設置有微發生器的手錶機心及檢測手錶機心的方法
2023-12-02 14:51:41 2
專利名稱：設置有微發生器的手錶機心及檢測手錶機心的方法
技術領域：
本發明涉及一種手錶機心，具體而言，本發明涉及一種設置有微發生器的手錶機心。本發明還涉及一種用於檢測這種手錶機心的方法。
設置有微發生器的手錶機心已在專利文件CH597636(EbauchesSA)和EP0851322(Ronda SA)中公開。在這樣的手錶機心中，機械式手錶機心中的擺輪由發生器10-22(圖2)和設置有石英振蕩器85的電子調節電路81所代替。發生器通過齒輪系50、60、70(
圖1)的一部分由彈簧(未示出)驅動。該發生器饋電給電子器件，而電子器件又調節著發生器的轉速，從而調整手錶機心的運轉。因此，這種手錶機心結合了機械式手錶的優點和石英表的精確性。
在這種手錶機心中起作用的力、力矩和轉速與機械式手錶中的力、力矩和轉速大體相同。因此，可以預料其磨損程度也大體相同。
根據本發明的觀察，結果大相逕庭。在這種手錶中，短時間後就出現了嚴重的磨損跡象。
例如，我們觀察到寶石軸承中的潤滑油在短時間內已經變質。此外，在齒頂也存在很嚴重的磨損跡象。
還注意到在齒從沒接觸過的地方，例如特別是在齒尖處也存在磨損。另外，還發現寶石軸承上的潤滑油也存在大量的損耗。齒輪轉動得越快，那麼相應的齒小齒輪承上的潤滑油損耗得也越嚴重。
本發明的一個目的在於提供一種不存在上述問題的帶微發生器的手錶機心。
本發明的另一目的在於提供一種手錶機心，其具有至少和傳統的機械式手錶機心一樣耐用的微發生器。
本發明的又一目的在於提供一種價格低廉、可靠性好的手錶機心，通過發生器進行控制而且不會出現磨損問題。
根據本發明，這些目的可由一個具有權利要求1特徵部分的特徵的微發生器來實現，其最佳實施例由從屬權利要求進一步限定。
具體而言，本發明的目的可通過理解產生快速磨損現象的原因來實現。
上述的問題可通過這種手錶機心完全出乎意料的效果，和防止出現上述問題的技術方案來加以解決。
機械式手錶機心和發生器式手錶機心的主要區別在於各個部件的電接地形式。在傳統的機械式手錶中，擺輪通過螺旋彈簧直接接地。在設置有微發生器的手錶機心中，發生器的轉子10也通過齒輪系50、51、60、61、70、71導電接地。但是，如測量結果所顯示的，並非是轉子與手錶機心的板材相互絕緣的情況。
在本發明的說明中請注意下述事實當發生器的驅動扭矩非常小，而且轉子的磁鐵12偏離磁場時，驅動轉子的齒輪51的軸50可能沒有磁性。否則，轉子將受到一個定位扭矩，該定位扭矩遠大於發生器所用到的驅動扭矩，這將使發生器停止工作。為防止這種情況發生，上述的軸由銅-鈹的合金(CuBe)製成。這種解決方案已在上述的申請EP0851322中公開。但是，銅-鈹合金可能會形成氧化層。如果氧化層足夠厚，而且齒輪系的表面壓力又較小，那麼轉子10及驅動轉子的齒輪51、齒軸50(Inter2)就會與手錶機心的其它部分電絕緣。
另一方面，如果轉子10、齒軸50和齒輪51與手錶機心的其它部件電絕緣，那麼它們就會通過摩擦電荷和/或轉子的雜散磁場充電，從而在齒輪50、51上產生電壓。當電壓達到一定的數值時，就會產生下述的火花放電，而火花放電將使齒輪系產生更快的磨損並使潤滑劑迅速損耗。
絕緣的齒輪和轉子專門通過摩擦電荷充電。如果兩個表面相互接觸然後分開，那麼電子將從一個表面上移走，從而使一個物體上帶負電，而另一物體帶正電。如果這兩個物體不能彼此電絕緣，則電荷只不過將在下一次接觸時再交換。
另一方面，如果物體相互絕緣，例如通過氧化層相互絕緣，那麼這些電荷就不能相互交換並使物體充電。
極性相同的電荷相互排斥，從而使這些電荷處於相對距離最大的位置上。由於電荷的分離發生在齒軸上，因此電荷就可能分布到大齒輪上，這樣，齒軸就不再帶電，而且可在下次分離時重新充電。著名的Vanden Graaf發生器就是根據該原理工作的。這樣，充電泵將使電荷附著在轉子10上。如果我們假設轉子10和齒輪51每天嚙合約7,000,000次，齒軸50和齒輪61每天嚙合約1,000,000，這樣必然會產生相當大的電壓。
只要以上述方式產生的電壓大於絕緣層的擊穿電壓，那麼就會存在電荷交換。而且，隨著電壓的變化也會產生火花放電現象。
如根據板件30和轉子10之間的電阻測量結果所證明的如果轉子10與手錶機心的其它部件電絕緣，那麼轉子10就會通過空氣摩擦、上述的電荷分離或由轉子10的雜散磁場在齒輪50-51上產生的電壓來充電。
如果通過摩擦電荷和/或轉子的雜散磁場而產生的電壓對電絕緣而言太大，那麼就會存在放電現象。這可能就是在嚙合過程中產生的火花放電，或者也可能存在其它形式的放電，例如轉子10和基板30之間的直接放電。這些放電將對手錶機心產生下述危害·使齒輪61(Inter 1)的齒尖大量磨損，儘管這些齒尖從未接觸其它齒輪，但還是嚴重磨損。
·在齒軸50(Inter 2)上形成了一個厚的氧化層。這樣，就使齒尖局部受損。另外，在齒的側面上還存在磨痕。
·一方面通過臭氧的形成，另一方面通過高電壓和火花放電使Inter(60-61)、Inter2(50-51)和發生器10內的潤滑油變質。
·在軸承41內存在磨痕，而且潤滑油內充滿了小顆粒。
·齒輪的齒被磨損所產生的顆粒汙染。
·銷釘被潤滑油中的顆粒嚴重磨損。
·潤滑油中的各種化學物質對銷釘產生化學腐蝕。
·電子設備81可能受到放電的幹擾。
這些問題是在一定的時間段後產生的，但是如果產生問題，那麼手錶機心就會在短期內停止工作。一旦存在火花放電現象，那麼氧化層就會產生，齒輪也會通過摩擦電子充電，隨著強度的不斷變大而繼續損壞。短時間後，由變質的潤滑油和寶石軸承內的汙垢產生的摩擦也非常大，這樣就會使供給發生器的驅動力小於所需的驅動力，從而使調節不再起作用。
根據本發明所做的這些實驗可在掃描式電子顯微鏡下完成，目的是檢測齒輪系中的齒輪能否充電。在操作過程中，電子束照射在轉子10上。如果轉子能夠充電，那麼這就意味著基板30的齒輪系50、51、60、61、70、71沒有接地，即該齒輪系沒有與基板30絕緣。
火花放電可在掃描式電子顯微鏡下觀察到，這就證明轉子10是電絕緣的。在齒輪系的齒輪上能夠觀察到的磨損與手錶在幾個月的磨損測試後所產生的磨損情況非常相似。
在本發明的第一實施例中，為解決在現有技術中設置有發生器的手錶機心所存在的問題，齒輪系接地。這樣，就可避免轉子和齒輪系的充電。例如可通過嚙合或通過例如位於軸承內的軸，或通過軸上的電刷接點使齒輪系接地。
在可與第一實施例相結合的本發明的第二實施例中，阻止了電荷的分離。例如可通過使用電化學勢大體相同和/或介電常數相同的材料來避免電荷分離的發生。如果這些相互接觸的材料具有大體相同的表面特性，那麼當存在材料分離時電子移走的可能性就不會很大。因此，就可以使用具有良好摩擦學特性而且硬度大於200DH的材料或表面。
在可與第一和/或第二實施例相結合的本發明的第三實施例中，使用了耐臭氧的潤滑油。如果在手錶機心內，通過火花放電有規律地產生臭氧，就不會使潤滑效果受到損害。
在可與第一和/或第二和/或第三實施例相結合的本發明的第四實施例中，使用了能夠最大限度防止潤滑油氧化的寶石軸承。這一點可通過使寶石軸承儘可能地封閉來實現，一方面能夠通過毛細作用保護潤滑油，另一方面能夠使潤滑油不暴露於氧氣中和可能存在於氧氣內的臭氧中。
現參照包含數字的附圖對實施例的說明，能更好地理解本發明，其中圖1示出了手錶機心的微發生器和齒輪系的局部剖視圖；圖2示出了安裝有微發生器及相關的電子元件模塊的頂視圖。
圖1示出了安裝在根據本發明的機心內的微發生器的側向剖視圖，圖中僅示出了理解本發明所需的手錶機心的一些部件。該手錶機心包括以彈簧(未示出)形式存在的機械能存儲裝置。該彈簧由卷繞裝置(未示出)所纏繞，或者最好由能夠通過手錶佩戴者手臂的運動而產生振動的物體所卷繞。該彈簧驅動手錶的各個指針和顯示器，尤其是通過常規齒輪系(未示出)固定在第二軸70上的秒針。
裝配在第二軸70上的第二齒輪71驅動第一中間齒軸60(Inter1)，該中間齒軸60又通過中間齒輪61驅動第二中間齒軸50(Inter2)。第一中間齒軸60及其軸可由鋼材或其它合適的金屬製成；而第二齒軸50及其軸可由不可磁化的材料製成，最好由銅-鈹合金製成，以避免由中間齒輪上的磁體的磁性力而產生的定位扭矩作用到發生器上。
第二齒軸50通過第二中間齒輪51和齒軸15驅動發生器轉子的軸10。軸10在兩個合成的減震軸承31之間保持旋轉。第一減震軸承31與手錶機心的基板30相連接，而第二減震軸承41與一個夾板40相連接。
轉子由上部圓盤11和下部圓盤13構成，而上部圓盤11和下部圓盤13均與軸10固定連接。在該實施例中，上部圓盤11的下表面包括靠近圓盤的邊緣以固定的間隔排列的六個獨立磁鐵12。下部圓盤13的上表面以相同的方式安裝有六個獨立的磁鐵14，這些磁鐵14與上部圓盤的六個磁鐵對稱設置。
定子包括安裝在圓盤11和13之間的三個感應線圈20、21、22。發生器安裝於手錶機心的基板30和夾板40之間，以使包括線圈在內的整個發生器能夠遮蓋住。
圖2示出了安裝有微發生器的模塊80的頂視圖。微發生器定子的三個線圈20、21、22安裝在模塊80上，並串聯在電氣模塊80的接點800和803之間。一個集成電路81安裝在模塊80上。安裝該集成電路的目的是監控微發生器的轉速，並通過改變可能作用於微型電動機上的可變負載電阻值來調節其轉速。
如上所述，氧化層可在由銅-鈹合金製成的齒輪51和齒軸50上形成，從而使這些齒輪與其它齒輪61、71及基板30電絕緣。該問題極容易產生於帶有微發生器的手錶機心上，因為齒輪之間的力及嚙合部分上的表面壓力非常小，從而不能在齒輪之間形成良好的導電接觸。儘管在機械式手錶中這些力大小近似，但在這種情況下，調整轉速的擺輪通過整個螺旋線圈與基板導電連接，從而使其不能充電。
電荷通過上述機構積聚在轉子10內的齒輪和齒軸上，從而產生火花放電現象。而火花放電現象將使齒輪磨損，而且由火花放電而產生的臭氧還會使手錶機心內的潤滑油變質。此外，火花放電還會干擾調整電路81，從而不能正確地調整手錶的機心。
為避免上述問題的發生，在本發明的第一實施例中，齒輪51、61、71和齒軸50、60、70中的至少一部分接地。對於齒輪而言，最好使用導電接觸性能良好的材料或層，從而不需要用非常大的表面壓力就能保證良好的導電接觸。
根據本發明的第二實施例，可通過使用電化學勢大體相同和/或介電常數相同的齒輪系材料來避免電荷分離的發生。如果相互接觸的材料具有基本相同的表面特性，那麼當材料分離時電子產生轉移的可能性就不會很大。
這樣，齒輪和齒軸50、51、60、61和/或71或至少其表面最好採用既能夠避免電荷分離，又能夠以較小的表面壓力在齒輪之間實現導電接觸的材料製成。
最好採用具有良好電學特性、而且不會形成氧化層並具有良好摩擦學特性的材料。例如，齒輪和齒軸可以採用價格較低的材料，例如塑料、CuBe、鋁、黃銅或鋼(用於不受轉子磁場影響的齒輪和齒軸)，然後在其上面塗敷精心選出的材料。塗層的厚度最好小於1μM，其硬度大於200DH，該塗層材料不能是磁性材料而且必須能夠很好地粘接到基體材料上。另外，還必須使用不能使齒輪的基體材料擴散到塗層內的材料組合。塗層可由金、金的合金或導電氧化物組成。但是，也可以使用完全由金、銀這樣的導電材料、陶瓷這樣的導電塑料或所有導電性良好的類似材料製成。
為實現良好的導電接觸，齒輪和齒軸的嚙合不能被油膜化(epilamized)，因為油膜(epllam)起絕緣體的作用。
根據本發明，齒輪系還可通過軸接地。通常情況下，作為良好電絕緣體的紅寶石可在手錶工業中用於(製造)軸承。在本發明的一個實施例中，材料41用於製造具有良好摩擦學特性和導電性能的軸承。因此，齒輪系還可通過軸承接地。
在本發明的一個最佳實施例中，軸承中使用了潤滑劑，例如導電油脂或潤滑油，使齒輪系能夠通過軸承接地。
根據本發明，所採用的潤滑油還應該耐臭氧，使潤滑劑的性能能夠更長時間地保持不變，甚至在火花放電的情況下也能夠保持其性能不變。另外，還可採用幹膜潤滑劑或潤滑油和幹膜潤滑劑的混合物。
在本發明的最佳實施例中，寶石或紅寶石用於儘可能地防止潤滑油受氧氣和臭氧所氧化。這一點可通過使寶石軸承儘可能地封閉來實現，一方面可通過毛細作用保護軸承內的潤滑油，另一方面還可防止潤滑油暴露於氧氣和可能在氧氣內包含的臭氧中。
如果採用常規的同族潤滑油，那麼仍然存在使用特製的寶石軸承作軸承的可能性，而且還必須以最大限度地防止潤滑油從各個方面受到氧化的形式製造這種特殊的寶石軸承。這種軸承還可用於發生器、Inter1和Inter2中。我們對KIF Parechoc AG公司製造的Duofix、Duobil和Duokif寶石軸承作過實驗，這些寶石軸承包括能夠將潤滑油保存在一個幾乎封閉的空間內的覆蓋寶石。與常用的寶石軸承相比，這些軸承由於毛細作用而具有使潤滑油更好地保存在軸承內的優點，而且擴散的可能性也更小。
因此，可以採用表面張力不是特別大的潤滑油，例如象Fomblin Z25這樣的全氟化潤滑油。
本發明還涉及一種能夠檢查手錶機心中的齒輪是否接地的檢測方法。可用此檢測方法對各種不同的材料和塗層進行檢測。處於工作狀態下的受檢手錶機心在掃描式電子顯微鏡內受到電子的轟擊。未接地的部件將會帶電。如果某些部件，例如轉子和齒軸/齒輪50/51與基板或其它部件電絕緣，那麼這些部件將被充電，直到齒輪系中某一位置上的電壓高到能夠產生火花放電的程度。在該位置上將產生微小的損害。這樣，就能夠確定齒輪是否接地了。如果手錶的機心在掃描式電子顯微鏡下正常運轉了一定的時間，而且檢測後在齒輪上未發現任何損壞，那麼就意味著齒輪彼此之間是導電連接的。
在檢測方法的另一實施例中，電荷無接觸地積聚在轉子上。在該過程中，通過使一個電極與基板30連接，另一電極儘可能靠近轉子10、11、13的方式，將一個高壓源連接到手錶機心上。如果在轉子上產生了火花放電，那麼轉子將被充電。如果轉子和齒輪系導電接地，那麼電荷就會擴散到手錶機心中，而且在相互嚙合的齒輪之間也不會存在放電的可能性。因此，在齒輪上看不到有任何損壞。但是，如果帶凹痕的齒輪之間沒有良好地導電連接，那麼在嚙合位置上就會發生火花放電現象。這樣，齒輪將會損壞。
在檢測方法的另一實施例中，測定轉子和基板之間的電阻。為此，必須按下述方式卷繞彈簧使齒輪相互嚙合，而且在嚙合位置上的表面壓力約等於常規操作條件下所需的表面壓力。但是轉子可能不會受到很大的機械力的影響，從而避免防震部件的彈出及轉子軸與基板的導電連接。最好使用一根細金屬線接觸轉子，以用於測量。為此，轉子必須通過與金屬線接觸而處於靜止狀態下。
本發明還涉及用上述方法檢測的手錶。
權利要求
1.手錶機心，在該機心中發生器的轉子(10、11、13)通過多個齒輪(51，61，71)和齒軸(50，60，70)由彈簧驅動，發生器的操作可由電子調節電路(81)調整，其特徵在於所述的齒輪和齒軸導電接地。
2.根據權利要求1的手錶機心，其特徵在於所述齒輪(51，61，71)和齒軸(50，60，70)中的至少一部分由不可磁化的材料製成。
3.根據權利要求2的手錶機心，其特徵在於至少與所述轉子(10，11，13)相嚙合的齒輪(51)和/或齒軸(50)由不可磁化的材料製成。
4.根據權利要求2或3中之一的手錶機心，其特徵在於所述不可磁化的材料包括銅-鈹合金(CuBe)。
5.根據上述權利要求之一的手錶機心，其特徵在於所述齒輪(51)和/或齒軸(50)中的至少一部分由導電性能良好的材料製成。
6.根據權利要求5的手錶機心，其特徵在於所述材料為導電的氧化物。
7.根據權利要求5的手錶機心，其特徵在於所述材料為金。
8.根據權利要求5的手錶機心，其特徵在於所述材料為導電塑料。
9.根據上述權利要求之一的手錶機心，其特徵在於所述齒輪(51)和/或齒軸(50)中的至少一個設置有塗層。
10.根據權利要求9的手錶機心，其特徵在於所述塗層是導電的。
11.根據權利要求9或10中之一的手錶機心，其特徵在於所述塗層不是磁性的。
12.根據權利要求9至11之一的手錶機心，其特徵在於所述塗層是不可氧化的。
13.根據權利要求9至12之一的手錶機心，其特徵在於所述塗層的硬度大於200DH。
14.根據權利要求9至13之一的手錶機心，其特徵在於所述塗層的厚度小於1μm。
15.根據權利要求9至14之一的手錶機心，其特徵在於所述塗層由金或金的合金構成。
16.根據權利要求9至15之一的手錶機心，其特徵在於所述塗層由導電的氧化物構成。
17.根據上述權利要求之一的手錶機心，其特徵在於至少一個嚙合部分未被油膜化。
18.根據上述權利要求之一的手錶機心，其特徵在於所述齒輪(51，61，71)和齒軸(50，60，70)通過嚙合接地。
19.根據上述權利要求之一的手錶機心，其特徵在於所述齒輪和/或齒軸中的至少一種未被油膜化。
20.根據上述權利要求之一的手錶機心，其特徵在於所述齒輪和齒軸所用的材料具有基本相同的電化學勢和/或相同的介電常數。
21.根據上述權利要求之一的手錶機心，其特徵在於所述齒輪(51，61，71)和齒軸(50，60，70)中的至少一個通過軸接地。
22.根據權利要求21的手錶機心，其特徵在於所述軸通過寶石軸承(41)接地。
23.根據權利要求22的手錶機心，其特徵在於所述寶石軸承(41)使用導電潤滑油。
24.根據權利要求21的手錶機心，其特徵在於所述軸通過滑動觸點接地。
25.根據上述權利要求之一的手錶機心，其特徵在於在手錶機心中使用抗臭氧的潤滑油。
26.根據上述權利要求之一的手錶機心，其特徵在於在手錶機心中採用幹膜潤滑。
27.根據上述權利要求之一的手錶機心，其特徵在於預先檢測手錶機心的某些部件是否接地。
28.根據上述權利要求之一的手錶機心，其特徵在於其包括能夠防止潤滑油氧化的軸承。
29.手錶機心，在該機心中發生器的轉子(10、11、13)通過多個齒輪(51，61，71)和齒軸(50，60，70)由彈簧驅動，發生器的操作可由電子調節電路(81)調整，其特徵在於在手錶機心中使用耐臭氧的潤滑油。
全文摘要
一種手錶機心,在該機心中發生器的轉子(10、11、13)通過多個齒輪(51,61,71)和齒軸(50,60,70)由彈簧驅動,發生器的操作可由電子調節電路(81)調整。所述齒輪和齒軸均導電接地,以避免火花放電現象的發生,而火花放電是通過摩擦電荷而產生的電壓的放電形成的。
文檔編號G04B31/08GK1347521SQ00806503
公開日2002年5月1日 申請日期2000年3月27日 優先權日1999年4月21日
發明者K·沙夫羅斯, E·梅爾基 申請人:康塞爾斯及製造Vlg有限公司