机械振荡器系统技术方案

一种用于钟表机构或其它精密仪器的机械振荡器系统，包括摆轮及螺旋线或螺旋面形的发条。发条由非磁性的复合物、聚合物、碳或陶瓷材料制成，优选由碳纤维于聚合物、碳或陶瓷基质中的复合材料制成；摆轮由非磁性陶瓷制成。发条和摆轮的热膨胀系数值相似，在很宽的温度范围内非常小而且稳定。发条和摆轮在轴向上的膨胀系数符号相反，彼此互相补偿。这些材料的密度小于目前所用金属。通过材料的这种组合，可以获得显著的优点及比金属振荡器系统水平更高准确性和稳定性。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
机械振荡器系统本申请是申请日为2003年7月10，中国专利申请号为03816331.4(国际 申请号为PCT/GB2003/003000),专利技术名称为"机械振荡器系统"的中国专 利申请的分案申请。本专利技术涉及用于钟表机构(如计时装置)或其它精密仪器的机械振荡器 系统，包括平衡轮(balance)和发条(balance spring)。据认为本专利技术的机械振荡 器系统特别适用于机械表中的振荡器系统，尽管本专利技术并不仅限于此。先前的机构中将金属合金，特别是Fe-Ni或Ni、 Cu-Be、 Au-Cu合金， 用于发条和平衡轮。最概括地讲，本专利技术的方面之一提出了平衡轮用非磁性 的陶瓷材料制成，以及发条是非磁性的并且由复合材料或聚合物(包括热固 性和热塑性聚合物、酯和酚醛树脂)、碳或(非磁性的)陶瓷材料制成，该材料 具有适于补偿系统热变化的性质。与金属不同，上述材料不易受到包含磁性的电磁阻尼以及磁诱导的杨氏 模量(Young's modulus)的变化的影响。这些材料本征地具有一些优于金属的 热特性，所以可以制成温度所致的振荡器频率变化降低了的机械振荡器系 统。下面将更具体地讨论温度所致的变化。上述材料的发条可以较少地受杨 氏模量的内部机械(如摩擦)阻尼的影响，同时允许通过平衡轮保持振幅和较 高的振荡频率，从而得到比金属发条更准确的钟表机构或精密仪器。布置发条，以使平衡轮振荡。优选平衡轮为摆轮(balance wheel);发条 可以布置在摆轮圓周的内部，以便按惯常那样驱动摆轮在其旋转轴附近前后 振荡。平衡轮可以连接到擒纵机构(escapement mechanism)上，以调节擒纵轮 (其连接到例如表的指针上)的旋转，这一点也是公知的。优选发条以弯曲的形式工作，以驱动平衡轮振荡，最优选以独特的弯曲 形式工作。即，优选发条在其(相对迅速的)振荡期间不依靠应变或剪切性能 重复能量的贮存和释放。优选发条圈彼此不接触，即在相邻的发条圏之间存 在间隙。这样可以消除或减小摩擦，使得相继的发条圈彼此不受阻碍地发挥 作用。尽管平衡轮的主体是由陶瓷材料制成的，但是其可以具有由其它材料制成的小的附属部分。现将讨论与振荡器频率特别是振荡器频率随温度变化有关的事项。 机械表的准确性取决于由摆轮和发条构成的振荡器的特定频率。当温度 发生变化时，摆轮和发条的热膨胀以及发条杨氏模量的变化，均改变振荡系 统的特定频率，干扰表的准确性。本专利技术人已经注意到，在已知的系统中， 大约四分之三的变化归因于发条的热变化或磁力诱导的变化。补偿这些变化的方法基于如下的考虑所述特定频率排他性地取决于发条作用于平衡轮的扭矩与平衡轮的转动惯量之间的关系，如下面的关系式所示<formula>formula see original document page 5</formula> T:振荡周期，I:平衡轮的转动惯量，G:发条的扭矩。 平衡轮的转动惯量是其质量M及其旋转半径r的函数。 发条的扭矩是其尺寸(长度l、高度h、厚度e)及其杨氏模量E的函数。 发条的长度l (其可以为螺面或螺线形)是发条首尾相连的总长度，这不同于 例如从顶部到底部的测量，这种测量随着发条圈的间距而变化。 因此，关系式可以写成<formula>formula see original document page 5</formula> 温度变化影响T(振荡周期)，因为系统(发条和摆轮)即发条的1、 h和e 以及摆轮的r的膨胀和收缩作用，摆轮的质量M保持不变。人们知道如何补偿l、 h和e的膨胀作用。但是，振荡周期仍受保持下 式所示关系的r和E的变化的影响<formula>formula see original document page 5</formula>二者之间不是线性关系。需要这种关系尽可能地保持为常数(以使振荡周期T保持为常数)。 当其完全去》兹化时，Fe-Ni金属发条合金给出近似的解决方案。可是， 当合金没有完全去磁化时，所述关系就不再为常数了 #发生变化。目前用于发条的金属合金，因为温度的升高超过高达40。C的环境温度， 而表现出E的增加(这被视为异常)和1的增加。精密表中目前采用热膨胀系 数为+14 +17xl(^K"的Au-Cu合金摆轮，以补偿发条的杨氏模量变化。总之，目前使用的金属合金即使能够进行补偿，但也仅在很窄的温度范 围内使T(振荡周期)稳定，而且仅在发条合金保持未被;兹化时才如此(目前采 用Fe-Ni发条的任何钟表均可被足够的磁体所停止)。EP 0732635公开了由结晶材料制成的螺线形发条和摆轮，该结晶材料对 温度波动和》兹场不壽丈感。本专利技术提供一种如权利要求1所述的的机械振荡系统。优选发条材料包括沿其长度方向从其一端延伸至另一端的连续纤维。由于纤维沿发条长度方向从一端连续延伸至另一端，因此，可通过适当 地选取纤维材料，相当准确地控制发条随温度的升高而膨胀(或收缩)的程度。优选连续纤维是复合材料的一部分，尽管在非复合材料中可以具有连续 纤维的发条(即在没有基质的情况下，例如长的陶瓷纤维)。如果材料是复合材料，则优选基质相包括聚合物(上述任何类型的聚合 物)、碳或陶瓷。对于带有陶瓷纤维的复合材料而言，纤维可以是沿发条长 度的方向从其一端延伸至另一端的连续纤维(如上所述)，也可以是不始终沿 着发条延伸的较短的纤维。如果使用陶乾纤维(采用或不采用基质)，则重要的是陶瓷应为非磁性的 陶瓷。优选但不是必需地，发条陶瓷为氧化铝-氧化硅-氧化硼陶瓷。对于平 衡轮，还可以使用熔凝石英或氧化硅。优选平衡轮的热膨胀系数与发条材料沿其长度方向的热膨胀系数，符号 相反、数量级相似(即二者间的量值差不大于因数5，且a系数之一应当不大 于lxl(r61^)。这样， 一种材料的膨胀可以通过另一种材料的收缩得到补偿。 例如，如果所述发条的热膨胀系数是负的，而所述平衡轮的热膨胀系数是正 的，则随着温度的升高，r增加而l降低，而且根据等式,这些作用合在 一起，补偿所述振荡周期T中的热变化。优选所述两个膨胀系数都很小。例如，优选平衡轮的热膨胀系数是正的 并且小于lxlO^K—1,及发条材料沿其长度方向的热膨胀系数是负的并且大于E(杨氏模量)随温度的变化也是重要的，并且可以根据热弹性系数来确定，所述热弹性系数是对单位温度升高之单位杨氏模量变化的度量。优选发条材料的热弹性系数是负的，最优选其在0 60。C的温度范围内为1%。 一般地，温度升高1。C所带来的计时变化的公式为[/ = ^ — 3a2/2 —况/2五因而，当通过选择合适的材料而选取适当的a《平衡轮的热膨胀系数)、 a2(发条的热膨胀系数)和热弹性系数SE/E的值时，可以使U趋于零。小的a,、 ci2(例如小于6xlO"K")和小的热弹性系数SE/E所代表的公差， 使得可以相当容易地保持低U。优选连续纤维为陶瓷纤维或碳纤维，最优选具有石墨碳结构的碳纤维。 石墨碳结构具有负的轴向热膨胀系数。所述纤维可以由例如"PITCH"前体或 聚丙烯腈"PAN"前体制备。纤维可以沿其长度方向彼此平行布置，也可以缠绕在一起。将纤维缠绕 在一起，可以调整发条材料的热膨胀系数和杨氏模量本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于钟表机构或其它精密仪器的机械振荡器系统，该系统包括：非磁性的陶瓷平衡轮，及非磁性的发条，该发条由复合材料或聚合物、碳或陶瓷材料制成，其中平衡轮和发条适合使得平衡轮的热膨胀系数（α↓［１］）、发条的热膨胀系数（α↓［２］）和发条的热弹性系数（δＥ／Ｅ）相配合，以补偿系统的热变化。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：吉迪恩莱文斯顿，
申请(专利权)人：吉迪恩莱文斯顿，
类型：发明
国别省市：FR[法国]