[实用新型]机械钟表的游丝

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种机械钟表的游丝。更具体地，本实用新型涉及一种在使用中提供更佳同轴度的游丝。

背景技术

游丝是机械钟表的关键部件。钟表振荡器有两个主要部件，其中之一是游丝，另一个是摆轮。通过振荡器的简谐摆动，其提供了时间调节的方式。

摆轮是作为一种惯性元件，并且与螺旋形游丝的内端啮合。游丝的螺旋几何形状通常为阿基米德螺旋线的形状，并且其具有等螺距。游丝的外端通常固定连接到固定柱(stud)上。

理想地，游丝为摆轮提供回复转矩，该回复转矩与摆轮距离平衡位置的位移成比例，并且可利用运动方程来描述二阶线性系统。振荡器平衡位置被定义为摆轮处于静止时的摆轮角位置，也就是当游丝施加到摆轮的净转矩为零时的摆轮角位置。这样产生的振荡器是等时的，这就是说振荡器的固有频率与其振幅无关。

由于振荡器需要来自擒纵机构的有规律的转矩输入以补偿摩擦耗散效应，因此等时性是钟表振荡器的重要性能。由于存在多个直接影响振荡器振幅的因素，因此擒纵机构的转矩可能不是恒定的。正因如此，等时振荡器(isochronous oscillator)提供了更可靠且稳定的时间调节。

典型地，当摆轮围绕其平衡位置转动时，钟表游丝的螺旋圈要尽可能保持同轴心，原因包括：

(i)如果游丝不同轴，游丝的质量中心就不会靠近转轴。当摆轮转动时，质量中心可能会漂移，这样就产生了要由轴承来补偿的径向力，导致过度摩擦；

(ii)如果游丝不同轴，在运行过程中游丝还会具有偏离阿基米德螺旋线的几何形状，从而产生不等时的非线性二阶系统。

(ii)在一些情况下，如果游丝不同轴，游丝的螺旋形几何形状可能会显著变形，这样相邻圈之间相互碰撞和损伤，也造成了系统的不等时。

在现有技术中，根据用于游丝设计的Phillips(菲利普斯)和Lossier数学模型，通过改变游丝内端和外端曲线的几何形状，可以提高游丝的同轴度。

Breguet(宝玑)已经将该理论应用在Breguet双层游丝(over-coil)并用于其外端上。双层游丝使用了改进的最外圈，该最外圈为向上且向内弯曲的。但是，该方法仅仅能够保持部分的同轴，并且生产出所要求的最外圈形状会增加制造难度和成本。

为了保持游丝的等时性，需要将游丝设计为对温度变化不敏感。决定材料强度的材料的杨氏模量，随温度变化很小。

在游丝中，杨氏模量决定了弹簧常量并且最终决定了振荡器的固有频率。游丝杨氏模量随温度的任意变化，都将对振荡器可靠调节时间的能力产生消极影响。

通过在制造游丝的过程中使用尼瓦洛克斯合金(Nivarox)，已经广泛解决了现代游丝杨氏模量的温度敏感度问题。尼瓦洛克斯合金(Nivarox)是一种金属合金，其杨氏模量就温度变化的敏感度而言非常小但不等于0。

在过去的十年中，手表行业中已经出现了微加工技术并且使用了硅，从而引入了设计和制造具有改进等时性的游丝的新方法。这种工艺能够根据游丝条宽度变化来制造游丝，从而有选择地改变游丝沿其整个弧长的弯曲强度。

而且，这种工艺能够使游丝的杨氏模量有希望达到对温度变化完全不敏感。使游丝杨氏模量关于温度变化不敏感的过程定义为温度补偿。

由于微加工技术能够制造出任何高精度的平面元件，因此，实际上仅仅利用微加工技术就可以制造出具有变化游丝条宽度的游丝。

基于理论、数值模拟或实验，利用微加工技术可以提高游丝的同轴度。硅游丝的一个示例是百达翡丽(Patek Philippe，手表品牌)Spiromax游丝，其具有外端附近的游丝最外圈中的增加的游丝条宽度部分，这样的游丝设置和尺寸可提高游丝同轴度。

这样的微加工技术还可以通过在硅游丝上涂敷二氧化硅薄覆层以达到温度补偿目的。硅的杨氏模量随温度增加而减小，而二氧化硅的杨氏模量随温度增加趋于增加。

因此，通过向硅晶片精确地涂敷恰当厚度的二氧化硅覆层，可以形成复合游丝，其中两种材料杨氏模量的温度敏感度大体相互抵消。这可以使得游丝总的杨氏模量在理论上对温度变化不敏感。

现有技术中通过微加工技术构建的硅游丝的缺点是不能同时实现在提高同轴度的设计中有较大自由，以及希望进行总的温度补偿。

微加工技术通常只限定于制造平面元件。尽管理论上其可以生产出Breguet样式的双层游丝，即具有多个重叠层，但这样的制造能力目前是不可靠的，并且至少制造过程具有显著的额外复杂性。

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