)本发明要解决的问题
因此，为了提高时计的准确度，必须增加游丝摆轮的转动振动周期，但制造包含这种游丝摆轮的擒纵与速度控制装置是很难的。
另外，按照本发明机械时计，增加游丝摆轮的转动振动周期的可能范围受到限制，因此便出现一个问题，即，改进时计准确度的可能范围受到限制。
因此，常规机械时计的准确度不如石英时计的准确度，因此，常规机械时计的使用人必须每隔固定的时间校正机械时计表示的时间。
(4)本发明的目的
本发明的目的是提供一种具有极高准确度的机械时计。
本发明的再一目的是提供一种能够长时间使用的精确度极高的机械时计。
本发明概要
(1)本发明机械时计的构成
本发明机械时计包括机芯，该机芯包括：构成机械时计动力源的发条；前侧齿轮系列，该轮系用发条退卷时的转动力转动；用于控制前侧齿轮系列转动的擒纵与速度控制装置，该擒纵与速度控制装置包括：游丝摆轮，该摆轮交替地重复向右转动和向左转动；根据前侧齿轮系列转动而转动的擒纵轮；基于游丝摆轮的操作控制擒纵轮转动的擒纵叉，该游丝摆轮包括游丝、摆轮轴和摆轮。
本发明的机械时计还包括：构成振荡源的晶体振荡器；IC(集成电路)，包括分频装置和用于操作IC的蓄电器，前者输入由晶体振荡器振荡输出的输出信号，并将该输出信号分频，然后输出一个关于时间的信号。
本发明的机械时计还包括用于检测机械时计速率的速率检测装置和摆轮发电控制装置，构成的该控制装置利用由分频装置分频的分频信号和由速率检测装置检测的指示速率的操作状态信号控制游丝摆轮的转动振荡周期和由游丝摆轮的转动振荡发电。
本发明机械时计的摆轮发电控制装置最好包括装在游丝摆轮上的摆轮磁体和配置成能够使磁力作用在摆轮磁体上的线圈，其中，线圈能够抑制游丝摆轮的转动，抑制方法是基于由分频装置分频的分频信号和表示速率检测装置检测的速率的操作状态信号将磁力作用在摆轮磁体上。
在本发明机械时计的摆动发电控制装置中，最好用整流电路整流由游丝摆轮转动振荡产生的电流，并将该电流储存在蓄电器内。
另外，本发明机械时计的摆轮发电控制装置可以通过利用“Airy原理”控制游丝摆轮的转动，由此可以改变游丝摆轮的转动振荡周期。
“Airy原理”说“即使在振荡的中心点施加能量，也不会影响摆的振荡”。
在机械时计的游丝摆轮中已知：即使在游丝摆轮的转动振荡中心点施加外力，游丝摆轮的转动振荡周期仍保持不变，当使游丝摆轮在游丝摆轮转动振荡中心点上和中心点之前加速时，或在游丝摆轮转动振荡的中心点上和该中心点之后使其减速时，该游丝摆轮的转动振荡周期变快。另外，在游丝摆轮的情况下还已知：当使游丝摆轮在游丝摆轮转动振荡中心上和该中心之后加速时，或在游丝摆轮的转动振荡中心上或该中心之前减速时，该游丝摆轮的转动振荡周期变慢。
即，本发明机械时计的摆轮发电控制装置这样构成使得在机械时计的速率变快时，可以在构成游丝摆轮转动振荡中心之前的一个时刻制动该游丝摆轮的转动，使得在机械时计速率变慢时，可以在经过游丝摆轮转动振荡中心后制动摆轮的转动。
由于这种构造，因此可以准确地控制游丝摆轮的转动，从而可以准确地调节机械时计的速率。
另外，本发明机械时计的速率检测装置最好包括：擒纵叉检测压电元件，该元件装在止动销上，用于检测擒纵叉的操作；擒纵叉检测信号计数单元，用于计数从擒纵叉检测压电元件输出的擒纵叉检测信号。
按照本发明的机械时计，蓄电器可以例如是可充电的二次电池或可充电的电容。作为可充电的二次电池，例如可以采用锂二次电池。
另外，本发明的机械时计可以具有自动上条发电装置。在这种情况下，该装置被构成可将自动上条发电装置产生的电能储存在电储存器中。
另外，本发明的机械时计的整流电路最好采用肖特基(Schottky)位垒二极管构成。理由是，肖特基位垒二极管其操作速度比PN结二极管的速度快，而且正向电压低，这种二极管对于整流低电压是最好的。
在本发明的机械时计中，IC电路最好用SOI工艺构成。理由是，当应用SOI工艺时，可以减小晶体管的静电电容，因此可以加快操作速度和减少电流损耗。
此外，在本发明机械时计的摆轮发电控制装置中，摆轮发电控制装置最好被作成为，可以利用游丝摆轮的转动振荡以及采用使线圈在包含游丝摆轮转动振荡中心的固定时间间隔内导电的方法在线圈中产生感应电流。
由于这种结构，可以可靠地和有效地在线圈中产生感应电流。
(2)本发明机械时计的效果
在正常的模拟型石英时计中采用蓄电池、石英、IC电路、马达、齿轮系列和各种指示针等。在这种模拟型石英时计中，蓄电池提供的能量用于操作石英和IC电路以进行时计测时，并用于转动马达进行时间的显示。由操作石英和IC电路用于测量时间的能量与用于转动马达而显示时间的能量之比约为3∶7。
因此，当在模拟型石英时计中只利用测量时间的功能时，即使在采用同样蓄电池的情况下，蓄电池寿命也可以延长三倍甚至更多。在正常模拟型石英时计中，蓄电池的寿命约为两年。
与此相反，按照本发明的机械时计，当采用其尺寸和形状基本上与正常模拟型石英时计相同的蓄电器时，即采用二次电池或电容器时，该二次电池或电容器使用时间比正常模拟型石英时计蓄电池的寿命长。
另外，正常的机械时计在完全不维修机械时计的情况下，可以使用约5年，而且从开始应用到5年后检修该机械时计，该机械时计又可以再用约5年。因此，在正常机械时计维修一次时，该机械时计通常可以使用约10年。
因此，按照本发明的机械时计，即使在使用类似于正常模拟型石英时计的石英和IC电路，而且蓄电器即二次电池或电容器其尺寸、形状基本上与正常模拟型石英时计蓄电器尺寸、形状相同时，不需要更换电池，直至必须维修该时计。另外，按照本发明的机械时计，当蓄电器即二次电池或电容器的容量增加和IC电路的功率损耗减小时，可以提供一种时计，该时计可以用到一部分机械构件的寿命耗尽时。
另外，按照本发明的机械时计，该时计由机械构件操作，因此即使储存在蓄电器即二次电池或电容器中的电能耗尽时也不需要担心时计会停摆，只是时间显示的准确性比储存在二次电池或电容器中的电能耗尽之前的准确性差。
另外，按照本发明的机械时计，当配置自动上条发电装置或手动上条发电装置时，更不用太担心储存在蓄电器即二次电池或电容器上的电能被耗尽。
附图的简要说明
图1是平面图，示出本发明机械时计实施例的机芯前侧的轮廓形状(在图1中，省去一部分部件，夹板用虚线表示)。
图2是放大的局部平面图，示出本发明机械时计实施例的一部分游丝摆轮的轮廓形状。
图3放大的局部截面图，示出本发明机械时计该实施例的一部分游丝摆轮的轮廓形状。
图4是透视图，示出本发明机械时计该实施例的摆轮磁体的轮廓形状。
图5是方块图，示出控制本发明机械时计该实施例的游丝摆轮操作的示意操作程序。
图6是时间曲线，示出本发明机械时计该实施例的控制游丝摆轮操作的原理。
图7是局部轮廓平面图，示出本发明机械时计该实施例的用于检测齿轮系列操作的一部分结构。
图8是时间曲线，示出本发明机械时计该实施例的控制游丝摆轮操作的原理。
图9是程序图，示出本发明机械时计该实施例的控制游丝摆轮操作的一部分操作程序。
图10是平面图，示出常规机械时计的机芯前侧的轮廓形状(在图10中省去一部分零件，夹板由虚线表示)。
图11是常规机械时计的机芯简略的局部截面图(在图11中省去一部分零件)。
图12是曲线图，是表示发条完全上紧状态后，退卷经过时间和该机械时计中发条转距之间关系的简图。
图13是曲线图，是表示游丝摆轮摆动角和机械时计中发条转矩之间相互关系的简图。
图14是曲线图，是表示游丝摆轮摆动角和机械时计中瞬时速率之间关系的简图。
图15是曲线图，是表示发条完全上紧状态后退卷经过时间和机械时计中瞬时速度之间关系的简图。
实施本发明的最好模式
下面参考附图，说明本发明机械时计的实施例。
(1)本发明机械时计总的结构
参照图1和2，按照本发明的机械时计的一个实施例，机芯640包括构成该机芯基板的主夹板102。上条柄轴110可转动地结合在主夹板102的上条柄轴导孔102a中。
表盘(未示出)固定于本发明机械时计的机芯640上。该表盘具有例如12点刻度、3点刻度、6点刻度和9点刻度。
上条柄轴110具有方形部分和导轴部分。离合轮(未示出)结合于上条柄轴110的方形部分。即，离合轮的转动轴线与上条柄轴110的转动轴线相同。离合轮具有方形孔，使该方孔套在上条柄轴110的方形部分上，该离合轮便可随上条柄轴110的转动而转动。离合轮具有齿A和B。齿A位于离合轮的最靠近机芯中心的端部分。而齿B形成在离合轮的最靠近该机芯外侧的端部分。
该机芯640具有用于确定上条柄轴110在轴线方向位置的切换装置。该切换装置包括拉档132、离合杆134、离合轮杠杆簧136和拉档压簧136。根据拉档132的转动确定上条柄轴110在转动轴线方向的位置。根据离合杆134的转动确定离合轮在转动轴线方向的位置。根据拉档132的转动使离合杆134定位在转动方向的两个位置。
立轮112可转动地配置在上条柄轴110的导轴部分。当上条柄轴110位于沿转动轴线最靠近机芯640内侧的第一上条柄轴位置(0态)的状态下转动时，构成的该立轮112可以随离合轮的转动而转动。构成的小钢轮114可以通过立轮112的转动进行转动。大钢轮116被结合成可由于小钢轮114的转动而转动。
机芯640具有装在发条盒组件120中的作为其动力源的发条(未示出)。该发条用具有弹簧特性的弹性材料例如铁制作。该发条被构成可利用大钢轮116的转动而被上紧。
构成的中心齿轴124可以随发条盒组件120的转动而转动。构成的第三齿轴126可以根据中心齿轴124的转动而转动。构成的第四齿轴可以随第三齿轴126的转动而转动。构成的擒纵轮可以随第四齿轴128的转动而转动。发条盒组件120、中心齿轴124、第三齿轴126和第四齿轴128构成前侧齿轮系列。
(2)擒纵与速度控制装置的结构
机芯640装有用于控制前侧齿轮系列转动的擒纵与速度控制装置。该擒纵与速度控制装置包括：游丝摆轮140，该摆轮按固定周期重复向右和向左转动；擒纵轮130，该齿轮随前侧齿轮系列的转动而转动；擒纵叉142，根据游丝摆轮140的操作控制擒纵轮130的转动。
擒纵轮130、擒纵叉142和游丝摆轮140的基本操作原理与常规机械时计的机芯的操作原理相同。
参考图7，擒纵叉142包括配置成能够与擒纵轮130接触的入口指形钻142a、配置成可与擒纵轮130接触的出口指形钻142b、配置成使得游丝摆轮的摆钻(未示出)可以进入和离开的擒纵叉箭形头部分142c和擒纵叉杆部分142d。
当游丝摆轮和摆钻向左方向(反时针方向)转动时，该摆钻进入该擒纵叉箭形头部分142c。然后，该摆钻使擒纵叉142向右方向(顺时针方向)转动，使得擒纵叉142停止并在入口指形钻142a的一侧松开。随后，擒纵轮130的摆动隅角移向入口指形钻142a的冲击面。通过擒纵轮130的作用力，该入口指形钻142a的冲击面被向上推，擒纵叉向右方(顺时针方向)转动。然后，擒纵叉箭形头部分142压住摆钻石，并使摆钻向左方(反时针方向)转动。
在冲击过后，擒纵轮130的齿离开入口指形钻142a，擒纵轮130空转，并且擒纵轮130下降。当擒纵轮130完成下落后，擒纵轮130的其它齿便与出口指形钻142b的止动面接触，由此构成第一静止状态。
当第一静止状态过去，并且摆钻离开擒纵叉箭形头部分142c时，利用擒纵轮130的作用力，擒纵叉142使摆钻向左方(反时针方向)转动。另外，使擒纵叉杆部分142d与主夹板的第一止动销102d接触，停止擒纵叉142的转动，由此构成第二静止状态。
另外，游丝摆轮140向左方(反时针方向)转动，并进行自由转动。
接着，当游丝摆轮140达到最大摆动角的位置时，该游丝摆轮140朝右方(顺时针方向)转动，并且摆钻也向右方(顺时针方向)转动。
随后，摆钻与擒纵叉箭形头部分142c接触，并且擒纵叉142向左方(反时针方向)转动。随后，使擒纵叉142停止并在出口指形钻142b的一侧松开，类似于出口指形钻142b侧的这种操作可以在入口指形钻142a的一侧重复进行。
(3)齿轮系列的结构
回到图1，空心轴小齿轮(未示出)可以随中心齿轴124的转动同时转动。分针(未示出)固定于空心轴小齿轮上，构成的该分针显示“分钟”。空心轴小齿轮装有滑动机构，该滑动机构相对于中心齿轴124具有预定的滑动转矩。
基于空心轴小齿轮的转动可使分针齿轮(未示出)转动。基于分针齿轮的转动，小时齿轮(未示出)转动。构成的固定在小时齿轮上的时针显示“小时”。
发条盒组件120可转动地由主夹板102和发条盒夹板160支承。中心齿轴124、第三齿轴126、第四齿轴128和擒纵轮130可转动地由主夹板102和齿轮系列夹板162支承。擒纵叉142可转动地由主夹板102和擒纵叉夹板142支承。
(4)游丝摆轮的结构
参照图2和3，该游丝摆轮140可转动地由主夹板102和摆轮夹板166支承。卸，摆轮轴140a的上部榫槽可转动地由固定于摆轮夹板166上的摆轮上部轴承166a支承。该摆轮上部轴承166a包括摆轮上孔钻和摆轮上盖钻。该摆轮上孔钻和摆轮上盖钻用绝缘材料例如红宝石制作。游丝摆轮140包括摆轮轴140a、摆轮140b和游丝140c。
摆轮轴140a的下部榫槽可转动地由固定于主夹板102的摆轮下部轴承102b支承。该摆轮下部轴承102b包括摆轮下孔钻和摆轮下盖钻。该摆轮下孔钻和摆轮下盖钻用绝缘材料例如红宝石制作。
游丝140c是具有许多螺旋圈的页簧。游丝140c的内端部固定于游丝夹上，该游丝夹又固定于摆轮轴140a，游丝140c的外端部分通过游丝外桩利用螺钉固定，该游丝外桩固定于可转动地固定于摆轮夹板166的外桩架166a上。该摆轮夹板166用金属导电材料例如黄铜制作。该外桩架166a用金属导电材料例如铁制作。
游丝140c是细长的，可以按照游丝摆轮140的转动角在游丝140的径向方向收缩。例如在图1所示的状态下，当游丝摆轮140沿顺时针方向转动时，该游丝140c便向游丝摆轮140的中心的方向收缩，与此相反，当游丝摆轮140沿反时针方向转动时，该游丝140便沿离开游丝摆轮140中心的方向膨胀。
该游丝140c用具有弹簧特性的弹性材料例如镍铬恒弹性钢制作。即，游丝140c用金属导电材料制作。
靠近游丝140c外圆周的部分被支承在游丝夹板426和游丝杆428之间。因此，通过转动快慢针420可确定游丝夹板426和游丝杆428的位置，由此可确定游丝140c的有效长度。另外，当确定了游丝140c的有效长度时，便可确定游丝摆轮140转动振荡周期以及确定机械时计的速率。
(5)配置在游丝摆轮上的摆轮磁体和配置在主夹板上的线圈的结构
下面参考图1～3，线圈180、180a、180b和180c固定在主夹板102前侧的表面上，与主夹板该侧的摆轮140b的侧面相对。虽然线圈的数目例如是图中所示的四个，但是该数目可以是一个，两个，三个或四个，或更多个。
摆轮磁体140e固定在位于主夹板该侧的游丝摆轮140b的侧面上，与主夹板102前侧的表面相对。
如图1和2所示，虽然在配置许多个线圈的情况下，线圈沿圆周方向的间隔最好是配置成与线圈相对的摆轮磁体140e的S极和N极沿圆周方向间隔的整数倍，但是，该间隔对于沿圆周方向的所有线圈可以不相同。另外，按照这种配置许多个线圈的结构，在各线圈中的多根导线可以并联接线，使得在各线圈上由电磁感应产生的电流不相互抵消。或者，在各线圈中的导线可以这样并联接线，使得在各线圈上由电磁感应产生的电流彼此不抵消。
参照图4，摆轮磁体140e为环形形状(象环样的形状)，沿其圆周方向例如具有交替配置的磁部分，该磁部分包括12个S极140s1～140s12，和12个N极140n1～140n12，这些磁极是沿上下方向被极化。虽然在摆轮磁体140中配置成环形的磁部分的数目是例如图4所示的12，但是该数目可以是2或更多。在此种情况下，磁部分一个弦的长度最好基本上等于对着该磁部分的一个线圈的外直径。
参照图3，在摆轮磁体140e和线圈180、180a、180b和180c之间形成间隙。在摆轮磁体140e和线圈180、180a、180b和180c之间间隙的数值STC这样确定，使得在线圈180、180a、180b和180c导电时，摆轮磁体140e的磁力可以使线圈180、180a、180b和180c发生电磁感应。
当线圈180、180a、180b和180c不导电时，摆轮磁体140e的磁力不能在线圈180、180a、180b和180c上实现电磁感应。摆轮磁体140e可利用粘接剂等固定于位于主夹板该侧的摆轮环140b上，具体是，摆轮磁体140e的一个表面，接触摆轮140b环形边缘部分，而其另一个表面对着主夹板102前侧的表面。
第一导线182连接于线圈180的一个端子和IC642的第一线圈端子。第二导线184连接于线圈180c的一个端子和IC642的第二线圈端子。
另外，虽然在图3中，游丝140的厚度(在游丝摆轮径向方向的厚度)被夸大地示出，但是该厚度例如是0.021mm。对于摆轮磁体140e，其外径例如为9mm，而其内直径约为7mm，而其厚度约为1mm，其磁通量密度约为0.02T。各个线圈180、180a、180b和180c的圈数例如是8圈，线圈导线直径约为25μm。在摆轮磁体140e和线圈180、180a、180b和180c之间的间隙STC例如约为0.4mm。
(6)IC电路的结构和操作
下面说明本发明机械时计IC电路的结构和操作。
参考图5，晶体振荡器210构成计时电路的振荡源。IC642包括分频电路214、校正脉冲比较电路216、波形校正电路332、电磁制动操作电路340和整流电路342。
分频电路214输入晶体振荡器210振荡输出的输出信号，并将该信号分频，输出关于时间的信号。该波形校正电路332校正速率检测装置输出的检测信号的波形。
该校正脉冲比较电路216将分频电路214输出的分频信号与波形校正电路332输出的检测信号进行比较。
电磁制动操作电路340可基于校正脉冲比较电路216输出的信号响应波形校正电路332输出的操作定时信号，使线圈180、180a、180b和180c导电。因为使线圈180、180a、180b和180c导电，所以可利用摆轮磁体140e磁通量的变化产生感应电流。由于感应电流，抑制游丝摆轮140转动的力将作用在游丝摆轮140上。另外，由于这种操作，使得抑制游丝摆轮140转动的制动力作用在游丝摆轮140上，所以可以减小游丝摆轮140的摆动角。
整流电路342用于整流感应电流，该感应电流是由于摆轮磁通量变化在线圈180、180a、180b和180c导电的状态下产生的。
蓄电器即电容器352构成操作IC642的电源。由整流电路342整流的电流通到电容器352，因此，由感应电流产生的电能储存在电容器352中。
按照本发明，蓄电器可以是可充电的二次电池，或是可以充电的电容。另外，按照本发明，整流电路342可以装在IC642电路上，如图所示的，或可以与IC642分开，构成外部元件。
当采用外部元件时，整流电路342最好用肖特基位垒二极管(SBD)制造。理由是，肖特基位垒二极管的操作速度比PN结二极管快，而且正向电压低，该二极管是对整流低压是最佳的。
按照本发明，最好采用“SOI工艺”制造IC642电路板。该“SOI工艺”称作“在绝缘体上的硅”。当采用“SOI工艺”时可以减小晶体管的静电电容，增加其操作速度，并减小电流损耗。
采用“SOI工艺”制造的板可以从例如Komatsu electronic metal公司买到，其商品名为“SIMOX”。
(7)速率检测装置的结构和操作
下面说明本发明机械时计速率检测装置的结构和操作。
下面参考图1、2、3和7，齿轮系列224由作为动力源的发条222转动。它被结构成，通过齿轮系列224的转动分针226显示“分钟”，而时针228显示“小时”。分针226固定在中心齿轴124上。构成的中心齿轴124一小时转一圈。擒纵轮130随齿轮系列224的转动而转动。擒纵叉142根据游丝摆轮140的操作控制擒纵轮130的转动。
擒纵叉检测压电元件336固定于主夹板102的第一止动销102d。擒纵叉杆部分142d被安装成可以与擒纵叉检测压电元件336接触。在擒纵叉杆部分142d接触擒纵叉检测压电元件336时，该擒纵叉检测压电元件336将产生电压(见图8(4))。
擒纵叉检测压电元件336构成速率检测装置330，用于检测齿轮系列的转动操作状态。另外，该检测装置被结构成，当擒纵叉杆部分142d接触擒纵叉检测压电元件336时，检测到的信号将输入到IC642电路极。游丝摆轮140以3Hz频率振动。因此，速度检测装置330输出频率为3Hz的检测信号。
波形校正电路332输入从擒纵叉检测压电元件336输出的检测信号。
参考图3，构成的校正脉冲比较电路216可以比较由擒纵与速度控制装置测量的1/3秒的周期(见图6(1))和由IC电路板测量的1/3秒周期(见图6(2))。
速率检测装置330将擒纵叉杆部分142d接触擒纵叉检测压电元件336时由擒纵与速度控制装置测量的1/3秒周期检测信号输出IC642电路板，该擒纵与速度控制装置包括擒纵轮130、擒纵叉142和游丝摆轮140。
即，速度检测装置330包括擒纵叉杆部分142d和擒纵叉检测压电元件336。
(8)摆轮发电控制单元的结构和操作
下面说明本发明机械时计的摆轮发电控制装置的结构和操作。
再参考图1、2、3和9，分频电路214被构成可以分频由晶体振荡器210振荡输出的32768Hz的输出信号，然后将具有周期为1/3秒的分频信号输出到校正脉冲比较电路216。
校正脉冲比较电路216被结构成，可以将擒纵速度控制装置测量的周期为1/3秒的检测信号(见图6(1))和由IC642板上分频电路214输出的周期为1/3秒的分频信号(见图(6(2))进行比较，并计算其间的差值(见图6(3))。该差值即是本发明机械时计需要经调节速率进行校正的时间长度。
另外，电磁制动操作电路340根据校正脉冲比较电路216输出的信号使线圈180、180a、180b和180c通电。由于线圈180、180a、180b和180c通电，所以游丝摆轮140受到制动力的作用，从而抑制游丝摆轮140的转动，这样便减小了游丝摆轮140的摆动角。
因此在摆轮发电控制装置中，校正脉冲比较电路216、电磁制动操作电路340、摆轮磁体140e和线圈180、180a、180b和180c构成控制游丝摆轮140操作的部分。另外，摆轮发电控制单元被结构成例如可以正常控制游丝摆轮140的操作。
由于具有这种结构，所以可根据图6(3)所示的差值，调节机械时计的速率。
即，参考图5和7，当因为擒纵叉杆部分142d接触擒纵叉检测压电元件336检测到擒纵叉的接触时，波形校正电路332便输入从擒纵叉检测压电元件336输出的检测信号。
波形校正电路332输入由擒纵叉检测信号计数装置计数的检测信号，整形该波形，并输出如图8(5)所示校正信号，。分频电路214将图6(2)所示的分频信号输出到校正脉冲比较电路216。
随后，矫正脉冲比较电路216将波形校正电路332输出的周期为1/3秒的输出信号(见图6(1))和从分频电路214输出的周期为1/3秒的分频信号(见图6(2))进行比较，然后计数差值(见图6(3))。
由于利用校正脉冲比较电路216输入图8(5)的信号，所以擒纵叉杆部分142d接触擒纵叉检测压电元件336的时刻是已知的，因此止动擒纵叉142的时刻已知。这样，便可根据止动擒纵叉142的这个时刻检测游丝摆轮140的转动方向和游丝摆轮140转动振荡中心点的时刻。
校正脉冲比较电路216通过比较由擒纵与速度控制装置测量的1/3秒周期和由IC642电路板测量的1/3秒周期便可确定时计的速率是快还是慢。
游丝140c是细长的，可按照游丝摆轮140转动的转角沿游丝140的径向方向收缩。例如，在图2所示的状态下，当游丝摆轮140顺时针转动时，该游丝140c向游丝摆轮140中心的方向收缩，与此相反，当游丝摆轮140反时针转动时，该游丝140c便向离开游丝摆轮140中心的方向膨胀。
如上所述，本发明机械时计的摆轮发电控制装置350被结构成可以应用“Airy原理”，通过控制游丝摆轮140的转动改变该游丝摆轮的转动振荡周期。
可以在偏离游丝摆轮140转动振动中心的一个时间点在一段恒定时间间隔内控制游丝摆轮140的转动，或可以在包含游丝摆轮140转动振荡中心的恒定时间间隔内进行这种控制。
即，本发明机械时计的摆轮发电控制装置350被构成，在机械时计的速率快时可以在到达游丝摆轮140转动振荡中心之前的一个时刻(图8(5)的时刻t1)制动游丝摆轮140的转动。另外，本发明机械时计的摆轮发电控制装置350被构成，在机械时计的速率慢时可以在已经通过游丝摆轮140转动振荡中心的一个时刻(图8(5)的时刻t2)制动游丝摆轮140的转动。
即，根据波形校正电路332输出的信号可以确定通过电磁制动操作电路340的操作使线圈180、180a、180b和180c导电的时刻。另外，基于校正脉冲比较电路216输出的信号，可以确定通过电磁制动操作电路330的操作线圈180、180a、180b和180c导电的时间长度。
由于这种结构，所以可精确地控制游丝摆轮140的转动，从而精确调节机械时计的速率。
按照本发明的机械时计，当机械时计的速率快时，在达到游丝摆轮140转动振荡中心之前的时刻(图8(5)的时刻t1)使线圈180、180a、180b和180c导电，这样，摆轮磁体140e的磁通量便可在线圈180、180a、180b和180c上发生电磁感应。结果，通过摆轮磁体140e和线圈180、180a、180b和180c的操作可以减小游丝摆轮140转动振荡的周期。
另外，按照本发明的机械时计，当机械时计的速率慢时，可以在已经经过游丝摆轮140转动振荡中心的时刻(图8(5)的时刻t2)使线圈180、180a、180b和180c导电，这样，摆轮磁体140e的磁通量便可在线圈180、180a、180b和180c上发生电磁感应。结果，通过摆轮磁体140e和线圈180、180a、180b和180c的操作便可增加游丝摆轮140的转动振荡周期。
按照这样构成的本发明的机械时计，可以有效地控制游丝摆轮140的转动振荡周期。
本发明根据校正脉冲比较电路216比较的结果确定调节游丝摆轮140转动振荡周期的时刻值，对此，可根据试验预先计算出机械时计速率和感应电流使游丝摆轮140转动振荡周期变化之间的关系，该感应电流是在线圈180、180a、180b和180c导电的情况下，由摆轮磁体140e磁通量的变化产生的，并储存在校正脉冲比较电路216上。
如上所述，利用本发明可以以很高的准确度调节机械时计的速率。
另外，按照本发明的机械时计，可以使线圈180、180a、180b和180c在包括游丝摆轮140转动振荡中心的恒定时间间隔中导电。在线圈180、180a、180b和180c导电的情况下，可以利用游丝摆轮140的转动振荡改变摆轮磁体140e的磁通量。结果，在线圈180、180a、180b和180c中产生感应电流。产生的感应电流由整流电路342整流，然后储存在蓄电器内，即储存在电容器352内。因此，电容器构成操作IC642的电源。
“包括游丝摆轮140转动振荡中心的恒定时间长度”可以设定在例如一个时间范围和另一个时间范围之间，该一个时间范围是从游丝摆轮振荡中心摆动的±30°摆动角范围(当向右方转动时为+，而当向左方转动时为-)，该后一个时间范围是从游丝摆轮振荡中心摆动±120°摆动角的范围。
按照这样构成的本发明的机械时计，在包含游丝摆轮140转动振荡中心的恒定时间间隔内，可以通过调节在线圈180、180a、180b和180c上产生的感应电流发电量有效地控制游丝摆轮140的转动振荡周期。
(9)本发明机械时计的电路构成
另外，按照本发明的机械时计，执行各种操作的电路可以作成IC电路板，或该IC电路板可以是包含执行各种操作程序的PLA-IC电路板。另外，按照本发明机械时计，如果需要可以采用外部元件例如电阻、电容、线圈、二极管、晶体管等与IC电路板配合。
(10)实施例
下面说明本发明机械时计的一个实施例。
例如按照本发明机械时计，发条的发条转距可以设定为60g.cm。可以这样制作机械时计，使得5g.cm的发条转矩用于进行发电。
按照本发明的机械时计，从包含发条的发条盒组件到擒纵轮的减速比为1/5040。按照本发明的机械时计，齿轮系列和擒纵装置的综合效率为30％。按照本发明的机械时计，游丝摆轮的摆轮的半径r是0.42cm，摆轮磁体的宽度是0.04cm，摆轮磁体和线圈之间的距离例如是0.04cm。
按照本发明的机械时计，摆轮的转矩如下：
T＝(5/5040)×0.3＝2.98×10-4[gf.cm]
作用在游丝摆轮外环部分上的力如下：
F＝T/r＝(2.98×10-4)/0.42[gf.cm/mm]
＝7.09×10-4[gf]
＝(7.09×10-4)×(9.8×10-3)    [N]
＝6.95×10-6    [N]
当游丝摆轮从冲击开始到第一制动的转动角被设定为40°时，因为转矩传送到摆轮磁体上而使摆轮磁体在1秒钟内移动的距离如下：
2πrx(40/360)×6＝1.76×10-2[m]
在一秒中内，线圈上产生的能量ΔE如下：
ΔE＝6.96×10-2×1.76×10-2  [N.m/S]
＝1.22×10-7  [J/S]
＝0.12  [μW]
另外，在采用“SOI工艺”制作的电路板时，在一秒中内，驱动石英装置和包含分频装置的IC电路板所需的功率如下：
0.06[μA]×1.5[V]＝0.09  [μW]
因此，在一秒钟内，驱动石英装置和IC电路板的功率为0.09μW。线圈在一秒种内产生的能量ΔE是0.12μW，因此，可以确信，本发明机械时计的实施例可以可靠地工作。
按照本发明机械时计的实施例，不需要升压电路。另外，按照本发明机械时计的实施例，当采用肖特基位垒二极管构成整流器时，整流器只需要0.2V，而IC电路板需要1.5V，因此，在线圈上产生的最大电压需要2V。
采用满足这些条件的线圈的例子如下：
剩余磁通量密度Br＝10[kG]
磁体半径R＝1[mm]
磁体长度L＝0.5[mm]
磁体和线圈之间的距离X＝0.5[mm]
磁体密度ρ＝8.5[cm3]
线圈外直径Dc2＝4[mm]
线圈内直径Dc1＝0.5[mm]
线圈厚度tc＝0.5[mm]
线圈导线直径dc1＝0.0135[mm]
线圈的最终尺寸dc2＝0.0165[mm]
按照本发明的机械时计实施例，可制备四个具有上述参数的线圈，并进行串联接线。另外，采用铁制作游丝摆轮。
按照用这种方法制作的本发明的机械时计实施例，在线圈上产生的电压约为2.36V。因此按照本发明机械时计的实施例，可以确信电容器能够被充电，而不必采用升压电路。
工业适用性
本发明的机械时计适用于制造高准确度的机械时计。
按照本发明的机械时计，采用摆轮磁体控制游丝摆轮的转动振荡周期，由此可以准确地调节速率。

Claims (8)

1.一种机械时计，其特征在于，该机械时计具有机芯，该机芯包括构成该机械时计动力源的发条、由发条退卷产生的转动力转动的前侧齿轮系列和用于控制该前侧齿轮系列转动的擒纵与速度控制装置，上述擒纵与速度控制装置包括：游丝摆轮，该游丝摆轮交替地重复向右和向左转动；擒纵轮，该擒纵轮随前侧齿轮系列的转动而转动；擒纵叉，根据游丝摆轮的操作控制擒纵轮的转动，上述游丝摆轮包括游丝、摆轮轴和摆轮，上述机械时计包括：
构成一振荡源的晶体振荡器(210)；
集成电路(642)，包括分频电路(214)，该分频电路输入晶体振荡器(210)振荡输出的输出信号，并将该输出信号分频，由此输出关于时间的信号；
用于操作集成电路(642)的蓄电器(352)；
用于检测机械时计速率的速率检测装置(330)；以及
摆轮发电控制装置(350)，该控制装置构成为根据分频装置(214)分频的分频信号和指示由速率检测装置(330)检测的速率的操作状态信号控制游丝摆轮(140)的转动振荡周期，并利用游丝摆轮140的转动振荡发电。
2.如权利要求1所述的机械时计，其特征在于，该摆轮发电控制装置(350)包括配置在游丝摆轮(140)上的摆轮磁体(140e)和配置成能够向摆轮磁体(140e)施加磁力的线圈(180、180a、180b和180c)；
其中，线圈(180、180a、180b和180c)被构成可以根据由分频装置(214)分频的分频信号和指示速率检测装置(330)检测的速率的操作状态信号，向摆轮磁体(140e)施加磁力，由此控制游丝摆轮(140)转动振荡的周期。
3.如权利要求1或2所述的机械时计，其特征在于，这样构成摆轮发电控制装置(350)，使得可用整流电路整流由游丝摆轮(140)转动振荡产生的电流，并将该整流电流储存在蓄电器(352)内。
4.如权利要求1～3中任一项所述的机械时计，其特征在于，这样构成摆轮发电控制装置(350)，使得在机械时计的速率变快时，可以在达到游丝摆轮(140)转动振荡中心之前的一个时刻制动游丝摆轮(140)的转动，并且该摆轮发电控制装置(350)还这样构成，使得在机械时计的速率变慢时，可以在经过游丝摆轮(140)转动振荡中心之后制动游丝摆轮(140)的转动。
5.如权利要求1～4中任一项所述的机械时计，其特征在于，速率检测装置(330)包括配置在制动销(102d)上的用于检测擒纵叉(142)操作的擒纵叉检测压电元件(336)和用于计数擒纵叉检测压电元件(336)输出的擒纵叉检测信号的擒纵叉检测信号计数装置。
6.如权利要求3所述的机械时计，其特征在于，该整流电路用肖特基位垒二极管构成。
7.如权利要求1～6中任一项所述的机械时计，其特征在于，集成电路采用硅绝缘体工艺制作。
8.如权利要求1～7中任一项所述的机械时计，其特征在于，摆轮发电控制装置(350)被构成可以在包含游丝摆轮(140)转动振荡中心的恒定时间间隔内使线圈(180、180a、180b和180c)导电，在此情况下，利用游丝摆轮(140)的转动振荡在线圈(180、180a、180b和180c)中产生感应电流。
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