专利名称：用于游丝摆轮/游丝谐振器的游丝及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种用于游丝摆轮的扁平谐振器(resonator)螺线，该螺线是利用一种通过一方面作用于这种螺线的结构参数，另一方面作用于将螺线固定到摆轮心轴的方式来改进等时性的制造方法获得的，该固定方式用以减小传统的固定方式所固有的阿基米德螺线的原点和摆轮的旋转轴线之间的几何偏差。在下面的说明中，等时性是指与摆轮的摆幅的变化有关的工作偏差，以及手表的水平位置和垂直位置之间的工作偏差。
背景技术：
具有均匀的截面和螺距的线匝的螺线通过在该螺线的平面内或更普遍地在不同平面内的内部曲线和外部曲线的特定构造，以一种已知的方式使得螺线可同心展开，在展开期间螺线的重心移动并且螺线的惯量改变，从而相对于重力矢量使随螺线的幅值和位置而变化的工作干扰最小。制造这种螺线除了需要很好的技术之外，其在高度上所需的空间也对这种螺线在手表中的使用构成某些缺陷，因为出于很明显的美学原因，手表厚度应尽可能最小。
为此，优选使用例如图1中所示的扁平螺线。这种螺线以一种已知方式通过对在整个长度上截面恒定的金属丝或金属带进行卷绕而制成，并且在平衡位置该线匝之间具有恒定的螺距。从图1中可以看到，内部曲线例如通过激光焊接固定在内桩20上，该内桩被推压而穿过摆轮8的心轴9。
对于本技术领域，关于线匝之间的螺距，应提到1966年提交的CH专利No.465 537，其中公开了一种利用具有恒定截面的金属带或金属丝来制造任何构形的尤其是具有可变螺距的螺线的方法，该金属带或金属丝卷绕在模具的凹槽内，然后进行退火和硬化。就申请人所知，还没有这种类型的产品投放市场，这会使人认为该制造方法在技术上或经济性上不能令人满意。
关于被卷绕的金属带的厚度的变化，应提及GB专利No.1020 456，该专利公开了通过对具有从中心向周向增大的截面的钢带进行对(接)焊来制造主发条。这种发条设计成在同等的空间需求下增大了动力储备，但是很明显，将该制造方法应用于螺线时，焊缝的存在会阻止同心展开，并且不能从一个螺线到另一个螺线获得可再现的等时性。
此外，在1878年的US专利No.209 642中已提出同样的原理，用来提高具有较小截面的内部线匝的螺线的等时性。在详细说明中将会看到，实验与这一主张相矛盾。
发明内容
因此，本发明涉及一种扁平螺线以及微机械加工或电生长制造方法，以便以简便方式选择最有利的结构参数，从而通过螺线的形状以及通过固定方法来提高等时性。
因此，本发明涉及一种由其间的螺距为“p”的连续的线匝构成的带形成的用于摆轮调节机构的扁平螺线，所述螺线通过一种可获得几乎最好的等时性的制造方法获得。具有矩形截面的线匝形成为从内部曲线到外部曲线的单个连续材料，但是，在中心处的连接点和外部的连接点之间所包含的某些部分上，该线匝具有非均匀的截面“s”，和/或一个或多个在标准螺线的轨迹之外形成的部分。“非均匀截面”的表述是指，对于具有恒定高度“h”的带，选定部分的厚度“e”可大于或小于形成该螺线的带的其余部分的厚度。
如下文将详细说明的，该制造方法依赖于微技术，例如光刻术和电镀金属或金属合金，或微机械加工厚度为“h”的由非晶材料或晶体材料例如单晶或多晶形式的硅制成的板。
根据第一实施例，线匝的截面“s”从外部曲线向内部曲线逐渐增加。
根据可与第一实施例相结合的第二实施例，线匝之间的螺距“p”从外部曲线向内部曲线规则地减小。
根据另一实施例，可选择一个确定的线匝部分并在局部改变带的宽度，以便作用于其它有利于等时性的参数。例如可在内部曲线上、在外部曲线上增加宽度或同时在内外曲线两者上增加宽度，或在螺线的其它部分上的许多其它位置内增加宽度。
还可通过具有例如Grossmann类型的内部曲线，来获得具有偏离/不同于标准螺线的曲线的线匝部分的螺线。
本发明还具有能够同时制造实际螺线和用于将该螺线固定到摆轮心轴上的装置的优点，该固定装置由一自锁垫圈形成，该自锁垫圈在其中心例如具有星形轮廓，并在其周向包括凹部以使其具有足够的弹性以便装配，并防止阿基米德螺线的起点和摆轮的旋转轴线之间的偏差。
对于金属或金属合金螺线，其制造方法主要包括应用LIGA技术以形成与螺线的预期轮廓相对应的模具。鉴于目前市场上的光致抗蚀剂的特性，可调整光致抗蚀剂层的厚度以便在螺线的整个范围内获得达到几十毫米的带高。
对于由非晶材料或晶体材料制成的螺线，该方法主要包括通过掩膜蚀刻所述材料形成的板。
从下面参照附图通过非限制性的示例对不同实施例示例的说明中，可以看到本发明的其它特征和优点，其中-图1示出现有技术的游丝摆轮；-图2是图1的螺线的放大图，-图3A是由图2中所示的螺线获得的等时性图表；-图3B是由现有技术的另一种螺线获得的等时性图表；-图4示出根据本发明的螺线的第一实施例；-图5是由图4的螺线获得的等时性图表；
-图6示出根据本发明的螺线的第二实施例；-图7是由图6的螺线获得的等时性图表；-图8示出根据本发明的螺线的第三实施例；-图9是由图8的螺线获得的等时性图表；-图10示出根据本发明的固定螺线的方式；以及-图10A到10E示出将螺线固定在中心的其它形式。
具体实施例方式
部分被去除的图1示出导言中所提及的现有技术的游丝摆轮。其特征作为参照以示出本发明在等时性方面做出的重大改进。螺线10的在中心的曲线11的端部以常规方式固定在内桩20上，该内桩被推压而穿过在机板7和摆轮夹板6之间枢转的摆轮8的心轴9。该调节装置还以已知的方式包括用于固定螺线10的外部曲线14的游丝外桩保持器5，以及具有销3和朝向刻度1的快慢针尾部2的快慢针4。图2仅是螺线10的放大图，可以看到所述螺线由14圈形成，其从中心曲线11到外部曲线14具有均匀的矩形截面，例如0.05×0.30mm，并且线匝之间具有恒定的螺距p。中心曲线11的连接点与螺线的枢转中心的距离为r，外部曲线14在弯曲部分16之前的连接点与枢转中心的距离为R。在本例中，r和R的值分别为0.57mm和2.46mm。除非另外指明，否则r和R的这些值以及匝数在下面的说明中仍相同。
参照图3A，该图示出具有上述特征的螺线的等时性图表。X轴示出用度数表示的相对于摆轮位置的摆轮摆幅。Y轴示出用秒/天表示的工作偏差。该图表包括对应于游丝摆轮的通常测量位置的5条曲线，即水平位置(曲线1)、垂直位置(曲线2到5，通过旋转90°而从一条曲线到另一条曲线)。虚线对应于所有最不利位置的包络线。以常规方式通过考虑包含在200°和300°之间的幅值的包络线的最大偏差来评价工作偏差。在图3A的图表中，可以看到对于这种现有技术的参考螺线，最大偏差为在236°的幅值处的4.7秒/天。
图3B示出由具有导言中引用的美国专利No.209642中提到的特征的螺线(未示出)所获得的图表，即，该螺线的带厚在外部曲线14的0.046mm和内部曲线11的0.036mm之间变化。与所述专利的教导所预期的相反，可以看到最大偏差增加到230°的幅值处的7.7秒/天。
参照图4和图5，将说明通过微机械加工(光刻术和电生长)或蚀刻非晶材料或晶体材料来制造以获得有利于等时性的几何形状的螺线的第一实施例。可以看到，一匝和下一匝之间的螺距p向螺线的中心逐渐减小。相反地，截面从外部曲线14向内部曲线11增加。假定该制造方法使该带具有恒定的高度，则截面的变化实际上对应于厚度的变化，该厚度从外部曲线14的0.036mm到内部曲线11的0.046mm。
在图5所示的图表中，可以看到最大偏差减小到242°的幅值处的2.8秒/天。基于此最大偏差，通过仅作用于带的螺距p或厚度e就可获得有利的结果。
图6和图7对应于外部曲线14和内部曲线11的第二种“Michel”类型的实施例。除了厚度制成0.056mm的(以下)两个线匝部分之外，线匝之间的螺距恒定，并具有对应于0.042mm的恒定厚度的恒定截面-跨越大约80°的角扇区的内部曲线11的一部分12，其中部与基准轴线Ox基本成-110°，以及-跨越大约20°的角扇区的外部曲线14的一部分15，其中部与基准轴线Ox基本成+115°。
在图7所示的图表中，可以看到最大偏差仅为1.8秒/天。该超厚区域的厚度值及其在线匝上的位置在这里仅作为示例给出，并且很明显，本领域内的技术人员可在不同位置处选择更多数量的超厚区域。
图8和图9示出第三实施例，其中内部曲线11为Grossmann类型的曲线13，即具有L.Defossez的著作“Théorie générale de l’horlogerie”中说明的几何形状。这种几何形状非常难以通过使金属带变形而获得。但是，根据本发明的制造方法使得能够非常容易地获得这种结构，而不需要技术高超人员的介入。图9中所示的图表示出最大偏差仅为在300°处的2.1秒/天。
当然，利用根据本发明的制造方法所提供的构形的自由，可以组合上述实施例以获得具有改进的等时性的根据本发明的螺线。
图10示出对应于第一实施例(图4)的螺线，其中内桩20被与螺线10同时形成的自锁垫圈17代替。该垫圈17的中心处的轮廓19使得摆轮8的心轴9可被无间隙地锁定，同时分布在锁定轮廓19周围的孔18使其具有一定的弹性，图10所示的该锁定轮廓为星形。图10A到图10E示出锁定轮廓19为三角形、方形、六边形、圆形或鼻形的自锁垫圈17的其它可能的构形。当通过光刻术和电生长制造螺线自锁垫圈组件时，可利用附加步骤来有利地制造所述自锁垫圈17，使垫圈的厚度大于带的高度，以便将螺线10更好地保持在摆轮心轴9上。
可采用微机械加工方法一该方法已经用于例如用硅片制造集成电路或加速度计一制造由非晶材料或晶体材料例如硅制成的根据本发明的螺线。具体可参照美国专利Nos.4571 661和5576 250中公开的有关加速度计的方法。该方法主要包括以下步骤-将硅片放置在形成绝缘SiO2界面的衬底上；-根据由C.Harendt等人说明的方法(“Wafer bonding and itsapplication to silicon-on-insulator fabrication”，Technical Digest MNE’90，2ndWorkshop，Berlin，November 90，p.81-86)，使该板变薄到预期带高“h”；-用光刻术形成对应于预期的螺线轮廓的掩膜；-根据已知方法，例如湿法化学蚀刻、干法等离子蚀刻或这两者的组合，将硅片蚀刻到衬底上；-从衬底上分离螺线。
由于螺线的尺寸非常小，因此很明显可以有利地用单个硅片成批地制造螺线。
为了制造根据本发明的金属或金属合金螺线，可使用从70年代中期就已知的LIGA方法。在第一步中，该方法主要包括在预先覆盖有牺牲层的衬底上喷涂正的或负的光致抗蚀剂，喷涂厚度对应于预期的带高“h”，并利用光刻术和化学蚀刻通过掩膜形成与预期螺线轮廓相对应的空心结构。在第二步中，通过例如US专利No.4 661 212中说明的电镀法，或通过例如US专利申请No.2001/0038803中说明的毫微粒压缩和烧结法，用金属或金属合金来填充所述空心结构。
在最后一步中，通过除去牺牲层而从衬底取出螺线。
权利要求
1.一种游丝摆轮谐振器螺线，摆轮的心轴(9)在机板(7)和摆轮夹板(6)之间枢转，所述螺线(10)由其间的螺距为“p”的连续线匝组成的带形成，内部曲线(11)的端部固定在该摆轮的心轴上，外部曲线(14)的端部固定在该摆轮夹板(6)上或该摆轮夹板所固定的一个部件上，其特征在于，这些线匝由从该内部曲线(11)到该外部曲线(14)的单个带形成，并且在中心的连接点和外部的连接点之间所包含的一些部分上，具有高度为h且非均匀厚度为e的矩形截面“s”，和/或包括一个或多个在标准螺线的轨迹以外形成的部分。
2.根据权利要求1的螺线，其特征在于，该线匝的截面“s”从该外部曲线(14)向该内部曲线(11)规则地增大。
3.根据权利要求1的螺线，其特征在于，该线匝之间的螺距“p”从该外部曲线(14)向该内部曲线(11)规则地减小。
4.根据权利要求2和3的螺线，其特征在于，从该外部曲线(14)向该内部曲线(11)，该线匝的截面“s”增大而螺距“p”减小。
5.根据权利要求1的螺线，其特征在于，该内部曲线(11)的一部分的截面大于形成所有其它线匝的带的截面。
6.根据权利要求1的螺线，其特征在于，该外部曲线(14)的一部分的截面大于形成所有其它线匝的带的截面。
7.根据权利要求5和6的螺线，其特征在于，该内部曲线(11)的一部分(12)和该外部曲线(14)的一部分(15)的截面大于形成所有其它线匝的带的截面。
8.根据权利要求1的螺线，其特征在于，该内部曲线具有Grossmann类型的构形。
9.根据权利要求1到8中的任一项的螺线，其特征在于，该内部曲线(11)延伸出一自锁垫圈17，该自锁垫圈与该带同时形成并且用作内桩以将所述螺线定位在该摆轮(8)的心轴(9)上，从而可以控制阿基米德螺线的原点相对于该摆轮(8)的旋转轴线的距离和方向。
10.根据权利要求9的螺线，其特征在于，该自锁垫圈(17)的厚度大于该带的高度“h”。
11.一种用非晶材料或晶体材料板制造螺线的方法，所述螺线由具有非均匀厚度为e的矩形截面的单个带形成，和/或包括一个或多个在标准螺线的轨迹之外形成的线匝部分，其特征在于，该方法包括利用掩膜沿该螺线的预期轮廓蚀刻所述板。
12.一种用于制造金属或金属合金螺线的方法，所述螺线由具有非均匀厚度为e的矩形截面的单个带形成，和/或包括一个或多个在标准螺线的轨迹之外形成的线匝部分，其特征在于，用LIGA方法形成对应于该螺线的预期轮廓的模具，并将金属或合金添加到所述模具上。
13.根据权利要求12的制造方法，其特征在于，通过电镀法添加金属或合金。
14.根据权利要求12的制造方法，其特征在于，以被压缩然后被烧结的毫微粒粉末的形式添加金属或合金。
全文摘要
本发明涉及用于游丝摆轮/游丝谐振器的游丝及其制造方法。本发明的游丝(10)包括矩形截面的线圈(h×e)，该线圈的螺距(p)和/或厚度(e)从内部曲线(11)向外部曲线(14)可变化，或者该线圈的卷绕可偏离标准螺线的轨迹。此外，内部曲线(11)可延伸出自锁垫圈(17)，以便将游丝无间隙地固定在摆轮轴上。游丝可通过光刻术和电生长制造，或通过微机械加工非晶材料或晶体材料例如硅片来制造。
文档编号G04B17/34GK1745341SQ200480003387
公开日2006年3月8日 申请日期2004年2月2日 优先权日2003年2月6日
发明者T·科尼斯, K·特伦皮 申请人:Eta瑞士钟表制造股份有限公司