用于通过弹性垫圈固定的游丝
技术领域
本发明涉及一种用于通过垫圈弹性固定的游丝。更准确地说，本发明涉及一种设计成使用垫圈的弹性夹紧将游丝固定到轴的内桩。
背景技术
申请人名下的欧洲专利EP 2916177公开了这种不需要粘合剂或焊接的内桩。所述内桩有利地使得可以在内桩被接纳在轴上时避免连接点移位，使得可以将重心定位在条带的几何中心上，并且还使得可以限制垫圈夹紧内桩的表面所引起的材料破损。
然而，在应用冯·米塞斯(Von Mises)准则时，内桩具有沿其多边形条带的应力存在大的变化的问题。实际上，在与轴接触的接触点处产生高接触应力，并且伴随有在所述多边形的顶点处的弯曲应力。
发明内容
本发明的目的是，通过提出一种内桩来克服所有或部分上述缺陷，所述内桩保持欧洲专利申请EP 2916177的优点，而同时在条带中、特别是在接触点和所述多边形的顶点处产生较小的接触应力和弯曲应力。
为此，本发明涉及一种游丝，其包括螺旋形弹簧和内桩，所述螺旋形弹簧由自身卷绕成若干圈的条带形成，所述内桩包括基本上以三角形形状延伸的条带，该条带在所述三角形的每个顶点处包括朝向螺旋形弹簧的内圈径向延伸的凸起，螺旋形弹簧和内桩之间的连接点位于所述三角形的所述凸起的其中一个上，所述三角形关于穿过内桩中心的轴和所述连接点对称，其特征在于，在所述三角形的每个顶点之间，所述条带由宽度基本上恒定的第一和第二区域以及在第一和第二区域之间的第三区域形成，所述第三区域具有与第一和第二区域的宽度相比增厚的宽度，并且布置成装配在轴上，以便将弹性变形应力转移到第一和第二区域上。
令人惊奇的是，通过在与轴接触的接触点和内桩的所述多边形顶点之间移动弹性区域，与欧洲专利申请2916177的图9的内桩相比，可以使接触应力减小70％，弯曲应力减小40％。因此，显然，内桩内的内应力要低得多。此外，在装配过程中，可以更好地平衡接触应力，同时保持轴上的最小保持夹紧力矩。
根据本发明的其它有利变型：
-第一和第二区域具有相同宽度；
-第三区域的长度为三个区域总长度的20％至50％；
-第三区域的宽度为第一和第二区域的宽度的140％至300％；
-第三区域由于其朝向内桩的中心径向延伸而增厚；
-第三区域由于其朝向螺旋形弹簧的内圈径向延伸而增厚；
-第三区域由于其朝向内桩的中心并朝向螺旋形弹簧的内圈径向延伸而增厚；
-游丝由硅形成。
此外，本发明涉及一种用于钟表的谐振器，其特征在于，其包括轴，在所述轴上装配有摆轮和根据前述变型中任一项所述的游丝。
附图说明
参照附图，从下面通过非限制性说明的方式给出的描述中，其它特征和优点将清楚地显现，图中：
-图1是根据本发明的一种组件的视图。
-图2和图3是根据本发明的内桩的第一实施例的视图。
-图4是本发明的第二实施例的视图。
-图5是本发明的第三实施例的视图。
具体实施方式
本发明涉及一种用于通过垫圈弹性固定的游丝。更准确地说，本发明涉及一种设计成使用垫圈的弹性夹紧将游丝固定到轴的内桩。
该组件系统在申请人名下的欧洲专利申请EP 2860591和2860592中有描述，并且通过引用结合在本说明书中。该组件系统对所使用的材料提供了很大的自由度。因此，其特别适用于其材料不具有可用的塑性域、即具有非常有限的塑性域的部分，其具有包括不同类型材料的部件。
因此，在钟表领域，必须提出在所用材料方面允许大的自由度的这种类型的组件，这是由于，具有非常有限的塑性域的材料、例如硅基材料所占份额越来越多，所述硅基材料例如为掺杂或未掺杂的单晶(或多晶)硅、硅氧化物(例如石英或硅石)、单晶或多晶刚玉或更一般的矾土、氮化硅和碳化硅。
这种类型的组件的示例在图1中示出。用于钟表的谐振器101包括轴103，轴103上装配有摆轮105和游丝107，游丝107可有利地是本申请中描述的游丝1、21、41。在图1的示例中，游丝107的内桩在垫圈109和轴103的肩部111之间弹性地装配到轴103上。如欧洲专利申请EP 2860591和2860592中所描述的，垫圈109主要在其外周部分通过弹性夹紧夹持游丝107的内桩。
欧洲专利EP 2916177的图9中所示的内桩包括为欧洲专利申请EP 2860591和2860592中描述的这种类型的组件而设计的以三角形形状延伸的条带67。在所述三角形的每个顶点之间，条带67具有非恒定的宽度。更精确地，在所述三角形的每个顶点之间的条带67从夹紧点处的最大宽度向两个臂上的顶点逐渐减小，并且第三臂具有允许重心定位在条带的几何中心的第四凸起。
在应用冯·米塞斯准则时，对于夹持6μm的直径，欧洲专利申请EP 2916177的内桩65承受沿其条带67大的应力变化。实际上，轴的接触点处的接触应力为300MPa至450MPa，在三角形的顶点处的弯曲应力为500MPa至600MPa，而在所述接触点和所述顶点之间接触应力和弯曲应力几乎为零。尽管这些最大值本身对于钟表中使用的大多数材料来说并不是不利的，但是内桩仍然承受沿其条带的大的应力变化。这就是为什么本申请提出限制沿着条带、特别是在接触点处的应力变化。
令人惊讶的是，发现通过修改内桩的臂的几何形状，可以显著降低施加到与轴接触的接触点处的接触应力，并且还可以限制沿着条带观察到的最大弯曲应力，而同时仍然具有欧洲申请EP 2916177的优点，并保持轴上的最小保持夹紧力矩。
根据本发明，游丝1、21、41因此包括螺旋形弹簧3和内桩5、25、45，螺旋形弹簧3包括自身卷绕成多圈的条带，内桩5、25、45包括基本上以三角形形状延伸的条带7、27、47。在所述三角形的每个顶点处，条带7、27、47包括朝向螺旋形弹簧3的内圈SI径向延伸的凸起2、4、8、22、24、28、42、44、48。最后，螺旋形弹簧3和内桩5、25、45之间的连接点位于所述三角形的其中一个凸起2、22、42上，所述三角形关于穿过内桩的中心C和所述连接点的轴线对称。中心C可以被定义为内接于内桩5、25、45的开口内的圆的圆心。
提出通过移动在与轴A接触的接触点P1、P2、P3和内桩5、25、45的三角形的顶点之间的弹性区域(即柔性区域)，来修改内桩5、25、45的臂(即三角形的顶点之间的条带部分7、27、47)的几何形状。
因此，根据本发明，有利地，在所述三角形的每个顶点之间，条带7、27、47由具有基本上恒定的宽度的第一和第二区域Z1x、Z2x以及第一区域Z1x、Z2x之间的第三区域Z3x、Z4x、Z5x形成，所述第三区域与第一和第二区域Z1x、Z2x相比具有增厚的宽度，并且被布置成安装在轴A上，从而允许将弹性变形力转移到条带7、27、47的第一和第二区域Z1x、Z2x上。
在再次应用冯·米塞斯准则时，出乎意料的是，与欧洲专利申请EP 2916177相比，本申请的内桩5、25、45沿其条带7、27、47承受较小的应力变化。实际上，对于6μm的相同的夹紧需求，与轴A接触的接触点P1、P2、P3处的接触应力大约为100MPa，沿条带7、27、47的弯曲应力不超过400MPa。
也许最令人惊讶的是，接触点P2处的接触应力也减小，尽管第四凸起6、26、46可能已经被认为是内桩5、25、45的其中一个臂上的条带7、27、47的增厚部分。因此，似乎每个臂上的三个区域Z1x、Z2x、Z3x、Z4x、Z5x的几何形状必须基本相同，并且遵从一定的形状，以便使弯曲应力和接触应力在内桩5、25、45内被更好地平衡和降低。
为了获得这些结果，第一和第二区域Z1x、Z2x被保持为具有优选相同的长度L13、L23、L1x、L2x和高度以及宽度W13、W23、W1x、W2x。此外，显而易见的是，第三区域Z3x、Z4x、Z5x的长度为三个区域Z1x、Z2x、Z3x、Z4x、Z5x的总长度的20％至50％，且第三区域Z3x、Z4x、Z5x的宽度为第一和第二区域Z1x、Z2x的宽度W1x、W2x的140％至300％，这使得可以保持上述优点。
下面给出本发明的三个示例应用，第三区域Z3x、Z4x、Z5x的高度保持不变，其长度和宽度变化。因此，根据图5所示的第一实施例，游丝41包括具有条带47的内桩45，该条带47包括均朝向内桩45的中心C径向延伸的三个增厚区域Z51、Z52、Z53。可以观察到，每个第三区域Z51、Z52、Z53为与轴A接触的接触点P1、P2、P3提供大致平的表面。
条带47的每个臂的第一和第二区域Z1x、Z2x形成全部相同并且具有彼此相同的弹性特征的直四棱柱(right rectangular prism)。基本上等于三个区域Z51、Z52、Z53的总长度的20％的第三区域Z51、Z52、Z53的长度以及基本上等于第一和第二区域Z1x、Z2x的宽度W1x、W2x的143％的第三区域Z51、Z52、Z53的宽度被应用于图5的第一实施例中。还可以看出，在用于与轴A接触的接触点P1、P2、P3的大致平的表面上的大致恒定宽度与第一和第二区域Z1x、Z2x的宽度之间，第三区域Z51、Z52、Z53的宽度沿一半径减小，即逐渐减小。
最后，可以看出，沿径向向内圈延伸的第四凸起46存在于与凸起42相对的臂的第三区域Z52上，以将内桩45的重心定位在内桩45的中心C处。
根据图4所示的第二实施例，游丝21包括具有条带27的内桩25，该条带27包括均朝向螺旋形弹簧的内圈径向延伸的三个增厚的第三区域Z41、Z42、Z43。可以观察到，对于与轴A接触的接触点P1、P2、P3，每个第三区域Z41、Z42、Z43提供在相邻的第一和第二区域Z1x、Z2x的延伸部上的大致平的表面。
条带27的每个臂的第一和第二区域Z1x、Z2x形成全部相同并且具有彼此相同的弹性特征的直四棱柱。基本上等于三个区域Z1x、Z2x、Z4x的总长度的42％的第三区域Z41、Z42、Z43的长度以及基本上等于第一和第二区域Z1x、Z2x的宽度W1x、W2x的267％的第三区域Z41、Z42、Z43的宽度应用于图4的第二实施例中。也可以看出，在用于与轴A接触的接触点P1、P2、P3的大致平的表面上的大致恒定宽度与第一和第二区域Z1x、Z2x的宽度之间，第三区域Z41、Z42、Z43的宽度沿一半径减小，即逐渐减小。
最后，可以看出，沿径向向内圈延伸的第四凸起26存在于与凸起22相对的臂的第三区域Z42的延伸部上，以将内桩25的重心定位在内桩25的中心C处。此外，可以看出，在比例上，第二实施例的第四凸起26比第一实施例的第四凸起46更大。
根据图2和图3所示的第三实施例，游丝1包括具有条带7的内桩5，条带7包括三个增厚区域Z31、Z32、Z33，每个增厚区域Z31、Z32、Z33均朝向内桩5的中心C且朝向螺旋形弹簧3的内圈SI径向延伸。因此，第三实施例可以被认为是第一和第二实施例的混合。然而，在第三实施例中，可以看出，每个第三区域Z31、Z32、Z33为与轴A接触的接触点P1、P2、P3提供大致凹形的表面。
条带7的每个臂的第一和第二区域Z1x、Z2x形成全部相同并且提供彼此相同的弹性特征的直四棱柱。基本上等于三个区域Z1x、Z2x、Z3x的总长度的38％的第三区域Z31、Z32、Z33的长度以及基本上等于第一和第二区域Z1x、Z2x的宽度W1x、W2x的167％的第三区域Z31、Z32、Z33的宽度应用于图2和图3的第三实施例中。更准确地说，50％的厚度增加应用于沿径向朝向内桩5的中心C，117％的厚度增加应用于朝向螺旋形弹簧3的内圈SI。也可以看出，在与轴A接触的接触点P1、P2、P3的最大宽度与第一和第二区域Z1x、Z2x的宽度之间，第三区域Z31、Z32、Z33的宽度沿着两个不同的半径减小，即在每个臂的内表面和外表面逐渐变小。
最后，可以看出，在与凸起2相对的臂的第三区域Z32的延伸部上存在沿径向向内圈SI延伸的第四凸起6，以将内桩5的重心定位在内桩5的中心C处。
当然，本发明不限于所示示例，而是能够包含对本领域技术人员来说显而易见的各种变型和修改。特别是，这三个实施例可以彼此组合而不脱离本发明的范围。因此，作为示例，可以在第一和第三实施例之间变换与轴A接触的接触点P1、P2、P3处的表面。因此，清楚的是，接触点P1、P2、P3处的表面可以是平的、凸的或凹的，而不脱离本发明的范围。
此外，根据本发明的内桩5、25、45不限于三角形条带7、27、47。本发明也可以应用于不同类型的多边形。
游丝1、21、41也可以使用若干种材料形成。因此，以非限制性的方式，基材例如硅可以接纳由温度补偿层和/或耐湿和不透水的层构成的整体或部分涂层，以使得游丝1、21、41对气候条件较不敏感。
最后，为了改善其结合在其中的谐振器的计时精度，游丝1、21、41还可以包括具有格罗斯曼型曲线的内圈SI和部分增厚的外圈。
