專利名稱：鐘表的耦合諧振器的制作方法
技術領域：
本發明涉及由第一個低頻諧振器與第二個高頻諧振器耦合(聯 接)得到的用于鐘表的諧振器。
背景技術：
EP專利No. 1843227Al公開了一種根據上述定義的諧振器。在該 文件中，第一個低頻諧振器是游絲擺輪，第二個高頻諧振器是音叉。 音叉的一個分支直接連接到擺輪游絲的外部線圈上來形成兩個諧振 器之間的耦合。這種布置的目的是為了穩定鐘表的工作頻率，使該頻 率更加獨立于外部應力，并且最終改進鐘表的工作精度。在公開的布 置中，第一個諧振器的自然頻率是幾赫茲量級，第二個諧振器的頻率 是千赫茲量級。該設計思想是使對外部干擾非常敏感的第一個諧振器 受到由于高工作頻率而對所述干擾較不敏感的第二個諧振器的控制。
這種控制例如在所述第一個諧振器與傳統的擒縱系統相配合時，導致 第一個諧振器在抗沖擊性方面的性能的改進。
然而，如上所述的實施例依賴于互相之間很不相同的兩個諧振 器，這兩個諧振器的耦合和調整可能產生困難，雖然這些困難不是不 可克服，然而給定高頻諧振器的低慣性及其容量，所述困難也是足夠 大的，從而影響第一個低頻諧振器的工作。
因此，如果可借助于也使用游絲擺輪的第二個高頻諧振器來使用 游絲擺輪調節第一個低頻諧振器的工作，鐘表的工作頻率將會通過使 用對本領域的技術人員來說沒有秘密的諧振器而被穩定在特定點。
在鐘表制造技術中，與振蕩頻率2. 5、 3以及4赫茲對應的每小 時交替次數18000， 21600以及28800通常被用于游絲擺輪諧振器。 然而，已知的是裝有以較高頻率振蕩的游絲擺輪諧振器的手表，其理 想的目標是允許手表在佩戴時達到較好的精密計時性能。
如Charles Huguenin等人所寫的文章《Echappement et Moteurs pas & pas》(FET， Neuch"el 1974， 137頁到148頁)所述，將頻 率乘以2的結果使偏重誤差(poising fault)對時鐘日常工作的影響減少了數值為4的因子。因此，擺輪振蕩頻率的增加具有雙重優點， 即增加了諧振器的調節能力，以及使手表對于位置的改變較不敏感。 然而，這些優點必須通過增加擒縱輪的齒數來實現。傳統擒縱輪 對于頻率為2. 5到3赫茲的游絲擺輪諧振器通常具有15個齒。因為 考慮到擒縱輪的制造問題、輪齒的合適的分布比例和數量、以及手表 運轉輪系的小齒輪，這個齒數長期以來被接受。對于4到10赫茲之 間的高頻諧振器，傳動比變得很高，但是如果擒縱輪的齒數增加則該 缺點消失。21齒是5赫茲振蕩頻率所引用的數量，然而伴隨這個改 變會導致可靠性降低，如停表和跌落，從而在上鏈時需要特別注意。 此外，普遍眾所周知的是，當超過4或5赫茲，瑞士杠桿式擒縱機構 的輸出急劇下降。
發明內容
因此，為了利用高頻諧振器的優點帶來的好處，將高頻諧振器與 由傳統擒縱機構所控制的低頻諧振器耦合，而不增加擒縱輪的齒數， 并且具有該擒縱機構所提供的公知水平的可靠性。
該布置如圖1中的方塊圖所示。在該圖中，第一個低頻諧振器2、 41由擒縱機構所驅動的游絲擺輪和由發條盒74所驅動的運轉輪系70 構成。例如用指針實現的時間顯示72由運轉輪系70產生。第二個較 高頻率諧振器由單元3、 42表示。兩個諧振器之間的耦合由雙箭頭單 元8、 46表示。
本發明介紹了兩個實施例，其中第二個實施例是第一個實施例的 特例。
除了滿足本說明書第一段的陳述外，第一個實施例的特征是，笫 一個諧振器具有與第一游絲關聯的第一慣性質量，第二個諧振器包括 與第二游絲關聯的第二慣性質量，以及第三游絲設置在第一和第二慣 性質量之間來耦合所述的第一個和第二個諧振器。
除了滿足本說明書第一段的陳述外，第二個實施例的特征是，第 一個諧振器包括與第一游絲關聯的第一慣性質量，第二個諧振器包括 與第二游絲關聯的第二慣性質量，以及所述第二游絲連接所述第一和 第二慣性質量來耦合所述的第 一個和第二個諧振器。
本發明將借助于說明前述兩個實施例的附圖來詳細解釋，其中所
述實施例通過非限定性的例子給出，其中
-圖1是闡明鐘表中本發明的諧振器及其相關聯部分的方塊-圖2是展示兩個諧振器怎樣根據本發明的第一個實施例來布置 和耦合的相似的-圖3是通過耦合各自由游絲擺輪構成的諧振器而形成的諧振器 的第一個實施例的平面-圖4是圖3中沿切面線IV-IV的橫切面-圖5和圖6是在圖3和圖4中的平面圖和橫切面圖中展示的諧 振器的透視-圖7是展示當連接兩個諧振器的擺輪游絲的轉矩變化時每個諧 振器的自然振蕩頻率的曲線-圖8是展示當連接兩個諧振器的擺輪游絲的轉矩變化時，耦合 第一個和第二個諧振器所產生的對干擾的穩定效果的曲線圖，所述干 擾影響第一個諧振器的擺輪游絲的轉矩，或者影響所述第一個諧振器 的擺輪的慣性質量，
-圖9是展示兩個諧振器怎樣根據本發明的第二個實施例來布置 和耦合的相似的-圖10是通過耦合各自由游絲擺輪構成的諧振器而產生的諧振 器的第二個實施例的平面-圖11是圖10中沿切面線XI-XI的橫切面-圖12和圖13是在圖10和圖11中的平面圖和橫切面圖中展示 的諧振器的透視-圖14是展示當第一個諧振器的擺輪游絲的轉矩變化時每個諧 振器的自然振蕩頻率的曲線圖，以及
-圖15是展示當所述第一個諧振器的擺輪游絲的轉矩變化時， 耦合第一個和第二個諧振器所產生的對干擾的穩定效果的曲線圖，所 述干擾影響第一個諧振器的擺輪游絲，或者影響所述第一個諧振器的 擺輪的慣性質量。
具體實施方式
本發明的笫一實施例
根據本發明的第一個實施例所制成的諧振器l可參照圖2中的等 價圖。諧振器1通過耦合第一個諧振器2和第二個諧振器3產生。第 一個諧振器2包括第一慣性質量4 (在此描繪成方形質量)，第一慣 性質量4與第一游絲5 (在此描繪成螺旋彈簧，其一端連接到方形質 量，另一端連接到鐘表的固定部分73,例如連接到機板)關聯。第 二個諧振器3包括第二慣性質量6 (在此描繪成方形質量)，第二慣 性質量6與第二游絲7 (在此描繪成螺旋彈簧，其一端連接到方形質 量，另一端連接到鐘表的固定部分74，例如夾板)關聯。第三游絲8 (在此由螺旋彈簧表示)設置在第一慣性質量4和第二慣性質量6之 間來耦合所述第一個諧振器2和第二個諧振器3。
圖3到6闡明了本發明的第一個實施例的實際構造。這里，第一 和第二慣性質量分別由第一和第二擺輪4和6構成，第一，第二和第 三游絲分別是第一、第二和第三擺輪游絲5， 7和8。
可以看出，根據本發明的優選實施例，第一個和第二個諧振器2 和3同軸地設置在鐘表內部的機板11和夾板17之間。然而，本發明 不限制于這種設置，例如兩個諧振器可以在鐘表中并列設置。
更具體地且清楚地如圖4中所示，第一個諧振器2基本上包括與 第一擺輪游絲5關聯的第一擺輪4。該第一個諧振器2安裝在第一心 軸9上，第一心軸9的第一端在固定于機板11的軸承10中轉動，其 第二端在固定于中間夾板13的軸承12中轉動。第一擺輪游絲5的外 部和內部線圏分別固定在裝載于機板11上的擺輪游絲外樁23上和固 定于第一心軸9的內部連接點28上。
第二個諧振器3基本上包括與第二擺輪游絲7關聯的第二擺輪6。 該第二個諧振器3安裝在第二心軸14上，第二心軸14的第一端在固 定于中間夾板13的軸承15中轉動，其第二端在固定于夾板17的軸 承16中轉動。第二擺輪游絲7的外部和內部線圏分別固定在裝載于 夾板17上的擺輪游絲外樁25上和固定于第二心軸14的內部連接點 26上。
檢視圖3到圖6，說明第一個諧振器2包括擺輪4，擺輪4的直 徑大于諧振器3的擺輪6的直徑，表明第一個諧振器的頻率低于第二 個諧振器的頻率，當然，假設每個擺輪游絲產生的轉矩大約是一樣的。在這些條件下，很清楚的是擒縱機構必須連接到第一個諧振器，第一
個諧振器將受第二個諧振器的控制來改進其抗干擾性。圖4示出第一 個諧振器2所連接的第一心軸9裝載有滾軸18和沖擊銷19，沖擊銷 19與例如擒縱叉配合，而擒縱叉又與擒縱輪配合。
現在介紹存在于諧振器2和3之間的耦合。該耦合通過第三擺輪 游絲8實現。圖4和5說明擺輪游絲8包括兩個串聯設置且安裝在中 間夾板13兩邊的繞組20和21。這樣，第一繞組20的內部線圍固定 到固定于第二心軸14的內部連接點27，而第二繞組21的內部線圈 固定到固定于第一心軸9的內部連接點22，所述繞組的外部線圏通 過條帶75互相連接。
本發明不限制于上面的說明。第三擺輪游絲實際上可以只有 一 個 繞組。在這種情況中，無需在附圖中示出的是，該單個繞組的內部線 圈固定在固定于第二心軸14的連接點27上，而外部線圏固定在第一 擺輪4裝載的擺輪游絲外樁上。
下面簡要說明耦合兩個諧振器的優點，其中一個以低頻率振蕩， 另一個以較高頻率振蕩，從而使得諧振器以低頻率振蕩時更穩定。
由質量和游絲組成的機械諧振器，其特征在于其質量m和其游絲 的常數k,質量m和游絲常數k在圖2的等效圖中按照鐘表制造相關 的數量級分別用毫克(mg)和微牛每米(一/m)來表示。在本例中， 質量m是擺輪，其特征是用毫克每平方厘米(mg《m2)表示的慣性質 量，以及常數k與擺輪游絲相關，其特征是其單位轉矩用微牛米每孤 度(jiN.m/rad)表示。因此，諧振器的頻率如下表示
以市場上常見的鐘表機芯號為例，k-1.10—6 Nm/rad以及m = 16.10—10 kg.m2,由此頻率f-4Hz。
中心問題是要知道第二個較高頻率的諧振器是否穩定了第一個 低頻諧振器的頻率。該效果通過穩定因子S來考慮，穩定因子S定義 為
在該關系中，oh是第一個諧振器單獨的正常角頻率，W^是第一個諧振器單獨的擾動角頻率，a是耦合系統的正常角頻率，Q,p是耦
合系統的擾動角頻率。顯然，如果穩定因子S等于2，那么具有耦合
諧振器系統的鐘表的精度是僅具有第一個諧振器的鐘表的精度的兩
倍。例如，每天走快10秒鐘的鐘表將會在相同期間只走快5秒鐘。
下面是一個實際的例子，使第一個和第二個諧振器具有如下特
征
諧振器1: m產21mg.cm2， k產liiN'm/rad，因此f產3. 47Hz
諧振器2: ni2=21mg'cni2， k尸5nN'ni/rad,因此f產7. 75Hz 這些諧振器通過具有常數k。的主發條耦合。
參考圖2和圖4，標記2表示低頻諧振器1, nh表示擺輪4， ki 表示擺輪游絲5的常數。標記3表示具有較高頻率的諧振器2， ni2表 示擺輪6， k2表示擺輪游絲7的常數。需要注意的是，在該實例中， 擺輪具有相同的尺寸，與圖4中擺輪的情況不同，其中第二個諧振器 由于其游絲常數更高而具有更高自然頻率。
基于上述實際數據分析計算得出如圖7和8的曲線圖。
圖7是說明了耦合諧振器系統的自然頻率t和"作為耦合兩個 諧振器的擺輪游絲的常數k。的函數而變的曲線圖。
圖8是說明了穩定因子S作為耦合兩個諧振器的擺輪游絲8的常 數k。的函數而變的曲線圖。
曲線S^示出當常數ke變化時，耦合第一個和第二個諧振器所產 生的對影響第一個低頻諧振器的擺輪慣性質量的干擾的穩定效果。該 效果不是非常顯著，也相對不重要，因為擺輪的慣性質量不受外界干 擾的影響。
曲線Sk示出耦合第一個和第二個諧振器所產生的對影響第一個 諧振器擺輪游絲(即由擒縱系統驅動的諧振器)的轉矩的干擾的穩定 效果。可以看出，對于kc值為l|iNni/rad，穩定因子接近2且為正值， 因為除了其他因素，由于游絲的位置、震動和溫度變化所產生的干擾 首先影響擺輪游絲。
本發明的第二實施例
根據本發明的第二個實施例制成的諧振器40可參照圖9中的等 價圖。諧振器40通過耦合第一個諧振器41和第二個諧振器42產生。 第一個諧振器41包括第一慣性質量43 (在此描繪成方形質量)，第一慣性質量43與第一游絲44 (在此描繪成螺旋彈簧，其一端連接到 方形質量，另一端連接到鐘表的固定部分73，例如機板)關聯。第 二個諧振器42包括第二慣性質量45 (在此描繪成方形質量)，第二 慣性質量45與第二游絲46 (在此描繪成螺旋彈簧，其一端連接到方 形質量43,另一端連接到方形質量45)關聯。第二擺輪游絲46因此 連接第一慣性質量43和第二慣性質量45來耦合所述第一個諧振器 41和第二個諧振器42。實際上，游絲46具有雙重作用其構成了第 二個諧振器42,并且耦合第一個諧振器41和第二個諧振器42。
第二個實施例可以考慮成第一個實施例的特例。實際上，如果去 掉圖2中所示的第一個實施例的第三游絲7及其與固定點74的連接， 會得到圖9中的說明第二個實施例的等價圖，下面參照圖10到圖13 具體說明。
圖10到13闡明了本發明的第二個實施例的實際構造。這里，參 照根據本發明的第一個實施例已經陳述的，第一和第二慣性質量分別 由第一和第二擺輪43和45構成，第一和第二游絲分別是第一和第二 擺輪游絲44和46。
可以看到，第一擺輪43具有包圍第二個較高頻率的諧振器42的 圓形殼體，所述圓形殼體43構成了具有第一擺輪游絲44的第一個低 頻諧振器41。
如圖11中的橫切面所清楚展示的，構成第一擺輪的圓形殼體43 安裝了裝栽有第一耳軸48的第一頰板47，第一耳軸48在固定于機 板50上的軸承49中轉動。該第一耳軸48裝載有滾軸51和沖擊銷 52，并且沖擊銷52例如與擒縱叉配合，擒縱叉又與擒縱輪配合。圓 形殼體43也安裝了裝載有第二耳軸54的第二頰板53，第二耳軸54 在固定于夾板56上的軸承55中轉動。夾板56安裝有擺輪游絲外樁 57，第一擺輪游絲44的外部線圏固定于擺輪游絲外樁57，所述第一 擺輪游絲44的內部線圈固定在固定于第二耳軸54的內部連接點58 上。圓形殼體或擺輪43以及擺輪游絲44構成了第一個低頻諧振器 41，其性能得到了改進。
圖11也示出了構成第二個諧振器42 (其被圓形殼體43包圍) 的第二擺輪45和擺輪游絲46裝載在心軸59上，心軸的第一端在固 定于殼體43的第一頰板47的軸承60中轉動，其第二端在固定于殼體的第二頰板53的軸承61中轉動。此外，第二擺輪游絲46的外部 和內部線圏分別固定到裝載于殼體43的第二頰板53上的擺輪游絲外 樁62以及固定于心軸59的內部連接點63上。
檢視圖10到圖12，說明第一個諧振器41包括比第二個諧振器 42的擺輪45具有更大直徑的擺輪或殼體43，表明笫一諧振器的頻率 比第二諧振器的頻率低，擺輪游絲各自產生的轉矩也相等。因此，很 清楚的是擒縱機構將連接到第一個諧振器，第一個諧振器必須受第二 個諧振器的控制，從而改進抗干擾性。
耦合兩個諧振器(其中一個以低頻率振蕩，另一個以較高頻率振 蕩)從而改進以低頻率振蕩的諧振器的性能的優點已在第一個實施例 的討論中說明。因此，將不會回到也可應用于如上所述的第二個實施 例的理論的闡述。
然而，舉一個實際例子，即 諧振器1:m產20 mg'cm2， k-變量 諧振器2:m2=6. 4 mg.cm2， kc=0. 4jiN.m/rad, k2=0 參考圖9和圖11，標記41表示低頻諧振器1， nh表示擺輪或殼 體43， t表示擺輪游絲44的常數，標記42表示較高頻率諧振器2， ni2表示擺輪45， k。表示擺輪游絲46的常數，k。也表示耦合兩個諧振 器的擺輪游絲。
基于上述實際數據，通過分析計算建立圖14和l5的曲線圖。所 選取的變量不再是第一個實施例中的I,而是最具決定性的參數k"
圖14是展示了耦合諧振器系統的自然頻率L和"作為構成第一 個諧振器41的擺輪游絲44的常數kl的函數而變的曲線圖。
圖15是展示了穩定因子(其參照第一個實施例定義)作為影響 第一個諧振器41的主發條44的常數k,的函數而變的曲線圖。
曲線S^示出當擺輪游絲44的常數幻變化時，耦合第一個和第二 個諧振器41和42所產生的對影響第一個低頻諧振器41的擺輪的慣 性質量的干擾的穩定效果。該效果相比于在第一個實施例中觀察到的 效果要顯著得多。
曲線Sk示出耦合第一個和第二個諧振器41和42所產生的對影響 第一個諧振器41的第一擺輪游絲"的轉矩的干擾的穩定效果。可以 看出，對于k,值2^iN'm/rad，穩定因子S約為2. 5。結論
所說明的兩個實施例證明如果第一個低頻諧振器(頻率為2到6 赫茲量級的游絲擺輪諧振器)耦合到第二個較高頻率的諧振器(頻率 為10赫茲量級的游絲擺輪諧振器)，那么第一個低頻諧振器的性能 可以改進。由于例如佩戴或震動，第一個低頻諧振器比第二個較高頻 率諧振器對一些干擾更敏感。可以設想的是，第二個諧振器抵消第一 個諧振器的任何熱變化以及/或等時性缺陷。此外，第一個諧振器很 容易與通常的擒縱系統配合，而這不同于第二個諧振器。因此合理的 是耦合有關的兩個諧振器從而受益于第一個諧振器與擒縱系統之間 的良好的適應性和第二個諧振器對于前述干擾的高度的不敏感性。
權利要求
1.一種用于鐘表的諧振器(1)，所述諧振器通過耦合第一個低頻諧振器(2)和第二個較高頻率諧振器(3)構成，其特征是第一個諧振器(2)具有與第一游絲(5)關聯的第一慣性質量(4)，第二個諧振器(3)具有與第二游絲(7)關聯的第二慣性質量(6)，第三游絲(8)設置在第一慣性質量(4)和第二慣性質量(6)之間來耦合所述第一個諧振器(2)和第二個諧振器(3)，第一和第二慣性質量分別由第一擺輪(4)和第二擺輪(6)構成，第一，第二和第三游絲分別是第一擺輪游絲(5)，第二擺輪游絲(7)和第三擺輪游絲(8)。
2. 根據權利要求1所述的諧振器，其特征是第一諧振器(2 ) 和第二諧振器(3)同軸設置在鐘表內部。
3. 如權利要求2所述的諧振器，其特征是第一個諧振器(2) 安裝在第一心軸(9 )上，第一心軸(9 )的第一端在固定于機板(11 ) 上的軸承(10)中轉動，其第二端在固定于中間夾板(13)上的軸承(12)中轉動，所述第一個諧振器(2)的第一擺輪游絲(5)的外部 和內部線圏分別固定在裝載于機板(11)上的擺輪游絲外樁(23)上 和固定于所述第一心軸(9)的內部連接點(28)上，第二個諧振器(3)安裝在第二心軸(14)上，第二心軸(14)的第一端在固定于 所述中間夾板(13)上的軸承(15)中轉動，其第二端在固定于夾板(17)上的軸承(16)中轉動，所述第二個諧振器(3)的第二擺輪 游絲的外部和內部線圏分別固定在裝栽于夾板(17 )上的擺輪游絲外 樁(25)上和固定于所述第二心軸(14)的內部連接點(26)上。
4. 如權利要求3所述的諧振器，其特征是第一心軸(9)裝 有滾軸(9)和沖擊銷(19)，所述沖擊銷與擒縱機構配合。
5. 如權利要求3所述的諧振器，其特征是第三擺輪游絲(8 ) 包括兩個串聯設置并安裝在中間夾板(13)兩邊的繞組(20， 21)， 第一繞組(20)的內部線圈固定在固定于第二心軸(14)的內部連接 點(27)上，第二繞組(21)的內部線圏固定在固定于第一心軸(9) 的內部連接點(22)上。
6. —種用于鐘表的諧振器(40)，所述諧振器通過耦合第一個 低頻諧振器(41)和第二個較高頻率諧振器(42)構成，其特征是第一諧振器(41 )具有與第一游絲(44)關聯的第一慣性質量(43)， 第二諧振器(42)具有與第二游絲(46)關聯的第二慣性質量(45)， 所述第二游絲連接所述第一和第二慣性質量來耦合所述第一個諧振 器(41)和第二個諧振器(42)。
7. 如權利要求6所述的諧振器，其特征是第一和第二慣性質 量分別由第一擺輪(43)和第二擺輪(45)構成，第一和第二游絲分 別是第一擺輪游絲(44)和第二擺輪游絲(46)。
8. 如權利要求7所述的諧振器，其特征是第一擺輪(43)具 有包圍第二個較高頻率諧振器(42)的圓形殼體(43)，所述圓形殼 體(43)和第一擺輪游絲(44)構成第一個低頻諧振器(41)。
9. 如權利要求8所述的諧振器，其特征是圓形殼體(43)安 裝有具有第一耳軸(48 )的笫一頰板(47 )，所述第一耳軸在固定于 機板(50)上的軸承(49)中轉動，并裝有滾軸(51 )和與擒縱機構 配合的沖擊銷(52 ),所述圓形殼體(43 )安裝有裝載第二耳軸(54 ) 的第二頰板(53),所述第二耳軸在固定于夾板(56)上的軸承(55) 中轉動，并具有固定第一擺輪游絲(44)的外部線圏的擺輪游絲外樁(57)，所述第一擺輪游絲的內部線圈固定在固定于第二耳軸(54) 上的內部連接點(58)上，構成第二諧振器(42)的第二擺輪(45) 和擺輪游絲(46)裝載于心軸(59)上，所述心軸的笫一端在固定于 殼體(43)的第一頰板(47)上的軸承(60)中轉動，第二端在固定于 殼體(43)的第二頰板(53)上的軸承(61)中轉動，第二擺輪游絲(46)的外部和內部線圈分別固定在裝載于殼體(43)的第二頰板(53) 的擺輪游絲外樁(62)上和固定于心軸(59)的內部連接點(63)上。
全文摘要
本發明涉及一種用于鐘表的耦合諧振器(1)，其通過耦合第一個低頻諧振器(2)和第二個較高頻率諧振器(3)構成。第一諧振器(2)具有與第一擺輪游絲(5)關聯的第一擺輪(4)。第二諧振器(3)具有與第二擺輪游絲(7)關聯的第二擺輪(6)。第三擺輪游絲設置在第一擺輪(4)和第二擺輪(6)之間來耦合所述第一個諧振器(2)和第二個諧振器(3)。
文檔編號G04B17/06GK101620406SQ20091015841
公開日2010年1月6日 申請日期2009年7月6日 優先權日2008年7月4日
發明者J·-L·赫爾弗, K·特魯姆皮, T·科努斯, T·赫斯勒 申請人:斯沃奇集團研究及開發有限公司