设置有微发生器的手表机心及检测手表机心的方法

摘要

一种手表机心,在该机心中发生器的转子(10、11、13)通过多个齿轮(51,61,71)和齿轴(50,60,70)由弹簧驱动,发生器的操作可由电子调节电路(81)调整。所述齿轮和齿轴均导电接地,以避免火花放电现象的发生,而火花放电是通过摩擦电荷而产生的电压的放电形成的。

说明书

本发明涉及一种手表机心，具体而言，本发明涉及一种设置有微发生器的手表机心。本发明还涉及一种用于检测这种手表机心的方法。

设置有微发生器的手表机心已在专利文件CH597636(EbauchesSA)和EP0851322(Ronda SA)中公开。在这样的手表机心中，机械式手表机心中的摆轮由发生器10-22(图2)和设置有石英振荡器85的电子调节电路81所代替。发生器通过齿轮系50、60、70(图1)的一部分由弹簧(未示出)驱动。该发生器馈电给电子器件，而电子器件又调节着发生器的转速，从而调整手表机心的运转。因此，这种手表机心结合了机械式手表的优点和石英表的精确性。

在这种手表机心中起作用的力、力矩和转速与机械式手表中的力、力矩和转速大体相同。因此，可以预料其磨损程度也大体相同。

根据本发明的观察，结果大相径庭。在这种手表中，短时间后就出现了严重的磨损迹象。

例如，我们观察到：宝石轴承中的润滑油在短时间内已经变质。此外，在齿顶也存在很严重的磨损迹象。

还注意到在齿从没接触过的地方，例如特别是在齿尖处也存在磨损。另外，还发现：宝石轴承上的润滑油也存在大量的损耗。齿轮转动得越快，那么相应的齿小齿轮承上的润滑油损耗得也越严重。

本发明的一个目的在于提供一种不存在上述问题的带微发生器的手表机心。

本发明的另一目的在于提供一种手表机心，其具有至少和传统的机械式手表机心一样耐用的微发生器。

本发明的又一目的在于提供一种价格低廉、可靠性好的手表机心，通过发生器进行控制而且不会出现磨损问题。

根据本发明，这些目的可由一个具有权利要求1特征部分的特征的微发生器来实现，其最佳实施例由从属权利要求进一步限定。

具体而言，本发明的目的可通过理解产生快速磨损现象的原因来实现。

上述的问题可通过这种手表机心完全出乎意料的效果，和防止出现上述问题的技术方案来加以解决。

机械式手表机心和发生器式手表机心的主要区别在于各个部件的电接地形式。在传统的机械式手表中，摆轮通过螺旋弹簧直接接地。在设置有微发生器的手表机心中，发生器的转子10也通过齿轮系50、51、60、61、70、71导电接地。但是，如测量结果所显示的，并非是转子与手表机心的板材相互绝缘的情况。

在本发明的说明中请注意下述事实：当发生器的驱动扭矩非常小，而且转子的磁铁12偏离磁场时，驱动转子的齿轮51的轴50可能没有磁性。否则，转子将受到一个定位扭矩，该定位扭矩远大于发生器所用到的驱动扭矩，这将使发生器停止工作。为防止这种情况发生，上述的轴由铜-铍的合金(CuBe)制成。这种解决方案已在上述的申请EP0851322中公开。但是，铜-铍合金可能会形成氧化层。如果氧化层足够厚，而且齿轮系的表面压力又较小，那么转子10及驱动转子的齿轮51、齿轴50(Inter2)就会与手表机心的其它部分电绝缘。

另一方面，如果转子10、齿轴50和齿轮51与手表机心的其它部件电绝缘，那么它们就会通过摩擦电荷和/或转子的杂散磁场充电，从而在齿轮50、51上产生电压。当电压达到一定的数值时，就会产生下述的火花放电，而火花放电将使齿轮系产生更快的磨损并使润滑剂迅速损耗。

绝缘的齿轮和转子专门通过摩擦电荷充电。如果两个表面相互接触然后分开，那么电子将从一个表面上移走，从而使一个物体上带负电，而另一物体带正电。如果这两个物体不能彼此电绝缘，则电荷只不过将在下一次接触时再交换。

另一方面，如果物体相互绝缘，例如通过氧化层相互绝缘，那么这些电荷就不能相互交换并使物体充电。

极性相同的电荷相互排斥，从而使这些电荷处于相对距离最大的位置上。由于电荷的分离发生在齿轴上，因此电荷就可能分布到大齿轮上，这样，齿轴就不再带电，而且可在下次分离时重新充电。著名的Vanden Graaf发生器就是根据该原理工作的。这样，充电泵将使电荷附着在转子10上。如果我们假设转子10和齿轮51每天啮合约7,000,000次，齿轴50和齿轮61每天啮合约1,000,000，这样必然会产生相当大的电压。

只要以上述方式产生的电压大于绝缘层的击穿电压，那么就会存在电荷交换。而且，随着电压的变化也会产生火花放电现象。

如根据板件30和转子10之间的电阻测量结果所证明的：如果转子10与手表机心的其它部件电绝缘，那么转子10就会通过空气摩擦、上述的电荷分离或由转子10的杂散磁场在齿轮50-51上产生的电压来充电。

如果通过摩擦电荷和/或转子的杂散磁场而产生的电压对电绝缘而言太大，那么就会存在放电现象。这可能就是在啮合过程中产生的火花放电，或者也可能存在其它形式的放电，例如转子10和基板30之间的直接放电。这些放电将对手表机心产生下述危害：

·使齿轮61(Inter 1)的齿尖大量磨损，尽管这些齿尖从未接触其它齿轮，但还是严重磨损。

·在齿轴50(Inter 2)上形成了一个厚的氧化层。这样，就使齿尖局部受损。另外，在齿的侧面上还存在磨痕。

·一方面通过臭氧的形成，另一方面通过高电压和火花放电使Inter(60-61)、Inter2(50-51)和发生器10内的润滑油变质。

·在轴承41内存在磨痕，而且润滑油内充满了小颗粒。

·齿轮的齿被磨损所产生的颗粒污染。

·销钉被润滑油中的颗粒严重磨损。

·润滑油中的各种化学物质对销钉产生化学腐蚀。

·电子设备81可能受到放电的干扰。

这些问题是在一定的时间段后产生的，但是如果产生问题，那么手表机心就会在短期内停止工作。一旦存在火花放电现象，那么氧化层就会产生，齿轮也会通过摩擦电子充电，随着强度的不断变大而继续损坏。短时间后，由变质的润滑油和宝石轴承内的污垢产生的摩擦也非常大，这样就会使供给发生器的驱动力小于所需的驱动力，从而使调节不再起作用。

根据本发明所做的这些实验可在扫描式电子显微镜下完成，目的是检测齿轮系中的齿轮能否充电。在操作过程中，电子束照射在转子10上。如果转子能够充电，那么这就意味着基板30的齿轮系50、51、60、61、70、71没有接地，即该齿轮系没有与基板30绝缘。

火花放电可在扫描式电子显微镜下观察到，这就证明转子10是电绝缘的。在齿轮系的齿轮上能够观察到的磨损与手表在几个月的磨损测试后所产生的磨损情况非常相似。

在本发明的第一实施例中，为解决在现有技术中设置有发生器的手表机心所存在的问题，齿轮系接地。这样，就可避免转子和齿轮系的充电。例如可通过啮合或通过例如位于轴承内的轴，或通过轴上的电刷接点使齿轮系接地。

在可与第一实施例相结合的本发明的第二实施例中，阻止了电荷的分离。例如可通过使用电化学势大体相同和/或介电常数相同的材料来避免电荷分离的发生。如果这些相互接触的材料具有大体相同的表面特性，那么当存在材料分离时电子移走的可能性就不会很大。因此，就可以使用具有良好摩擦学特性而且硬度大于200DH的材料或表面。

在可与第一和/或第二实施例相结合的本发明的第三实施例中，使用了耐臭氧的润滑油。如果在手表机心内，通过火花放电有规律地产生臭氧，就不会使润滑效果受到损害。

在可与第一和/或第二和/或第三实施例相结合的本发明的第四实施例中，使用了能够最大限度防止润滑油氧化的宝石轴承。这一点可通过使宝石轴承尽可能地封闭来实现，一方面能够通过毛细作用保护润滑油，另一方面能够使润滑油不暴露于氧气中和可能存在于氧气内的臭氧中。

现参照包含数字的附图对实施例的说明，能更好地理解本发明，其中：

图1示出了手表机心的微发生器和齿轮系的局部剖视图；

图2示出了安装有微发生器及相关的电子元件模块的顶视图。

图1示出了安装在根据本发明的机心内的微发生器的侧向剖视图，图中仅示出了理解本发明所需的手表机心的一些部件。该手表机心包括以弹簧(未示出)形式存在的机械能存储装置。该弹簧由卷绕装置(未示出)所缠绕，或者最好由能够通过手表佩戴者手臂的运动而产生振动的物体所卷绕。该弹簧驱动手表的各个指针和显示器，尤其是通过常规齿轮系(未示出)固定在第二轴70上的秒针。

装配在第二轴70上的第二齿轮71驱动第一中间齿轴60(Inter1)，该中间齿轴60又通过中间齿轮61驱动第二中间齿轴50(Inter2)。第一中间齿轴60及其轴可由钢材或其它合适的金属制成；而第二齿轴50及其轴可由不可磁化的材料制成，最好由铜-铍合金制成，以避免由中间齿轮上的磁体的磁性力而产生的定位扭矩作用到发生器上。

第二齿轴50通过第二中间齿轮51和齿轴15驱动发生器转子的轴10。轴10在两个合成的减震轴承31之间保持旋转。第一减震轴承31与手表机心的基板30相连接，而第二减震轴承41与一个夹板40相连接。

转子由上部圆盘11和下部圆盘13构成，而上部圆盘11和下部圆盘13均与轴10固定连接。在该实施例中，上部圆盘11的下表面包括靠近圆盘的边缘以固定的间隔排列的六个独立磁铁12。下部圆盘13的上表面以相同的方式安装有六个独立的磁铁14，这些磁铁14与上部圆盘的六个磁铁对称设置。

定子包括安装在圆盘11和13之间的三个感应线圈20、21、22。发生器安装于手表机心的基板30和夹板40之间，以使包括线圈在内的整个发生器能够遮盖住。

图2示出了安装有微发生器的模块80的顶视图。微发生器定子的三个线圈20、21、22安装在模块80上，并串联在电气模块80的接点800和803之间。一个集成电路81安装在模块80上。安装该集成电路的目的是监控微发生器的转速，并通过改变可能作用于微型电动机上的可变负载电阻值来调节其转速。

如上所述，氧化层可在由铜-铍合金制成的齿轮51和齿轴50上形成，从而使这些齿轮与其它齿轮61、71及基板30电绝缘。该问题极容易产生于带有微发生器的手表机心上，因为齿轮之间的力及啮合部分上的表面压力非常小，从而不能在齿轮之间形成良好的导电接触。尽管在机械式手表中这些力大小近似，但在这种情况下，调整转速的摆轮通过整个螺旋线圈与基板导电连接，从而使其不能充电。

电荷通过上述机构积聚在转子10内的齿轮和齿轴上，从而产生火花放电现象。而火花放电现象将使齿轮磨损，而且由火花放电而产生的臭氧还会使手表机心内的润滑油变质。此外，火花放电还会干扰调整电路81，从而不能正确地调整手表的机心。

为避免上述问题的发生，在本发明的第一实施例中，齿轮51、61、71和齿轴50、60、70中的至少一部分接地。对于齿轮而言，最好使用导电接触性能良好的材料或层，从而不需要用非常大的表面压力就能保证良好的导电接触。

根据本发明的第二实施例，可通过使用电化学势大体相同和/或介电常数相同的齿轮系材料来避免电荷分离的发生。如果相互接触的材料具有基本相同的表面特性，那么当材料分离时电子产生转移的可能性就不会很大。

这样，齿轮和齿轴50、51、60、61和/或71或至少其表面最好采用既能够避免电荷分离，又能够以较小的表面压力在齿轮之间实现导电接触的材料制成。

最好采用具有良好电学特性、而且不会形成氧化层并具有良好摩擦学特性的材料。例如，齿轮和齿轴可以采用价格较低的材料，例如塑料、CuBe、铝、黄铜或钢(用于不受转子磁场影响的齿轮和齿轴)，然后在其上面涂敷精心选出的材料。涂层的厚度最好小于1μM，其硬度大于200DH，该涂层材料不能是磁性材料而且必须能够很好地粘接到基体材料上。另外，还必须使用不能使齿轮的基体材料扩散到涂层内的材料组合。涂层可由金、金的合金或导电氧化物组成。但是，也可以使用完全由金、银这样的导电材料、陶瓷这样的导电塑料或所有导电性良好的类似材料制成。

为实现良好的导电接触，齿轮和齿轴的啮合不能被油膜化(epilamized)，因为油膜(epllam)起绝缘体的作用。

根据本发明，齿轮系还可通过轴接地。通常情况下，作为良好电绝缘体的红宝石可在手表工业中用于(制造)轴承。在本发明的一个实施例中，材料41用于制造具有良好摩擦学特性和导电性能的轴承。因此，齿轮系还可通过轴承接地。

在本发明的一个最佳实施例中，轴承中使用了润滑剂，例如导电油脂或润滑油，使齿轮系能够通过轴承接地。

根据本发明，所采用的润滑油还应该耐臭氧，使润滑剂的性能能够更长时间地保持不变，甚至在火花放电的情况下也能够保持其性能不变。另外，还可采用干膜润滑剂或润滑油和干膜润滑剂的混合物。

在本发明的最佳实施例中，宝石或红宝石用于尽可能地防止润滑油受氧气和臭氧所氧化。这一点可通过使宝石轴承尽可能地封闭来实现，一方面可通过毛细作用保护轴承内的润滑油，另一方面还可防止润滑油暴露于氧气和可能在氧气内包含的臭氧中。

如果采用常规的同族润滑油，那么仍然存在使用特制的宝石轴承作轴承的可能性，而且还必须以最大限度地防止润滑油从各个方面受到氧化的形式制造这种特殊的宝石轴承。这种轴承还可用于发生器、Inter1和Inter2中。我们对KIF Parechoc AG公司制造的Duofix、Duobil和Duokif宝石轴承作过实验，这些宝石轴承包括能够将润滑油保存在一个几乎封闭的空间内的覆盖宝石。与常用的宝石轴承相比，这些轴承由于毛细作用而具有使润滑油更好地保存在轴承内的优点，而且扩散的可能性也更小。

因此，可以采用表面张力不是特别大的润滑油，例如象Fomblin Z25这样的全氟化润滑油。

本发明还涉及一种能够检查手表机心中的齿轮是否接地的检测方法。可用此检测方法对各种不同的材料和涂层进行检测。处于工作状态下的受检手表机心在扫描式电子显微镜内受到电子的轰击。未接地的部件将会带电。如果某些部件，例如转子和齿轴/齿轮50/51与基板或其它部件电绝缘，那么这些部件将被充电，直到齿轮系中某一位置上的电压高到能够产生火花放电的程度。在该位置上将产生微小的损害。这样，就能够确定齿轮是否接地了。如果手表的机心在扫描式电子显微镜下正常运转了一定的时间，而且检测后在齿轮上未发现任何损坏，那么就意味着齿轮彼此之间是导电连接的。

在检测方法的另一实施例中，电荷无接触地积聚在转子上。在该过程中，通过使一个电极与基板30连接，另一电极尽可能靠近转子10、11、13的方式，将一个高压源连接到手表机心上。如果在转子上产生了火花放电，那么转子将被充电。如果转子和齿轮系导电接地，那么电荷就会扩散到手表机心中，而且在相互啮合的齿轮之间也不会存在放电的可能性。因此，在齿轮上看不到有任何损坏。但是，如果带凹痕的齿轮之间没有良好地导电连接，那么在啮合位置上就会发生火花放电现象。这样，齿轮将会损坏。

在检测方法的另一实施例中，测定转子和基板之间的电阻。为此，必须按下述方式卷绕弹簧：使齿轮相互啮合，而且在啮合位置上的表面压力约等于常规操作条件下所需的表面压力。但是转子可能不会受到很大的机械力的影响，从而避免防震部件的弹出及转子轴与基板的导电连接。最好使用一根细金属线接触转子，以用于测量。为此，转子必须通过与金属线接触而处于静止状态下。

本发明还涉及用上述方法检测的手表。