设有选择音簧的振动模式的装置的报时机构

摘要

本发明涉及一种特别是用于手表的报时机构(1)，该报时机构包括固定在音簧支承件(2)上的至少一个音簧(3)、用于在预定时间击打音簧的至少一个音锤和选择音簧的至少一种振动模式的装置。该选择装置包括至少一个选择器元件(4)，该选择器元件以接触方式设置在音簧的一部分上，并且被保持在要选择的音簧的振动模式的振动节点上，以便阻止其他振动模式。该选择器元件能够通过机械的或磁性的运动装置在音簧上移动。

说明书

技术领域

本发明涉及一种报时机构，该报时机构设置有选择一个音簧或若干 音簧的至少一种振动模式的装置。特别用于手表的报时机构还包括固 定到音簧支承件的至少一个音簧和用于在预定时间击打音簧的至少一 个音锤。

背景技术

在手表制造领域，使用传统的结构来制造设置有报时机构的机芯， 例如三问表。对于这种类型的实施例，使用的音簧是金属丝，其可以为 圆形或直线形。圆形金属丝可以在表的框架内部围绕机芯设置。音簧固 定在至少一个音簧支承件上，音簧支承件又固定在表的机板上。通过至 少一个音锤的撞击产生音簧振动，该撞击通常发生在邻近音簧支承件处。 这种振动由若干自然频率构成，频率的数目和强度——尤其是在可听域 中——取决于音簧的几何形状、音簧的固定或支承情况、材料的震动情 况和物理特性。音簧的振动还通过音簧支承件被传递到表壳中的下游元 件，以及在空气中传播。

当报时机构的音锤在一种报时模式下击打一个或多个音簧时，音簧 开始振动，其所有的自然振动模式相叠加。因此，音簧可以以在 100Hz-20KHz的可听频率范围内的各种振动模式振动。对于例如具有 0.6mm直径和接近90mm长度的金制或钢制的音簧而言，第一自然振动 模式通常接近100Hz，并且，具体地在3kHz-10kHz的频率范围内，振 动模式的密度可以达到3kHz^-1。在1kHz以下的第一振动模式通常不能 通过手表元件有效地传播。因此，这种第一振动模式的启动代表了声音 能量的损失，这是一个缺陷。而且，太大的谱密度能够产生过于丰富的 声音，因此声音可能会变得刺耳，这也是传统报时机构的缺陷。

为了产生和谐的声音，当击打音簧时，通常需要控制所产生的振动 的频率组成。使音锤在音簧上的撞击条件最优化不足以选择期望的频率 组成以及由此产生的调谐。特别地，这不能提高所产生的声音的纯净度。

发明内容

因此，本发明的一个目的在于通过提供一种尤其用于手表的报时机 构来克服现有技术的缺陷，该报时机构能够选择由音锤击打的至少一个 音簧的特定的振动模式，并且该报时机构制造简单。

因此，本发明涉及上述报时机构，其包括独立权利要求1中限定的 特征。

该报时机构的具体实施方式在从属权利要求2-18中限定。

根据本发明的报时机构的一个优点在于，由于位于至少一个音簧的 振动模式的节点(node)上的至少一个选择器元件的位置，当音簧被击 打时，该报时机构提供了原始的声音。通过该选择器有助于这种模式的 启动。因此，这种声音能够具有容易识别的主导音符。这种振动模式选 择器有额外的优点，即，大大限制了在发生意外的微震动的情况下产生 不期望的音簧振动。因此，它消除了不希望有的噪音。

根据本发明的报时机构的另一优点在于，能更好地利用能量。低频 振动模式能够被选择器元件阻止，并且因而不会消耗能量。

本发明的报时机构的另一优点在于，它还可以利用设置在一个音簧 上的若干选择器元件产生各种音符。这样可以例如在午夜和正午之间以 及在正午和午夜之间，通过声音的使用和区别来选择音符。而且，振动 模式的选择装置可以以低成本获得，或者反之，如果需要的话，该选择 装置可以由珍贵材料制成。因此，这非常有助于提高手表的美学价值和 珍贵性。

有利地，选择器元件在一个或多个音簧上的运动能够这样实现：通 过齿条装置以机械方式实现，或者通过在选择器元件和移动报时机构的 装置之间的磁性部件的设置以磁力方式实现。

附图说明

在下面具体参考附图进行的描述中，手表报时机构的目的、优点和 特征将变得更清楚，其中：

图1示出了在一端固定的音簧的偏转曲线的简化图表，其示出了音 锤撞击后产生的各种振动模式和振动模式选择器元件的位置。

图2示出了根据本发明的报时机构的第一实施例的简化的三维视图， 该报时机构具有选择一个或两个音簧的振动模式的装置。

图3a和3b示出了根据本发明的报时机构的第二实施例的简化的三 维视图和简化的俯视图，该报时机构具有选择一个或两个音簧的振动模 式的磁性装置。

图4a和4b示出了根据本发明的报时机构的第三实施例的简化的俯 视图，该报时机构具有选择至少一个音簧的振动模式的磁性装置。

具体实施方式

在下面的描述中，对于本技术领域熟知的所有手表报时机构的部件 将仅简要说明。将仅涉及选择一个音簧或多个音簧的至少一种振动模式 的装置，而不会详细提及音锤及其在用于击打音簧的机构中的布置。

图1示出了长度为L的音簧的偏转曲线的图表，该音簧例如在其一 端固定到音簧支承件上，该音簧支承件固定在内部的手表部件上，例如， 固定在机板上。图1示出了音锤撞击发生之后的音簧的各种振动模式。 在没有振动模式选择装置的情况下，音簧趋向于以n＝1表示的第一振动 模式、n＝2表示的第二振动模式和n＝3表示的第三振动模式的组合进行 振动。其他若干振动模式也可以与最初的三种振动模式组合，但是，为 了避免使附图内容过多，并没有示出这些振动模式。

图1的图表例如被限定用于直径小于1mm(例如，0.6mm)且长 度大约90mm的音簧。此示例中的音簧在其一端固定到如图表中所示位 于X轴原点处的音簧支承件上。可以选择音簧材料为钢或金或金属玻璃， 即，金属或非晶态金属合金。该金属玻璃可以例如由以下基材制成：锆、 金、铂、或带有钯、铂和银的金或者能够以非晶态形式固化的任何其他 金属。

因此，报时机构包括选择音簧的至少一种振动模式的装置。该选择 装置包括如图1中象征性示出的至少一个选择器元件或两个选择器元件。 还可以设置移动和定位一个或多个选择器元件的装置。这些选择器元件 设置在第三振动模式的振动节点的位置处，即，这些选择器元件可以夹 紧第三模式的振动节点。在这些情况下，所有其他振动模式被推至更高 的频率，并且因而被这些选择器元件大量去除。因此，音簧主要以缺乏 选择器元件时将作为其第三振动模式的模式振动。

当然，还可以通过设置在第三振动模式的第一振动节点上的单个选 择器元件来去除低频模式，尤其是在没有选择器元件时将作为没有节点 的基本模式的低频模式。也可以通过具有不同设置的一个或多个选择器 元件来选择其频率高于或低于第三振动模式的频率的另一种振动模式。 因此，在下面讨论的实施例中，仅涉及一个振动模式选择器元件，但是， 也可以针对图1中提到的每个音簧提供若干选择器元件。

还应该注意的是，本发明的报时机构的特征在于，存在至少一个音 簧的至少一个模式选择器元件，该音簧具有固定-自由、固定-支承或固 定-固定的边缘状态。模式选择器元件在物理上被限定为固定或可移动 的部件，该部件允许音簧实现在对应于固定-自由、固定-支承或固定- 固定的自由模式中的其中一个模式的节点的位置处的简单机械支承的 状态。在数学上，对应于音簧的沿x方向取向的主轴线上的位置X0定 位的模式选择器元件由下面简单的机械支承状态限定：

w(X0,t)＝0          (1)

(w’(x,t)|_x＝X0)≠0      (2)

W(x,t)为音簧沿与音簧的轴线正交的两个方向中的其中一个方向的运 动，W’(x,t)为作为坐标x的函数的运动的第一数学导数，t为时间。状 态(1)要求音簧不可以对应于选择器元件移动，而状态(2)确保音簧 的轴线能够对应于选择器元件相对于音簧的休息位置倾斜。

引入模式选择器元件改变了所有音簧模式的频率和模态振型 (modal shape)，除了所选模式以外，其具有对应于选择器元件位置 的节点，因此能够维持状态(1)和(2)。

图2示出了具有选择至少一个音簧的至少一种振动模式的装置的 报时机构1的第一实施例。在该第一实施例中，设置有两个直线形状的 音簧3、3’，每个音簧都在一端固定到同样的音簧支承件2上。因此， 两个音簧3、3’相对于彼此平行设置。根据当其中一个或另一个音锤击 打时将被传播的音符，两个音簧的长度和横截面可以优选地相同或不同。 音簧支承件2和旋转的一个或多个音锤(未示出)通常安装在表的机板 (未示出)上。

报时机构1的振动模式选择装置首先包括设置在音簧3、3’上的选 择器元件4。选择器元件4可以设置在对应于将选择的其中一种音簧振 动模式的节点的音簧上的位置处，以便消除一个或另一个振动音簧的不 期望的振动模式。因此，该选择器元件4可以由移动或定位装置沿音簧 3、3’的长度移动，以便根据将选择的振动模式占据限定的位置。优选 地，该选择器元件4由通过中心件连接的两个环形成。这两个平行的环 可以具有相同的内径，该内径接近或稍大于各音簧的横截面的直径。两 个环的中心之间的距离等于两个音簧的中心之间的距离。两个环最初从 各音簧的自由端被引入或插入，以使得选择器元件4能够在音簧3、3’ 的长度上滑动。

与各音簧的外表面相接触的选择器元件4的两个环的内部部分4a 可以形成有橄榄形钻孔/宝石轴承孔(jewel hole)。这有助于选择器元 件在一个或多个音簧3、3’上滑动，并在各音簧上产生接触点或接触线， 以用于选择期望的振动模式。也可以使用微球(micro-ball)来代替橄 榄形钻孔。这些微球确保了隔离式接触(isolated contact)，并允许在 旋转运动不被锁定的情况下(关系2)对应于振动节点(关系1)沿与 音簧轴线正交的方向锁定平移运动。

振动模式选择装置还包括轮6，该轮6的周缘可以与选择器元件4 的中心件的直线延伸部5接触。轮6的旋转轴线7优选地垂直于音簧3、 3’设置，以便沿方向r旋转的轮6经由直线延伸部5在音簧3、3’的长 度上沿方向d驱动选择器元件4。直线延伸部5在两个音簧3、3’之间 平行延伸，并且其长度与轮6配合以使得选择器元件4能够关于音簧的 振动模式选择在音簧的至少一个位置上移动。

在报时机构1的第一实施例中，轮6为具有齿6a的轮，而延伸部 5包括沿延伸部的长度方向的一系列齿5a，该齿5a能够与带齿的轮的 齿啮合。通过这一方式，延伸部5能够由齿条装置沿两个音簧3、3’的 方向d移动。通过上条柄轴7驱动轮6沿方向r旋转，该上条柄轴7朝 向表壳的外部终止于表冠8中。通常能够拉出该表冠8或从表壳的外部 推入该表冠8，以使轮6旋转以及将选择器元件4定位在音簧3、3’上。

应该注意的是，选择器元件4还可以具有与上文描述不同的形状。 选择器元件4可以为具有两个通孔的平行六面体形状，所述通孔的直径 等于或稍大于各音簧的横截面的直径。这两个孔的中心之间的距离与两 个音簧的中心之间的距离相同，以允许选择器元件在音簧上滑动。因此， 这两个孔可以配备橄榄形钻孔，以确保在各音簧的外表面上的接触。

可以设置按钮以便利用齿条装置和上条柄轴来移动选择器元件。该 按钮可以连接到致动柄轴上，以允许每次按下按钮的时候，选择器元件 都能被定位在一个或多个音簧上的预期位置。因此，对于具有报时机构 1的手表，可以根据需要修改鸣声，或者针对白天或晚上产生不同的声 音。

选择器元件4还可以设置成单个环或平行六面体形状单元的形式， 其具有通孔以支承在单个音簧上。根据音簧的横截面，所述环或单元中 的孔可以是非圆形的，例如矩形或六角形。可以在所述环或单元的外部 部分上平行于音簧的长度设置直线延伸部。选择器元件4可以由轮6经 由该延伸部驱动以便沿音簧移动。该延伸部可以包括与带齿的轮的齿啮 合的一系列齿。轮6可以由被手表的主发条致动的齿轮装置驱动，直到 选择器元件的位置到达期望的振动模式。为了选择相同的振动模式或两 个不同的振动模式，两个选择器元件还可以设置成在各相应的音簧上彼 此独立滑动。

图3a和3b示出了报时机构1的第二实施例，其具有选择一个或多 个音簧的至少一种振动模式的磁性装置。应该注意的是，图3a和3b中 与图2中相同的那些元件具有相同的参考标号。因此，为了简明起见， 将不会对这些元件都进行详细描述。在该第二实施例中，因此设置了两 个直线形状的音簧3、3’，每个音簧都在一端固定到相同的音簧支承件 2上。

该第二实施例与第一实施例的不同之处在于，使用磁性部件使选择 器元件4在一个或多个音簧3、3’上移动。在该第二实施例中，优选的 是，音簧被设计成由非铁磁性材料(例如，金或金属玻璃)制成，以便 不影响选择器元件的运动。所示的选择器元件4为通过中心件连接的两 个环的形式。与第一实施例相同，可以设有或不设有橄榄形钻孔的这两 个环允许选择器元件4在一个或多个音簧3、3’上滑动。可以为永磁体 15的磁性元件设置在选择器元件的中心件中，或者在中心件的材料中制 成。磁体15的磁性极化的南-北方向沿一个或多个音簧的长度方向。

选择装置还包括螺栓16，在与螺栓头部相对的螺栓端部处，该螺 栓16具有被磁化的端部部件16a，或者设置有第一永磁体16a。螺栓的 端部部件的磁性极化方向沿音簧3、3’的长度方向，但是与选择器元件 4的磁体15的极化相反。螺栓16进入带螺纹的支承件17。该支承件也 可以固定安装在表的机板上。螺栓的纵向轴线设置成与音簧平行。螺栓 16沿方向r在支承件17的螺纹中的旋转使螺栓16的磁化部件16a朝向 选择器元件4或者沿相反方向移动。当螺栓的磁化部件16a移动靠近选 择器的磁体15时，这具有如图3b中虚线箭头所示的排斥该磁体的效果， 以及使选择器元件4在音簧上滑动的效果。

为了将选择器元件保持在音簧3、3’上的确定位置处，振动模式选 择装置还包括在两个音簧3、3’的固定端部之间设置在音簧支承件2上 的第二永磁体18。第二永磁体18的磁性极化方向也是沿音簧的长度方 向，并且与选择器元件4的磁体15的磁性极化方向相反。与螺栓的第 一磁体16a一样，第二永磁体18如图3b中的虚线箭头所示排斥选择器 元件。当第一永磁体16a在选择器元件的磁体15上产生的排斥力与第 二永磁体18在磁体15上产生的排斥力相等时，平衡建立。因此，能够 获得选择器元件4的确定的位置，以选择振动的一个或多个音簧的振动 模式。

图4a和4b示意性地示出了报时机构1的第三实施例，其具有选择 至少一个音簧的至少一种振动模式的磁性装置。应该注意的是，图4a 和4b中与图2、3a和3b中相同的那些元件具有相同的参考标号。因此， 为了简明起见，将不会对这些元件都进行详细描述。

该第三实施例的报时机构1包括单个直线形的音簧3，该音簧在其 一端固定到音簧支承件2上。形式为具有通孔的环或平行六面体块的选 择器元件4可滑动地安装在音簧3上。选择器元件4包括永磁体，其可 以在选择器元件4的材料的一部分中直接制成，或者固定到选择器元件 的一个部分上。选择器元件4的该磁体的磁性极化的南-北方向沿音簧3 的长度方向。

报时机构1还包括作为选择装置的螺栓16，在该螺栓的与螺栓头 部相对的端部处，该螺栓16具有被磁化的端部部件16a或者设置有磁 体16a。该螺栓16进入带螺纹的支承件17，该支承件可以安装在表的 机板上。螺栓的磁化的端部部件或者在螺栓端部处的磁体的磁性极化方 向沿音簧3的长度方向，但是，与选择器元件4的磁体的磁性极化方向 相反。螺栓平行于音簧设置，磁体16a位于选择器元件的磁体附近，并 且与选择器元件4的磁体不接触。

在图4a中，由于螺栓16的磁体16a位于选择器元件磁体附近并 且具有相反的磁性极化方向，因此在两个磁体之间发生磁性吸引。在选 择器元件4不进行运动的休息位置，选择器元件的位置通过与螺栓16 的磁体16a的相互作用或磁性吸引被很好地限定。存在于两个磁体之间 的磁力，结合音簧的弹性回复力，消除了选择器元件4的磁体的平移运 动(即，沿音簧3的长度方向的运动)以及沿垂直于音簧3的方向的运 动。相反，音簧的旋转运动没有被消除，这是因为旋转运动基本上不会 改变由两个反(向)平行磁体形成的系统的磁共能。当音锤击打音簧时， 选择器元件必须定位在将选择的振动模式的节点上。

图4b示出了在螺栓16在支承件17中旋转之后，螺栓16的磁体 16a的运动。在这些情况下，在选择器元件4的磁体上具有引力F，该 引力在磁体上引起在音簧3上的滑动运动，以使得该磁体移动到螺栓16 的磁体16a附近。在平衡时，选择器元件4可以位于对应于选定的振动 模式的位置。

应该注意的是，完全可以通过设置磁性部件将移动一个或多个选择 器元件的原理延伸至圆形音簧(未示出)。在这些情况下，磁体可以设 置在相对于圆形音簧的中心对中的盘上。当该盘与磁体一体旋转时，能 够通过盘上的磁体的磁斥力移动选择器元件和音簧上的另一个磁体。

还应该注意的是，上文给出的一个或另一个实施例的选择器元件4 作为选择装置，可以为夹具的形式。因此，该夹具能够在音簧的振动模 式的至少一个节点上将一个或多个音簧3、3’固定地夹在中间。可以选 择这种夹具类型的选择器元件来代替利用橄榄形钻孔所获得的接触。夹 具型选择器元件使得一个或多个音簧与振动模式选择器元件之间的接 触面积最小。选择器元件4可以采用柔性引导件的形式，该柔性引导件 由两个或更多个具有微厚度(micrometric thickness)的条带形成，该 条带由硅或二氧化硅或NiP例如通过LIGA制成。这些条带中的每一个 都固定在两个支承件中，并且弯曲变形以便在一个或多个音簧的振动模 式的至少一个节点处将该一个或多个音簧3、3’固定地夹在中间。这种 夹具的接触宽度可以为大约5μm或更小。

可以不在选择器元件4中设置橄榄形钻孔，而是提供两个微磁体， 其设置在音簧3的两侧上，音簧3由铁磁材料制成或者涂覆有例如镍的 铁磁材料。通过这种方式，由两个微磁体和音簧限定的平面与音簧的振 动平面正交。

上文描述的所有实施例都涉及一端固定在音簧支承件上且另一端 可以自由移动的一个或多个音簧。然而，还可以设想具有一个或多个这 样的音簧：其两端固定在第一音簧支承件和第二音簧支承件上。还可以 设想具有一个或多个这样的音簧：其一端固定在音簧支承件上而另一端 被支承在支承件上以限定简单的支承状态。本文描述的模式选择器系统 能够即刻应用到这种不同类型的音簧上，而无需任何大的改动。

作为由橄榄形钻孔形成的选择器元件的替代，可以设置没有支承的 一个或多个管件，其在一个或多个音簧上滑动。这些管件消除了音簧在 50μm以上的长度上的弯曲。在这些情况下，当音锤击打时，只有具有 与管件对应的节点的模式是可以启动的，这是因为对应于节点，音簧的 弯曲是最小的。

对于这种类型的报时机构，两个音锤能够击打音簧。第一音锤可以 定位在选择器元件的固定管接头(fitting)和可移动管接头之间，而第 二音锤位于音簧的可移动管接头和自由端之间。这种方案的优点在于， 能够从同一音锤的击打获得小时和分钟的声音。

根据上文给出的描述，在不偏离权利要求限定的本发明的范围的情 况下，本领域技术人员能够想出设有选择一个或多个音簧的至少一种振 动模式的装置的报时机构的若干变型。所描述的所有技术方案都能在没 有任何大的变动的情况下应用于具有非一致横截面的一个或多个音簧 的情况。在没有任何大的变动的情况下，还可以使用具有两种材料或者 具有外部涂层的一个或多个音簧。