專利名稱：用于鐘表游絲擺輪振蕩器的游絲及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于鐘表游絲擺輪振蕩器的游絲及制造該游絲的方法，該游絲可特別由低密度材料，例如硅、金剛石或石英制成。
背景技術(shù)：
采用精密加工技術(shù)，例如硅片的掩膜和蝕刻，前述低密度材料允許游絲具有復雜的幾何尺寸。游絲的精密計時性能直接取決于其質(zhì)量，因為當其膨脹和收縮時，游絲的質(zhì)量有助于施加到擺輪樞軸的力。公開號為EP1921518的歐洲專利申請描述了一種可以安裝到鐘表的組裝元件。該元件包括直線彈性葉片和孔(偏斜開口)，其由材料的橋(birdge)隔開。它的目的是改善將其相對于心軸(arbor)進行綁縛的阻力。本發(fā)明的目的是減少鐘表游絲的質(zhì)量，而同時保持與實心固體游絲的硬度相等的硬度。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明的一個主題是一種用于游絲擺輪振蕩器的游絲，包括至少一個葉片， 其剖面具有一定厚度和高度，該游絲的特性是葉片包括在葉片高度方向延伸并且通過橋交替的多個孔。因此，借助本發(fā)明，減少了葉片的質(zhì)量，并且這樣導致游絲擺輪調(diào)節(jié)機構(gòu)等時性的改善。根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，葉片形成多個圈，且孔分布在一個圈的至少整個長度上。根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，孔分布在葉片的整個長度上。通過在橋之間的恒定距離或者通過在橋之間的恒定節(jié)距角，所述孔可以均勻地分布，或者，通過在橋之間沿著整個葉片的圈的整個長度上可以改變的節(jié)距角或距離，所述孔可以非均勻地分布。有利地，形成葉片的厚度和孔，以使葉片的硬度與具有特定剖面但不具有孔的參考葉片的硬度相同，考慮到質(zhì)量的減少，對于游絲在振動的動作來說，這是有利的。優(yōu)選地，所述孔具有延長的形狀，且所述葉片包括兩個互相連接在一起且通過孔隔開的等距部分。作為實施例的替代形式，所述孔可以是圓形或橢圓形。在一個實施例中，兩個等距部分中的每個都具有比參考葉片一半厚度還小的尺寸厚度，且在孔處以比不具有孔的參考葉片的一半厚度大的距離相隔開。例如，葉片的兩個等距部分的厚度中的每一個都等于參考葉片厚度的四分之一， 且葉片的全部厚度等于不具有孔的參考葉片厚度的1. 05倍。在一個實施例中，橋沿著葉片以恒定的角間隔均勻地分布。
優(yōu)選地，與孔相間的橋之間的角間隔選擇在1°到360°之間。在一個實施例中，橋之間的角間隔在內(nèi)圈上為30°，在外圈上為15°。在另一個實施例中，橋沿著葉片以橋之間的固定距離均勻地分布。有利地，葉片由硅，金剛石或石英制成?？商娲?，葉片由合金制成，例如基于鎳的在一個實施例中，葉片具有沿著圈恒定的厚度。在另一個實施例中，葉片具有沿著圈變化的厚度。有利地，葉片包括核和圍繞核的外部材料層，這些部分通過以下方式配置，即核的尺寸與外部材料層的尺寸間的比率沿著葉片保持固定。例如，葉片的核由硅制成，而外部材料層由二氧化硅Si02制成。本發(fā)明還涉及一種制造這樣的游絲的方法。


附圖示例性地示出構(gòu)成本發(fā)明主題的游絲的一個實施例，以及該實施例的變形。圖1為現(xiàn)有技術(shù)用于鐘表游絲擺輪振蕩器的游絲葉片的一部分的平面圖；圖2為根據(jù)本發(fā)明的用于鐘表游絲擺輪振蕩器的游絲葉片的一部分的實施例的平面圖；圖3示出了圖1的游絲葉片的剖面；圖4示出了在游絲葉片的圖2的IV-IV上的剖面；圖5為采用對應于圖1中葉片的形狀的游絲獲得的等時圖(isochronicity)；圖6描繪了采用對應于圖2中葉片的形狀的游絲獲得的等時圖；圖7為示出了采用對應于圖1及圖2的葉片形狀的游絲獲取的位置之間的最大差異ΔΜ的圖；圖8描繪了現(xiàn)有技術(shù)中具有可變厚度的游絲的葉片部件；圖9描繪了根據(jù)本發(fā)明具有可變厚度的游絲葉片的部件；圖10為根據(jù)本發(fā)明的游絲葉片的的一個實施例的平面圖，其采用光學顯微鏡通過顯微照相術(shù)產(chǎn)生；圖11為根據(jù)本發(fā)明的游絲葉片的放大圖，作為電子顯微鏡照片生成；并且圖12a到圖12g為實施例的可替代形式。
具體實施例方式游絲的葉片的目的在于，其連接到鐘表擺輪(未示出)，并且當其作為游絲擺輪機構(gòu)振蕩的結(jié)果而收縮和膨脹時，游絲的葉片發(fā)生彈性、同心地變形。如圖1和圖3中描繪的，現(xiàn)有技術(shù)的游絲的葉片1或帶條具有矩形的橫向剖面，該剖面具有高度h和厚度e，并且，游絲的葉片或帶條具有內(nèi)端部和外端部，內(nèi)端部連接到套爪(collet)(未示出)以將其固定到擺輪的心軸上，外端部連接到附件(未示出)的固定點上。整片葉片1指的是不具有孔的參考葉片1。優(yōu)選地，游絲由低密度材料，例如硅、金剛石或石英采用精密加工技術(shù)制成，該技術(shù)可以實現(xiàn)復雜的葉片幾何形狀，例如通過掩膜、蝕刻及切割硅晶片。
為了簡化描述，按照習慣來使用各個軸向，徑向和角度方向，并且，其或多或少對應于分別沿著剖面的高度方向、剖面的厚度方向以及葉片的每個圈的延伸方向。根據(jù)本發(fā)明、且在圖2和圖11中示出的游絲包括葉片2，其形成具有沿葉片整個長度均勻間隔的、在葉片的厚度方向上的孔3的圈，以便于減少質(zhì)量/硬度比，且因此最終減少其質(zhì)量。換句話說，孔3沿著位于兩個等距部分4之間的剖面的高度方向軸向地穿過葉片 2，這比圖4中示出的要好?？?優(yōu)選地為伸長的形狀。它們每個均位于葉片2的等距部分4之間，兩個等距部分4可選地具有將兩個等距部分聯(lián)接在一起的橋5。在圖2所示的本發(fā)明的實施例中，橋5沿著葉片2以30°的角度間隔α均勻分布，孔3的弧長通過作為游絲的每個螺旋圈向外部增加。橋5之間的角度間隔α可選擇在1°到360°之間?？蛇x擇不同的角度間隔α用于內(nèi)圈或外圈，如圖10所示，其中，內(nèi)圈間隔等于 30°，外圈間隔等于15°。間隔還可連續(xù)變化，例如，為了沿各個圈保持兩個橋之間大體固定的距離d。橋5的布置，孔3的尺寸以及部分4的厚度都配置以確保圖2的葉片2具有與不含有孔的參考葉片1相同的硬度。如圖3所示，具有預定矩形剖面6且不具有孔的參考葉片1類似于具有高度h和厚度e的梁。眾所周知，這樣的梁與其慣性力矩(moment of inertia) I成比例，慣性力矩由 I = h · e3/12 確定。如圖4中所示，對于第一近似值，即忽略橋5的影響，根據(jù)本發(fā)明的游絲的葉片2 可看做具有高度h'和總厚度e'的梁，其由厚度為e"的兩個等距且對稱的部分4組成，且由穿過部分4的兩個相對平面7的孔3隔開。兩個部分4相隔e' -2-e"。眾所周知，這樣的梁與其慣性力矩I'成比例，該慣性力矩I'由公式I' = (h-e' 3-h.(e' -2-e" )3)/12 確定。如果葉片2的部分4的每一個的厚度e"都等于e" = 0. 25 *e，或者換句話說，如果葉片1的質(zhì)量減少50 % (對于第一近似值，忽略橋5的質(zhì)量)，那么為了保持相同的硬度， 以及因此相同的慣性力矩，也就是說為了保持Γ = I，葉片2的全部厚度e'必須為e'= 0. 05 · e。通常，對于相同硬度，也就是說為了保持Γ = I，葉片2的兩個等距部分4中每一個的厚度e"減小越多，那么其全部厚度e'增加越多。通過實例，為了繪出圖5的等時性圖，所采用的游絲葉片具有17. 25個圈且半徑為 3. 3mm，并且其具有固定的圈厚e，為e = 45 μ m，兩個圈間的節(jié)距(pitch)為100 μ m，以及， 最外圈的端部曲率具有增加的厚度e'，其由公式e' = 1.5· e確定。通過實例，為了繪出圖6的等時性圖，采用根據(jù)本發(fā)明且具有前述葉片1相同硬度的游絲葉片2。另外，葉片2具有孔3，孔3以這樣的方式制成，即橋5位于內(nèi)圈的每30° 處，以及外圈的每15°處，使得兩個等距部分4的厚度e"由公式e" =0.25*e確定，并且葉片2的全部厚度e'由e' = 1.05· e確定?，F(xiàn)在更具體地參見圖5和圖6，在對于具有前述特性的游絲的葉片1和2的兩個等時性圖中，橫坐標軸記錄了游絲擺輪機構(gòu)的振蕩相對于其平衡位置的幅度A，以度表示，以及縱坐標軸記錄了通過所使用的游絲獲得的操作差異M，以每天的秒表示。這兩個等時性圖每個均繪出了六條曲線，這些曲線示出了在六個不同的傳統(tǒng)游絲擺輪機構(gòu)的測量位置，通過第一圖中的情況的葉片1和第二圖中的情況的葉片2獲得的操
作差異。各個位置間的操作差異，在圖5中典型地是振幅位于200°和300°之間的3_4s/ d，其中葉片1在250°處具有值3. 62s/d，然而在圖6中，是振幅位于200°和300°之間的 l-2s/d，其中葉片2在250°處具有值1.82s/d。根據(jù)本發(fā)明的游絲的葉片2因此允許在調(diào)節(jié)機構(gòu)的操作差異方面的顯著減少，在此實例中，為減半。圖7示出了根據(jù)葉片1獲取的最大操作差異八11(標注“1”的曲線)，以及根據(jù)本發(fā)明葉片2獲取的最大操作差異ΔΜ ；其中葉片1為經(jīng)熱補償?shù)?4圈游絲，直徑為5mm，具有44 μ m的固定厚度和136 μ m的節(jié)距；葉片2為具有相等圈數(shù)、直徑和硬度的經(jīng)熱補償?shù)挠谓z，但是其質(zhì)量分別為采用葉片1的游絲質(zhì)量的0. 5和0. 75倍。這些表明，葉片質(zhì)量的降低導致最大操作差異接近線性的降低。特別地，這三個曲線基本具有相同的整體外觀。對于葉片質(zhì)量每減少25%，游絲的最大操作差異在振幅 200°差不多減少0. 5s/d，且示出了不考慮游絲擺輪振蕩器的振幅時可比較外觀的降低。根據(jù)本發(fā)明的游絲的葉片2的孔3的形狀對于厚度可變?nèi)~片的熱補償也是有利的。眾所周知，為了實現(xiàn)熱補償，也就是說為了在操作裝備有螺旋游絲的游絲擺輪振蕩器時使熱偏差最小化，對于硅Si來說，可以采用不具有孔的參考葉片1，其包括封裝在外部材料層11中的硅核10，例如，無定形二氧化硅(amorphous silicon dioxide) Si02，如在專利EP1422436中描述的。除硅以外的用于熱補償?shù)钠渌牧鲜潜绢I(lǐng)域技術(shù)人員熟知的。現(xiàn)在，當游絲的葉片1的剖面變化時，當其確實變化時，例如，在游絲具有可變的圈節(jié)距和厚度的情況下，核10和外部材料層11的尺寸之間的比率也發(fā)生變化，如圖8所示，這將導致非優(yōu)化的熱補償。對于具有可變總厚度e'的葉片2，由通過橋5聯(lián)接在一起的兩個具有固定厚度 e"的等距部分4形成，核12和外部材料層13的尺寸之間的比率沿著游絲的整個長度有利地保持恒定，甚至在葉片2的那些全部厚度e'上展示出顯著變化的部分，如圖9所示。這使得可以實現(xiàn)葉片2熱補償?shù)淖顑?yōu)化。另外，由于在葉片2具有孔的情況下，氧化表面具有很大區(qū)域，需要實現(xiàn)熱補償?shù)?Si02的厚度與不具有孔的參考葉片所需的厚度相比減少了。由于根據(jù)本發(fā)明的葉片2具有較低的質(zhì)量同時具有與不帶有孔的葉片1相同的硬度，其將會對震動較不敏感。本發(fā)明還可應用于具有可變節(jié)距和可變?nèi)竦挠谓z，如那些在申請EP2299336中描述的?？梢韵胂蟮玫?，各個部分沿著葉片的間隔與這些部分的厚度一起變化。兩個部分表現(xiàn)為不同的厚度也是可以的，或者以使用通過橋連接的多于兩個的部分。還可以改變橋之間的間隔。另外，葉片的兩個部分中每一個的厚度也可沿著葉片改變，就如其間隔一樣。 此外，這兩個葉片還可具有不同的厚度，且厚度之間的比率也可沿著葉片的長度發(fā)生變化。
這些變化意味著硬度可沿著葉片的長度而變化，和/或獲取的硬度可隨著發(fā)展的扭矩變化。為了進一步優(yōu)化游絲的精密時計特性，也可改變其他參數(shù)，如圖1 到1 所示。圖1 描繪了一種游絲，其中葉片部分具有在橋之間變化的厚度，這樣的目的是為了保持這些部分的剖面上的最大應力恒定以及使葉片斷裂的風險最小。圖12b描繪了一種多邊形，且圖12c描繪了一種波浪形，這些形狀的目的是為了改變內(nèi)部的壓縮性，即在彎曲而產(chǎn)生的壓縮下的側(cè)面操作，且因此影響撓性行為的線性。其目的是顯著避免由于內(nèi)部部件的彎曲(buckling)導致的劇烈非線性效應。這些形狀和變化當然可以沿著葉片長度變化，兩個橋之間的每個葉片部分可以具有它自己的結(jié)構(gòu)。還可以改變橋的形狀和方向且采用不直接垂直于葉片的橋，如圖12d中可見的傾斜的橋和/或提供在兩個葉片部分之間具有厚度和/或方向改變的橋，如圖12e中可見的波形的橋。最后，還可以想象的到，采用不相對于葉片指向直角且具有增加葉片硬度效應的橋，例如圖12f或圖12g中所示。橋的形狀、尺寸和方向可以因此對于葉片的硬度具有或多或少的顯著影響。當優(yōu)化葉片形狀時的情況以便于獲得游絲的通信擴展(concentric development)以及良好的游絲擺輪機械精密計時性能時，這些參數(shù)還需要依據(jù)各種情況進行考慮。根據(jù)本發(fā)明的游絲有利地通過精密加工技術(shù)，例如對于硅、石英或金剛石的 DRIE (深反應離子蝕刻，De印Reactive Ion Kching)技術(shù)，或?qū)τ贜i或NiP型合金的 UV-LiGA ( "Lithographie, Galvanoformung, Abformung，，，或平板印刷、電鍍、模制)。如果元件的尺寸和需要的公差允許的話，還可以采用更常規(guī)的方法，例如激光、水注或電子放電設(shè)備。在本申請的還沒有描述的其它替代形式中，根據(jù)本發(fā)明的游絲具有一系列角度偏移葉片2，其可通過中間環(huán)連接在一起，如專利申請EP2151722中描述和示出的。
權(quán)利要求
1.一種用于游絲擺輪振蕩器的游絲，其包括至少一個葉片0)，所述葉片的剖面具有厚度和高度，其中所述葉片( 包括在葉片的高度方向延伸且與橋( 相交替的多個孔 ⑶。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的游絲，其中所述葉片( 繞成多個圈，并且所述孔C3)分布在一個圈的至少整個長度上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的游絲，其中所述孔(3)分布在所述葉片(2)的整個長度上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任意一項所述的游絲，其中所述孔C3)具有伸長的形狀，并且，所述葉片⑵包括互相連接在一起且由所述孔⑶隔開的兩個等距部分G)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的游絲，其中所述橋( 沿所述葉片( 均勻地分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的游絲，其中所述橋(5)之間的角度間隔(α)選擇在5°到 360°之間。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的游絲，其中所述橋(5)之間的角度間隔(α)在內(nèi)圈為 30°，在外圈為15°。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至4中任意一項所述的游絲，其中沿著所述葉片( 分隔所述橋(5) 的線性距離是固定的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的游絲，其中所述葉片( 具有沿所述圈恒定的總厚度(e')。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任意一項所述的游絲，其中所述葉片( 具有沿所述圈變化的總厚度(e')。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任意一項所述的游絲，其中所述葉片O)由硅、金剛石或石英制成。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任意一項所述的游絲，其中所述葉片( 包括核(1 和包覆所述核(1 的外部材料層(13)，所述核(1 的尺寸和所述外部材料層(1 的尺寸之間的比率沿所述葉片(2)保持恒定。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的游絲，其中所述葉片O)的核(1 由硅制成，而外部材料層(13)由二氧化硅SiO2制成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任意一項所述的游絲，其中孔(3)為圓形或橢圓形。
15.一種制造用于游絲擺輪振蕩器的游絲的方法，其中，制造葉片0)，使其剖面具有厚度和高度，其中，在所述葉片( 中制造多個孔(3)，所述孔在所述葉片( 的高度方向延伸并且與所述橋(5)相互交替。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中所述葉片⑵繞成多個圈，并且，所述孔(3)制造為分布在一個圈的至少整個長度上。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的方法，其中所述葉片(2)制造為具有沿其整個長度分布的所述孔⑶。
18.根據(jù)權(quán)利要求15至17中任意一項所述的方法，其中通過如下方式設(shè)置所述所述葉片⑵厚度的尺寸以及所述孔(3)的尺寸，即，使所述葉片(2)具有與參考葉片⑴相同的硬度，其中所述參考葉片(1)具有特定的剖面但不具有孔。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的方法，其中所述孔(3)制造為具有伸長形狀，并且，所述葉片(2)制造為具有兩個連接在一起且由所述孔(3)隔開的等距部分G)。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述兩個等距部分中的每個均具有厚度 (e")，該厚度的尺寸小于不具有孔的參考葉片(1)的厚度的一半，并且，這些部分在所述孔(3)處以超過所述參考葉片(1) 一半厚度的距離隔開。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中選擇用于所述葉片O)的兩個等距部分的所述厚度(e")中的每一個均等于所述參考葉片(1)厚度的四分之一，并且，選擇用于所述葉片(2)的總厚度(e')等于所述參考葉片(1)的厚度的1.05倍。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于鐘表游絲擺輪振蕩器的游絲，其特別可以由低密度材料，例如硅、金剛石或石英制成，以及涉及一種制造這種游絲的方法。根據(jù)本發(fā)明，該游絲包括至少一個葉片(2)，其剖面具有一定厚度和高度，且其特性是該葉片(2)包括在葉片高度方向延伸且與橋(5)交替的多個孔(3)。本發(fā)明還涉及一種制造這樣的游絲的方法。
文檔編號G04D3/00GK102331704SQ20111022524
公開日2012年1月25日 申請日期2011年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月12日
發(fā)明者理查德·博薩爾特, 耶羅姆·達烏 申請人:勞力士有限公司