CN106471429A - 用于钟表机芯的音叉机械振荡器 - Google Patents

用于钟表机芯的音叉机械振荡器 Download PDF

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Abstract

一种腕表，其包括具有音叉型谐振器的机械钟表机芯。振荡器优选地包括具有低内摩擦的材料A。在本发明的振荡器中，例如，通过选择制成音叉的材料来避免不期望的对称振荡。根据优选的实施方式，振荡器的杆和/或固定件包括具有比所述材料A的内摩擦更大的内摩擦的材料，以致不同于非对称振荡模式的品质因Q1，对称振荡的品质因子Q2被减小。

Description

用于钟表机芯的音叉机械振荡器
技术领域
本发明涉及一种音叉振荡器、包含该振荡器的时钟机芯以及包括该振荡器的时钟。特别地，本发明涉及一种具有该振荡器的机械时钟。
背景技术
本发明的目的是提高时钟的机械机芯的性能，特别是机械时钟的机械机芯的性能。在机械表中长期以来用作为振荡器的摆轮游丝已经证明了它的价值，但是尽管研究和发展了几个世纪(或许正因为如此)，它仍有可能接近它的极限。因此，最好的摆轮游丝实现了约为300的品质因子Q。通过等式Q＝2πx(每周期的能量储存/能量损失)所限定的振荡的品质因子，基本表示出在振荡器耗尽了它的全部能量并且停止之后的振荡次数。
音叉闻名于其时基素质。1960年代的音叉机芯腕表在世界上是最精准的，直到石英表的出现。Max Hetzel是与使用音叉作为振荡器有关的许多专利发明的发明人，从而生产由瑞士宝路华(Bulova Swiss SA)公司销售的Accutron腕表(注册商标)。
然而，因为音叉的每个分支都支承与被刚性地安装于表框架上的电磁体相关联的永磁体，因此Accutron表包括电子谐振器。每个电磁体的操作被借助音叉支承的磁体进行的音叉的振动控制，以致通过电磁体向永磁体的周期性磁脉冲传递来维持音叉的振动。音叉的其中一个分支致动棘轮，使其能够使表运转轮系的移动件旋转。
例如，源自1957年的专利申请的专利US2971323描述了仅适用于生产纯机械表的机构，即是，没有电子电路。在市场方面，事实上对于纯机械时钟存在与已知的时钟相比显示精度增加的表操作的真正的需求。
机械腕表和基于声学音叉的电子表之间的总体差异在于，在后者中，作为计时器的振荡器也用作能量分配器，即是，振荡用于给机芯(Accutron)供电，或者用于确定作用于表针(基于石英的电子表)上的电马达的活动。另一方面，在机械表中，在能量传递链的末端执行调节。
源自1962年的专利申请的专利US3208287描述了包括音叉的谐振器，该音叉通过磁相互作用被连接到擒纵轮。更具体地，音叉支承与擒纵轮相互作用的永磁体，该擒纵轮由导磁材料制成。擒纵轮被运动地连接到可以是机械的或者采用马达的形式的能量源，同时在它的厚度中具有开口，以致在被旋转驱动时相对于音叉所支承的磁体形成可变磁阻磁路。该专利公开了如图9所示的“异常振荡”。这实际上涉及对称振荡，根据该专利，如图2和3所示，能通过将擒纵轮定位为同时作用于振荡器的两个叉上来避免该对称振荡。该解决方案类似于用于基于石英的电子表中(并且同样在上述Accutron表中)的解决方案，其中，通过两个叉的同时脉冲来施加对称振荡模式。
针对专利US3208287，本发明旨在解决多个技术问题。一方面，需要通过在音叉的单个叉上起作用来引起非对称振荡，因此，不用通过两个叉的同时脉冲来施加非对称振荡。另一方面，使用磁体将能量分配到振荡器(擒纵机构产生的脉冲)或者调节能量不会被严格地说成“机械的”，仅仅是因为能量是通过磁力传递的并且从而与电磁现象有关。
相同的论证也适用于欧洲专利申请EP2466401的教导。
鉴于上述，本发明旨在提供一种包括比常规的摆轮游丝的时基更精确的时基的机械机芯表。因此，本发明的目的是提供一种特征在于品质因子比摆轮游丝的品质因子更大的振荡器。
特别地，本发明的目的是提供一种具有使用音叉振荡器作为时基的完全机械式机芯的腕表。
本发明的目的是在音叉振荡器中避免对称振荡。更具体地，本发明旨在避免包括特征在于低内摩擦的材料的振荡器中的对称振荡，以使得振荡器能够进行所述的对称振荡。
本发明的目的是提供一种基于具有低内摩擦的材料的音叉，该材料例如单晶硅。使用该材料允许振荡的品质因子Q上升，但使得音叉能够进行在时基方面不期望的对称振荡。
本发明的目的是使得一种振荡器可用，其中，即使脉冲仅被传递到其中一个叉，换言之，在不存在两个叉的同时脉冲的情况下，也激励非对称振荡。
本发明旨在解决上述问题，并且提供会通过阅读说明和权利要求变得更显而易见的其他益处。
发明内容
在一方面，本发明涉及一种包括机械钟表机芯的时钟，其包括：音叉振荡器，其中所述振荡器包括组件，该组件具有两个叉和将所述叉相连接的基部，其中所述振荡器包括被连接到所述基部的杆，振荡器通过其杆被连接到紧固部件，该紧固部件被连接到机芯，其中所述组件包括材料A或由材料A构成，所述材料A的特征在于低内摩擦，其中所述机芯包括机械脉冲元件，该机械脉冲元件能够在两个叉的其中一个上起作用，从而引起且维持所述振荡器的振荡，其中所述振荡器能够以期望的非对称模式和不期望的对称模式振荡，所述时钟的特征在于，所述振荡器的对称振荡模式的品质因子Q2相对于非对称振荡模式的品质因子Q1被减小。
一方面，本发明涉及一种音叉振荡器，其中所述振荡器包括组件，该组件具有两个叉和将所述叉相连接的基部，其中所述振荡器包括被连接到所述基部的杆，振荡器通过其杆被连接到紧固部件，该紧固部件被连接到支撑件，其中所述组件由材料A形成，该材料A的特征在于低内摩擦，其中所述振荡器能够以期望的非对称模式和不期望的对称模式振荡，所述振荡器的特征在于，所述振荡器的对称振荡模式的品质因子Q2相对于非对称振荡模式的品质因子Q1被减小。
一方面，本发明涉及一种音叉振荡器，其中所述振荡器包括两个叉和将所述叉相连接的基部，其中所述振荡器包括被连接到所述基部的杆，所述振荡器的特征在于，在所述振荡器中，通过设置被选择在所述振荡器中或所述振荡器上和/或振荡器的紧固件中或振荡器的紧固件上的材料，对称振荡模式被减弱或阻止。
一方面，本发明涉及一种音叉振荡器，其中所述振荡器包括两个叉和将所述叉相连接的基部，其中所述振荡器包括被连接到所述基部的杆，振荡器通过其杆被连接到紧固件，其中所述振荡器由使得所述振荡器能够执行对称振荡的一种或多种材料制造而成，并且其中所述振荡器或紧固件进一步包括能够减弱所述对称振荡的其他材料。
在一方面，本发明涉及一种音叉振荡器，其中所述振荡器包括两个叉和将所述叉相连接的基部，其中所述振荡器包括被连接到所述基部的杆，振荡器通过其杆被连接到紧固件，其中所述振荡器包括多种材料或由多种材料制造而成，该多种材料包括材料A和材料A’，其中材料A’的特征在于与材料A的热膨胀系数符号相反的热膨胀系数。
一方面，除了包括振荡器的时钟之外，本发明涉及一种包括振荡器的用于时钟的机芯。
一方面，本发明涉及拥有相对较高的内摩擦的材料的用途，以避免音叉振荡器中的对称振荡。
附图说明
通过阅读优选的实施方式的下列说明，并且参考所附的图示附图，本发明的特征和益处变得更加清晰，说明仅通过非限制性示例的方式被给出，在附图中：
图1表示制表音叉的示意图。
图2A和2B各自示出了音叉的非对称和对称振荡。
图3A表示根据本发明的第一实施方式的音叉的示意图。
图3B和3C各自表示图3A中的振荡器的非对称和对称振荡的示意图。
图4A表示根据本发明的第二实施方式的音叉的示意图。
图4B和4C各自表示图4A中的振荡器的非对称和对称振荡的示意图。
具体实施方式
本发明涉及一种音叉振荡器，此外涉及一种包括该振荡器的时钟，并且更进一步涉及一种用于包括该振荡器的时钟的机芯。
例如，根据本发明的时钟可为表、怀表、挂表、摆钟或更进一步为座钟。在优选的实施方式中，根据本发明的时钟是腕表。
根据本发明的时钟可为完全机械式的和/或可包括完全机械式的机芯。优选地，完全机械式的机芯能在不具有任何电子电路的情况下、特别是在不具有电源的情况下运行，该电源例如电池或光伏电池。本发明还允许生产基于一组构件之间的机械相互作用且排除了磁相互作用运行的时钟。在完全机械式的机芯中，通过在音叉上或在与音叉成一体的构件上的直接物理接触而起作用的构件提供用于引起且维持振荡器的振荡的脉冲。例如，本发明可表示对公开了谐振器的专利文献EP2466401或者US3208287中提出的解决方法的改进，在该谐振器中，振荡器和擒纵轮支承磁体，例如，永磁体，以形成基于磁相互作用的调节和擒纵机构。
根据实施方式，本发明的机芯包括机械脉冲部件，其通过机械能量源连接和/或供能。机械能源可与传统机械表中的相同。例如，能量可源自能手动或自动上发条的主发条。
尽管本发明允许用于完全机械式时钟的机芯的操作，但本领域的技术人员能够将在本说明书中公开的技术解决方案应用到电子表的例子中，或者进一步应用到使用磁相互作用的机械表中。
的确，本发明首次允许生产具有音叉振荡器的完全机械式的时钟机芯。然而，所提出的解决方案适用于基于谐振器或音叉振荡器的任何时基。
图1示出了制表音叉的一般形式。音叉1包括通过基部5连接的两个叉或分支3和4，以便形成整体呈U形的形状。两个叉2和3优选地平行地布置在单个平面中。两个叉3和4优选地具有相同的长度。叉3和4的末端在基部5的相对侧上是自由的。它们每个都优选地各自支承配重8、9，该配置8、9用于减小音叉1的振荡频率。音叉包括杆6，基部5通过杆6被连接到紧固部件7。因此，杆6的一个端部被连接到基部5，而另一端部被连接到紧固件7。
在表的例子中，紧固件7优选地与表机芯制成为一体。例如，紧固件7例如通过螺纹被连接至夹板或桥板。如果时钟不是表或如果本发明的振荡器不与时钟关联，则紧固件7可被固定至任何类型的支撑件。
为了最小化尺寸，杆6优选地位于基部5上方。如图2A和2B所示，它也可位于基部5下方，这不会以任何方式改变音叉的特性。
音叉的价值主要在于它的品质因子Q比单个振动叉的品质因子Q大很多。在不期望被理论束缚的情况下，音叉与单个振动叉的品质因子Q相比的较大的品质因子Q与U形结构及其产生的振荡模式有关。(P.Ong所著的“关于普通音叉的鲜为人知的事实”，物理教育(Phys.Educ.)37(2002)，540-524页。)
针对进一步增大振荡器的品质因子Q的目的，振荡器包括具有较低或非常低的内摩擦的材料或优选地由具有较低或非常低的内摩擦的材料制成。如2011年第111(3)期超显微镜(Ultramicroscopy)第186-190页记载的、Andres Castellanos-Gomez、NicolasAgrait、Gabino Rubio–Bollinger所著的“在原子力显微镜中使用的石英音叉力传感器的力梯度引起的机械耗散”所述，品质因子的复杂的解释模型考虑了音叉的分支和基部的粘性内摩擦。
例如，满足低内摩擦的标准的材料包括单晶硅或石英。当然也可使用具有类似和/或相同数量级的内摩擦的其他材料。总的来说，其他单晶材料可用于制造根据本发明的振荡器1。
应指出的是，振荡器1可整体地包括多种材料或由多种材料制造而成。例如，配重8和9通常由金或其他致密材料制成，例如，其他贵重金属。如果需要，配重8和9允许减小振荡器的频率，这可为在机械时钟中的例子。本发明还覆盖了配重8和9为零或不存在的可能性。更进一步，例如，如在美国专利US3447311中公开的那样，配重8、9可被定位或定向为与图1中的布局不同。配重8、9可被实施为设置在叉3和4上的层的形式，和/或可靠近端部或在端部的区域中被连接，并且例如被定向为US3447311中所示的那样。
更进一步，如将在下面进一步描述的那样，叉3、4可由具有低内摩擦的多种材料形成。接下来，如将在下面描述的那样，杆6和/或紧固件7优选地包括具有高内摩擦的材料。
然而优选的是，振荡器应包括至少由叉3和4以及基部5形成的组件2。该组件2优选地包括由连续单一材料形成的实体。这不应阻止本说明书中所列的其他材料的存在。根据本发明，振荡器1包括由特征在于低内摩擦的材料A形成的组件2。例如，从上述的低内摩擦材料之中选择材料A，例如，单晶硅或石英，或一般的单晶材料。根据实施方式，所述振荡器1或者至少所述组件2包括单晶硅和/或石英或由单晶硅和/或石英制成。
根据实施方式，杆6包括相同的材料A和/或由相同的材料A制成。根据该实施方式，杆6形成组件2的一部分。根据另一实施方式，杆6包括其他材料和/或由其他材料制成。
例如，由于组件2包括具有低内摩擦的一种或多种材料(材料A，并且如果适合的话为下面进一步描述的材料A’)或优选地由具有低内摩擦的一种或多种材料制成，因此振荡器的品质因子Q比金属振荡器的例子中的品质因子Q更大。品质因子Q的这种增大同样适用于可被描述为在作为时基的振荡器中不需要的振荡模式。
图2A和2B示出了跟随脉冲的音叉1的两种振荡模式。虚线和实线各自表示振荡器的峰到峰振幅的两个位置，即是，限定了相对于平行的叉3和4的静止点的最大偏移的两个位置。
在图2A中所示的振荡模式中，叉3和4在振荡期间朝向彼此和远离彼此移动。实线表示两个叉的末端彼此靠近的振荡时刻和位置，并且虚线表示两个叉远离彼此的时刻和位置。这是特征在于非常大的品质因子的非对称振荡模式，并且其表示在音叉时基中期望获得的振荡模式。
相反地，在图2B中所示的振荡模式中，叉3、4同相移动，即是，平行地振荡，并且在相同的平面中从一侧同时移动到另一侧。图2B中所示的振荡是对称振荡模式。
在美国专利US3208287中也分别示出了两种振荡模式，即非对称和对称，其中，不期望的对称模式(图2A)被称为“异常振荡”。
在图2A和2B的两个例子中，振荡发生在振荡器自身的平面中，即是，发生在与图2A和2B中所示的图形的平面对应的平面中。在本发明的内容中，可能存在的其他振荡模式不具有相同的情况。
应补充的是，与对称振荡模式相关的问题首先出现在由具有低内摩擦的材料制成的振荡器中，该材料例如石英或单晶硅。实际上，例如，在金属音叉中没有观察到对称振荡模式(图2B)。换言之，选择具有低内摩擦的材料，例如，材料A，使得所述振荡器不仅能够在期望的非对称模式下振荡，还能够在不期望的对称模式下振荡。
总的来说，对称振荡模式由于略小的品质因子而通过机械激励来激发，因此更容易“遇到”。后一点尤其适用于两个叉中的仅其中一个上的脉冲，无论该脉冲是机械的或其他的。
在图2A和2B中所示的非对称和对称振荡模式二者之间的差异涉及杆6。通过比较图2B中的杆6的虚线和实线能理解的是，对称模式引起杆6的横向振荡，与单个振动的叉的振荡对应。该横向振荡通常出现在由两个叉3、4限定的平面中。
相反地，在非对称振荡(图2A)的例子中，杆6沿杆6的轴线进行纵向和/或轴向振荡。
在电子石英表(图2B)的例子中，通常利用石英的压电特性，通过两个叉3和4的同时激励来避免对称振荡(图2B)。两个叉3、4的同步脉冲(同时)由图1中的指向相反方向的两个箭头10表示。通常，在电子表中，电极定位在叉上或靠近叉，从而能够引起非对称振荡。通常，应用电子方法或算法，从而防止在电子表中的对称振荡。
在文献US3208287中也公开了两个分支的同步脉冲。最后，在上述的Accutron表中，金属音叉的脉冲也同步地出现在两个叉上。
本发明的目的是实施可选的解决方案，从而优选地在用作为时基的谐振器中阻止音叉振荡器的对称振荡模式。
本发明的特别的目的包括实现能随着单个叉上的脉冲、因此在不存在两个叉上的同步脉冲的情况下引起不对称的振荡的音叉振荡器。
音叉的两个叉的仅其中一个上的脉冲表示机械谐振器、即时基的例子中的优选的解决方案，其中，音叉的振荡被机械地引起和维持，而不使用电力、电子设备或压电性。根据本发明的机械机芯和/或机械时钟的优选的实施方式，不使用磁性引起和维持振荡。
在优选的实施方式中，本发明的机芯和/或本发明的时钟包括能够在音叉的两个叉的其中一个上起作用的机械部件或脉冲机构，以便引起且维持音叉的振荡。例如，在2012年9月27日以ASGALIUM UNITEC SA的名字提交的、申请号为PCT/EP2012/069122的国际专利申请WO2013/045573中公开了这种部件或机构。该专利申请的内容通过引用被明确地包含于此。
专利申请WO2013/045573公开了用于具有自由的擒纵机构的机械钟表机芯的音叉机械式谐振器。该音叉的叉支承与擒纵叉组件的至少一个第一叉齿相关联的至少一个第一销，以使得该组件在第一角位置和第二角位置之间枢转，并且交替地锁定和释放擒纵轮。谐振器包括转换部件，该转换部件被固定到销，并且被设计为一方面通过向叉传递脉冲而将叉的振荡转换成擒纵叉组件的旋转运动，并且另一方面将机械能量以脉冲的形式从所述擒纵叉组件传递到振荡器的叉。根据机械和/或调整部件的实施方式，支撑轴承销被固定到两个叉的其中一个的端部。该销与齿配合，以限定擒纵叉的叉子。除了一对臂部之外，擒纵叉组件包括被枢转地安装于机芯的框架，每个臂部都支承被设计为与支撑件上的销相互作用的齿。擒纵叉组件接着具有第二对额外的臂部，每个臂部都支承被设置为与擒纵轮配合的擒纵叉。专利申请WO2013/045573的谐振器与传统的谐振器的功能相似，因为振荡器支承两个销而不是单个销，并且还因为擒纵叉的叉子的特别的几何形状。因此，擒纵叉组件被设计为在第一位置和第二位置之间枢转，在第一位置中其中一个擒纵叉锁定旋转的擒纵轮，在第二位置中其他擒纵叉锁定擒纵轮。当擒纵叉组件在一个位置和另一个位置之间枢转时，擒纵轮自由旋转。擒纵叉组件的枢转运动还用于将脉冲传递到支撑件的两个销的其中一个，以维持叉的振荡，并且从而维持音叉整体的振荡。在另一实施方式中，转换部件包括摇臂，并且根据杠杆臂原理起作用。摇臂的自由端部被枢转地安装于叉的自由端部，并且另一端部在擒纵叉组件的齿之间被接合，以与擒纵叉组件配合，并且使得擒纵叉组件枢转。
本领域的技术人员能理解的是，在专利申请WO2013/045573中公开的装置用于将能量分配到音叉，并且用于基于振荡调节时间。
专利申请WO2013/045573因此公开了能够在两个叉的其中一个上起作用的机械脉冲部件，以引起且维持所述振荡器的振荡。机械脉冲元件被优选地使用于根据本发明的时钟中。
根据优选的实施方式，本发明的振荡器的对称振荡模式的品质因子Q2相对于不对称振荡模式的品质因子Q1被主动地和刻意地减小。根据该实施方式，本发明旨在减小对称振荡的品质因子，从而激励非对称模式中的期望的振荡。这实际上意味着每种振荡模式不仅具有其自身的频率，还具有其自身的品质因子。在本说明书的内容中，Q2表示不期望的对称振荡模式的品质因子，而Q1表示期望的非对称模式的品质因子。通常，品质因子由等式Q＝2πx(每周期的能量储存/能量损失)定义。
根据本发明的优选的实施方式，品质因子Q2通过音叉的构造并且特别地通过音叉的构造中的材料选择被刻意地减小。优选地，品质因子Q2通过音叉的几何形状和/或具有不同特性的不同的材料的位置的选择被减小。
根据优选的实施方式，本发明的振荡器至少包括第二材料，该第二材料允许对称振荡模式的品质因子Q2减小。该第二材料通常是指在本说明书中的材料B。材料B优选地从具有比材料A更高的摩擦的材料之中选择。优选地，例如，材料B是具有比石英和/或单晶硅更高的内摩擦的材料。根据实施方式，例如，从金属、合金、多晶和非晶材料之中选择材料B。
材料的内摩擦与固体材料将其机械振动能量转换成内部能量的能力相关。这种不可避免的能量下降或损失自身表现为多种方式，例如，将振动能量转换成热能。如出版物1940年第52期物理学会学报(Proceedings of the Physical Society)第152-166页记载的、Clarence Zener所著的“固体中的内摩擦”中所述，并且如更近期的出版物1983年3月10日第88期地球物理学研究杂志(Journal of Geophysical Research)第2367-2379页记载的、His-Ping Liu和Louis Peselnick所著的“在10-8到10-7应变振幅下从0.01到1.00赫兹的熔融石英、钢、有机玻璃和韦斯特利花岗岩的内摩擦”中所述，振荡器的品质因子以及材料因子的内摩擦是相互依赖的。在这些出版物中，品质因子Q的倒数(即是，1/Q)用作内摩擦的测量结果。
在本发明的内容中，品质因子的倒数1/Q优选地用于确定给定的材料是否有高或低内摩擦的特征。如过去50年中许多出版物中描述的那样(参考出版物参考文献2014年第75期瑞士计时学会公报(Bulletin de la Société Suisse de Chronométrie)第53-61页记载的、Ilan Vardi所著的“机械制表中的品质因子(Le facteur de qualité enhorlogerie mécanique)”)，材料的品质因子Q能被本领域的技术人员确定。
根据优选的方法，能基于引起自由振动的简单的振动叶片确定材料的品质因子Q。
在本说明书中，根据上面引用的文章，材料A的内摩擦能被表示为1/QA，并且材料B的内摩擦能被表示为1/QB。
根据实施方式，具有低内摩擦的材料A是其1/Q值(1/QA)＜0.02、优选地＜0.01的材料。根据优选的实施方式，具有低内摩擦的材料是其1/Q值(1/QA)＜0.001的材料。
在内摩擦方面，材料A’满足与材料A相同的条件。A’的1/Q值(1/QA’)因此在与A的1/Q值(1/QA)相同的范围内。
根据实施方式，具有高摩擦或比材料A更高的摩擦的材料B是其1/Q值(1/QB)≥0.02、优选地≥0.05的材料，例如，≥0.1或更高。
根据优选的实施方式，材料A和A’具有的内摩擦(1/QA)≤0.01，并且材料B具有的内摩擦(1/QB)＞0.02。优选地，1/QA＜0.005并且1/QB≥0.015。
在本发明的内容中，材料A和B通常选择为使得1/QA<1/QB。相对于彼此限定材料A和B能够忽略测量各自的品质因子Q(QA、QB)以确定材料的内摩擦值的具体条件，假设用于确定QA和QB的条件是相同的(例如，25℃以及两个杆，其中一个由材料A制成，另一个由材料B制成，具有相同的尺寸)。
根据优选的实施方式，(1/QA)/(1/QB)(＝QB/QA)是≤0.5，优选地≤0.2。根据优选的实施方式，QB/QA是≤0.1，优选地≤0.02，或者≤0.01。
还应提到的是，本发明考虑材料的内摩擦的调整(1/QA和/或1/QB)，以获得具有期望的特性的材料。例如，材料A和B可为混合物，例如包含多种物质或材料的复合物，其被选择为获得具有与优选的值或上述比例的内摩擦一致的材料。
发明人意外地观察到，通过材料B在音叉中的几何结构和/或位置能防止对称振荡。优选地，材料B与振荡器的材料A接触。
根据实施方式，本发明的音叉包括被布置和/或定位为防止或减弱音叉的对称振荡的材料B。
根据本发明的实施方式，材料B的存在允许减弱杆6的横向振荡。结果是，根据本发明的实施方式，材料A是第一材料，并且所述品质因子Q2通过第二材料B的存在被减小，其中，该材料B与所述材料A接触，从而减弱所述杆6的横向振荡。
根据实施方式，所述振荡器的对称振荡模式的所述品质因子Q2被减小，使得Q1/Q2等于或大于2。优选地，Q1/Q2等于或大于5，或者实际上等于或大于10、等于或大于20、等于或大于50或者更进一步等于或大于100，例如，等于或大于200。
根据本发明的音叉的实施方式，品质因子Q1至少比质量因子Q2大一个数量级。术语“数量级”表示大约10倍的差异。优选地，品质因子Q1至少比品质因子Q2大1至3个数量级。
本领域的技术人员应理解的是，在本发明的内容中，品质因子Q同时用于限定两种振荡模式，即图2A和2B所示的非对称和对称模式(Q1和Q2)，并且作为材料的内摩擦的参数。在后一种情况下，采用品质因子的倒数(1/Q)。应提及的是，现有技术描述了表示材料的内摩擦的几个参数，例如，阻尼或损耗因子tanδ，或者损耗模量G”。在本发明的内容中，如C.Zener在1940年和H.-P.Liu等人在1983年提出的那样，选择品质因子Q的倒数，特别的原因是该参数的测量对于制表领域的技术人员是公知的。
第二材料或材料B能被布置在音叉的杆6中。根据本发明的实施方式，所述材料A是第一材料，并且杆6包括与所述第一材料接触的第二材料B或由与所述第一材料接触的第二材料B形成。
根据实施方式，杆6整体由材料B制造。可选地，杆6包括该材料B或者总体上满足较高的内摩擦特性的多种材料。材料B与材料A接触被认为是有益的。例如，材料B接触音叉的基部5。根据该实施方式，材料B优选地至少处于材料A和杆6的交界处。
该实施方式由图3A至3C示出，其中，杆6由与制成组件2的材料A不同的材料B构成。组件2特别地包括两个叉3、4和基部5。
图3A至3C的附图标记与上述图1的附图标记具有相同的含义。图3A示出了处于静止位置的音叉，而图3B和3C各自示出了随着在箭头11的位置处被传递到两个叉的其中一个(在本例子中是在叉3上)的脉冲的非对称和对称振荡。
在图3A至3C中所示的实施方式中，组件2整体地由A型材料构造，即是，具有低内摩擦，但杆6由具有较高的内摩擦的材料(材料B)构成，例如，用于传统制表音叉的金属。在该实施方式中，在图2A中的非对称振荡不会由于杆6的横向运动而经历任何通过杆6产生的损耗，然而，参考图3C，因为在杆6和基部5之间以及杆7和音叉的紧固件7之间的附接或连接处由于约束S1和S2产生的能量损耗，因此音叉的对称振荡(图2B)被减弱。对称振荡的品质因子(Q2)因此与被嵌入在由该材料B制成的端部处的简单的振动叶片的品质因子相似，并且从而非常的小(例如＜10)。
由具有比制成组件2的材料A更高的内摩擦的材料B制造的杆6不会减振，且不会减小图3B中所示的非对称振荡的品质因子(Q1)。这同样适用于仅通过箭头11所示的一个叉上的脉冲使得音叉1振荡的例子。
在美国专利US3447311中描述的是，杆优选地在整体上显现出一定的挠性或弹性，这能够将对称振荡的频率与非对称振荡的频率分离或隔开。根据实施方式，杆6被布置为保持足够的挠性和/或弹性，以分离非对称和对称模式的特定的频率。能通过杆6的几何形状和/或形式并且通过制成杆6的材料产生这种布置。通过改变杆的几何形状，例如，通过减小其宽度和/或增加其长度，能够增加它的挠性，并且从而保持需要的弹性。优选地，对称和非对称振荡的固有频率是彼此不同和/或相距甚远的。“固有频率”表示共振频率的概念，其中振幅相对于脉冲频率是最大的。
例如，对称和非对称振荡的固有频率间隔至少5Hz，优选地至少10Hz，甚至至少20Hz，并且在某些例子中甚至30Hz。
根据本发明的实施方式，杆6形成所述组件2的包括叉3、4和基部5的部分，并且包括所述材料A或由所述材料A形成。根据该实施方式，如图4A至4C所示，杆6、基部5和叉3、4可被制造成一体，例如，由连续的材料A制成，或者可包括连续的材料A。在单晶材料的例子中，杆6、基部5和叉3、4可包括单一的水晶或由单一的水晶形成。
如图4A所示，紧固件7包括具有比材料A更高的内摩擦的材料或由具有比材料A更高的内摩擦的材料制成。在该例子中，杆6可或可不包括具有较高的内摩擦的材料(材料B)。如所示，图4A至4C特别地示出了包括与基部5和叉3、4以及由暗色方形表示的紧固件7相同的材料A和/或由与基部5和叉3、4以及紧固件7相同的材料A制造而成的杆由材料B形成的可能性。本发明本质上不排除杆可包括除了基部5和叉3、4的材料A之外的材料的可能性，其中，这种其他材料像材料A一样具有较低的内摩擦，或者像材料B一样具有较高的内摩擦。
根据本发明的实施方式，所述材料A是第一材料，并且所述紧固部件7包括与所述杆6接触的第二材料B。
在图4A至4C中所示的实施方式中，通过使用消散杆6的振荡的材料替换紧固件的材料A，在紧固件7处引入对称振荡的减弱。由材料A制成的杆6因此被嵌入基部中，该基部由具有高内摩擦的材料制成的紧固件7形成，例如，制表音叉的金属或者诸如树脂的其他材料(材料B)。
还可设想的是，使用用于减振的粘合剂将由材料A制成的杆6粘贴到紧固件7，因此，其可用于对称模式中的能量损耗，并且减小对称模式的品质因子。粘合剂包括材料B和/或由材料B构成。在该例子中，紧固件7还可由从A型材料之中选择的材料制造而成。参考图4B，非对称振荡不会被紧固件减弱，因为耗散的嵌入件7中的杆6没有横向振荡。另一方面，如图4C中的箭头D所示，因为杆6的振荡由于其在耗散材料7中的紧固被减弱，所以对称振荡被减弱。在该例子中，在杆和音叉的基部之间的约束S1’不会比在音叉和其紧固件完全由材料A制成的情况下耗散跟多的能量。约束S1’因此不会有助于减小对称振荡。
在实施方式中，所述紧固部件7将所述杆6固定和/或嵌入为，使得所述杆6的横向振荡被减弱。杆6的这种嵌入在图4A至4C中被清楚地示出，其中，紧固件7与杆6的接触使得振荡的能量耗散。
应补充的是，由图3C和4C所示的对称振荡的减弱产生的能量耗散可导致温度的升高，即是，振荡的能量被转换成热量。与振荡模式(在这个例子中是对称振荡)相关的能量损耗解释了该类型的振荡的品质因子的减小。根据本发明，材料B被定位和/或布置为特别地引起对称振荡的能量损耗，以减小品质因子Q2。优选地，材料B被布置为减弱杆6的横向振荡。本领域的技术人员能理解的是，本发明旨在利用例如发生在杆6的运动时的图2A中的非对称振荡和图2B中的对称振荡之间的差异。还应注意的是，在非对称的例子中，音叉的重心几乎不移动，但在对称的例子中，表现出可感知的运动。
根据实施方式，根据本发明的音叉1的所述叉3、4包括材料A’，其中，所述材料A’被布置成在两个叶片的至少一部分上的层的形式。根据实施方式，所述材料A’的特征在于与材料A相似的低内摩擦。优选地，材料A’的内摩擦是与材料A相同的数量级。
根据实施方式，材料A和材料A’在它们各自的热膨胀系数的符号(正或负)方面不同。结果是，所述材料A’的热膨胀系数相对于所述材料A的热膨胀系数的符号具有相反的符号。换言之，如果材料A的热膨胀系数是正的，例如+0.5，则材料A’的热膨胀系数是负的，例如-1.0。
选择具有低内摩擦的A和A’的两种材料的目的是抵消或者至少部分补偿温度对振荡频率的影响。通常，振荡频率随着制成音叉的材料体积的增加或减少导致的音叉的最佳温度(通常为25℃)的偏离而减小。由于材料A’优选地具有与材料A相反的膨胀系数符号，因此A’的存在减少了组件A和A’的体积的变化。
相反的符号的特征不意味着材料A和A’的热膨胀系数的绝对值是相同的(参考上面给出的值+0.5和-1.0的例子)。出于该理由，材料A’的量被优选地选择为，使得如果适合的话，尽可能的减少除了杆6之外至少包括叉3、4和基部5的组件的体积改变，即是，体积的膨胀或减少被大幅降低或者不存在。
优选地，材料A’也是具有低内摩擦的材料。因此，材料A’优选地不会对品质因子Q1产生任何显著的影响。本领域的技术人员熟悉具有负热膨胀系数的材料。
材料A’优选地至少存在于两个叉3、4上。材料A’还可存在于基部5上。如果杆6包括材料A或由材料A构成(图4A至4C)，则材料A’还可存在于杆上。应理解的是，本发明并不被限制于材料A’与材料A组合的方式。例如，材料A’可采用层的形式被应用于至少一部分材料A上，或者反之亦然。本领域的技术人员可设想出将材料A’与根据本发明的音叉组合的其他方式。所述层可整体延伸到叉3、4和基部5的一侧上，并且同样地延伸到杆上，或者可仅存在于一部分组件2上。优选地，材料A’至少与一部分叉3、4相关联和/或被连接到一部分叉3、4。优选地，材料A’被均匀地和/或对称地布置在两个叉3、4上。
在不超出本发明的范围的情况下，本领域的技术人员在使本公开的内容适应他或她自身的需要，以及实施与根据这里描述的实施方式不同但其中对称振荡的品质因子相对于非对称振荡的品质因子被减小的振荡器方面将不会遇到特别的困难。例如，本领域的技术人员能够将根据本发明的振荡器用于不完全机械的时钟和/或电子时钟中，或者进一步用于任何类型的电子时基中。例如，本发明能在需要时基的应用中被容易地实施，例如，计算机或者手机中。特别地，本发明能够在不考虑仅在两个叉的其中一个上的脉冲(机械或其他)的情况下激励和/或维持非对称脉冲的事实总体上有助于音叉的构造，例如，包括通过电子装置来使得音叉振荡和/或在石英音叉的情况下使用压电效应来使得音叉振荡的例子。

Claims (16)

1.一种具有机械钟表机芯的时钟，其包括：音叉振荡器(1)，其中所述振荡器包括组件(2)，该组件(2)具有两个叉(3、4)和将所述叉相连接的基部(5)，其中所述振荡器(1)包括连接到所述基部(5)的杆(6)，振荡器通过其杆(6)被连接到紧固部件(7)，该紧固部件(7)被连接到机芯，其中所述组件(2)包括材料A或由材料A构成，所述材料A的特征在于低内摩擦，其中所述机芯包括机械脉冲元件，该机械脉冲元件能够在两个叉的其中一个上起作用，从而引起和维持所述振荡器的振荡，其中所述振荡器能够以期望的非对称模式和不期望的对称模式振荡，所述时钟的特征在于，所述振荡器的对称振荡模式的品质因子Q2相对于非对称振荡模式的品质因子Q1被减小。
2.根据权利要求1所述的时钟，其特征在于，所述材料A是第一材料，并且所述品质因子Q2通过设置第二材料B而被减小，其中，该材料B与所述材料A接触，以致所述杆(6)的横向振荡被减弱。
3.根据权利要求2所述的时钟，其中，所述材料B的特征在于比第一材料的内摩擦更高的内摩擦。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的时钟，其特征在于，所述材料A是第一材料，并且杆(6)包括第二材料B或由第二材料B形成，该第二材料B与所述第一材料接触。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的时钟，其特征在于，杆(6)形成所述组件(2)的包括叉(3、4)和基部(5)的一部分，并且包括所述材料A或由所述材料A形成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的时钟，其特征在于，所述材料A是第一材料，并且所述紧固部件(7)包括与所述杆(6)接触的第二材料B。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的时钟，其特征在于，所述紧固部件(7)固定所述杆(6)和/或使所述杆(6)嵌入，以致所述杆的横向振荡被减弱。
8.根据权利要求2至7中任一项所述的时钟，其特征在于，所述第二材料从金属、合金、多晶和/或非晶材料之中选择。
9.根据前述权利要求中任一项所述的时钟，其特征在于，所述振荡器(1)或者至少所述组件(2)包括单晶硅和/或石英或由单晶硅和/或石英制成。
10.根据前述权利要求中任一项所述的时钟，其特征在于，所述叉(3、4)包括材料A’，其中所述材料A’以层的形式被布置在两个叉的至少一部分上。
11.根据前述权利要求中任一项所述的时钟，其中，所述材料A’的特征在于与材料A相似的低内摩擦。
12.根据权利要求10或11所述的时钟，其中，相对于所述材料A的热膨胀系数符号，所述材料A’的热膨胀系数具有相反的符号(+/-)。
13.一种音叉振荡器(1)，其中所述振荡器包括组件(2)，该组件(2)具有两个叉(3、4)和将所述叉相连接的基部(5)，其中所述振荡器(1)包括连接到所述基部(5)的杆(6)，振荡器通过其杆(6)被连接到紧固部件(7)，该紧固部件(7)被连接到支撑件，其中所述组件(2)由材料A形成，所述振荡器的特征在于，所述材料A是第一材料并且所述振荡器包括第二材料B，其中所述材料B与所述材料A接触，以致所述杆(6)的横向振荡被减弱。
14.根据权利要求13所述的振荡器，其特征在于，所述材料B具有比材料A的内摩擦(1/QA)更高的内摩擦(1/QB)，使得QB/QA≤0.1。
15.一种包括前述权利要求所述的振荡器的钟表机芯，其中，所述机芯包括机械脉冲部件，该机械脉冲部件能够在两个叉的其中一个上起作用，以引起和维持所述振荡器的振荡。
16.根据前述权利要求所述的钟表机芯，其特征在于，所述机械脉冲部件被连接到机械能量源和/或通过机械能量源供能。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114721243A (zh) * 2020-12-18 2022-07-08 奥米加股份有限公司 配备有刚度调节装置的具有柔性引导装置的钟表谐振器机构

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3736743A (en) * 1970-09-14 1973-06-05 Suwa Seikosha Kk Timepiece regulating mechanism
CH599604B5 (zh) * 1974-12-03 1978-05-31 Bulova Watch Co Inc
EP0964319A1 (fr) * 1998-06-08 1999-12-15 Manufacture des Montres Rolex S.A. Procédé pour transmettre des impulsions d'énergie mécanique d'une source motrice à un régulateur oscillant
CN1668987A (zh) * 2002-07-12 2005-09-14 吉迪恩·莱文斯顿 机械振荡器***
CN102193486A (zh) * 2010-03-12 2011-09-21 精艺工程研发所有限公司 振动器***

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IT547049A (zh) 1953-06-19
US3208287A (en) 1961-10-21 1965-09-28 Jeco Kk Magnetic escapement
CH58264A4 (zh) * 1964-01-20 1965-09-15
CH435122A (fr) * 1965-03-10 1966-12-15 Longines Montres Comp D Diapason pour pièce d'horlogerie
CH485145A (fr) 1966-03-29 1970-01-31 Ebauches Sa Dispositif transformant les mouvements oscillants d'un résonateur acoustique en mouvements rotatifs d'une roue de comptage
US3760482A (en) * 1972-05-18 1973-09-25 Suwa Seikosha Kk Method of adjusting frequency of tuning fork type vibrator
EP2466401B1 (fr) 2010-12-15 2013-08-14 Asgalium Unitec SA Résonateur magnétique pour pièce d'horlogerie mécanique
EP2574994A1 (fr) 2011-09-29 2013-04-03 Asgalium Unitec SA Resonateur a diapason pour mouvement horloger mecanique
CH707554A2 (fr) * 2013-02-07 2014-08-15 Swatch Group Res & Dev Ltd Résonateur thermocompensé par un métal à mémoire de forme.

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3736743A (en) * 1970-09-14 1973-06-05 Suwa Seikosha Kk Timepiece regulating mechanism
CH599604B5 (zh) * 1974-12-03 1978-05-31 Bulova Watch Co Inc
EP0964319A1 (fr) * 1998-06-08 1999-12-15 Manufacture des Montres Rolex S.A. Procédé pour transmettre des impulsions d'énergie mécanique d'une source motrice à un régulateur oscillant
CN1668987A (zh) * 2002-07-12 2005-09-14 吉迪恩·莱文斯顿 机械振荡器***
CN102193486A (zh) * 2010-03-12 2011-09-21 精艺工程研发所有限公司 振动器***

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114721243A (zh) * 2020-12-18 2022-07-08 奥米加股份有限公司 配备有刚度调节装置的具有柔性引导装置的钟表谐振器机构

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