設有報時機構的帶有機械或電子機芯的手表的制作方法
1.本發明涉及用于手表的報時機構(striking mechanism)。所述機構能夠產生一個或多個聲音以發出響鬧或三問報時(minute repeater)的信號。
背景技術：
2.在設有三問報時系統的機械手表中，所述系統常規地包括一個或多個音簧，其各自包括金屬絲線(該金屬絲線在形狀方面通常為圓形)并且放置在平行于手表的表盤的平面中。每個音簧的金屬絲線通常在手表框架中并且在主夾板(plate)上方圍繞手表機芯布置，機芯的不同部分安裝在主夾板上。例如，每個音簧的一個末端或多個末端附接(例如通過焊接)到音簧承載件，該音簧承載件與主夾板構成整體，對于所有音簧可為獨特的。每個音簧的另一末端通常可為自由的。
3.報時機構包括按照使用者的要求致動的至少一個擊錘，以通過音簧上的一系列擊錘撞擊噪音指示時間。每個擊錘設有允許其落回到音簧上的返回彈簧。用于一系列敲擊的能量儲備來自彈簧
?
條盒輪，其由使用者定期重新補充。這種類型的機構非常復雜且笨重，并且撞擊的能量受到限制且經常隨著彈簧的機械卸載而下降，撞擊之間的間隔還取決于彈簧的卸載。最終，彈簧
?
條盒輪的自主性受到限制，并且在響鬧或可聽指示結束后，其必須經常重新設置。
4.石英或其他類型的電子手表也是已知的，其設有報時系統和/或三問報時，其中壓電致動器作用為揚聲器。使用連接到致動器的集成電路來發生報時。揚聲器產生一系列聲音以用于響鬧，或者按照使用者的要求指示時間。明顯的是，該系統較不復雜，并且該類型的報時的自主性以及音量比機械手表的情況下更大。然而，相比于機械音簧的自然聲音，由該機構產生的聲音是合成且沒有吸引性的。另外，在手表的受到限制的空間容積中，難以實現能夠再現近似機械音簧的聲音的聲音的揚聲器。
5.專利申請fr 1 335 311 a描述了一種用于時計的報時機構。該機構由至少部分地圍繞機芯布置的音簧和包括至少一個擊錘以通過激活安裝在金屬軸向棒上的線圈來敲擊音簧的機電裝置構成。由電動驅動裝置提供擊錘激活。
6.專利申請ch 705 303 a1描述了一種包括聲音機構的時計，其包括在表殼的密封部分中的報時機構和至少一個待由報時機構激活的音簧。電動激活擊錘以敲擊音簧。
7.專利申請fr 2 061 680 a1描述了一種用于時計的電動小時報時機構。該機構包括電磁體，其由脈沖供能并且作用在時計擊錘上以敲擊鈴鐺或音簧。
技術實現要素：
8.因此，本發明的目的是通過提供用于手表的報時機構來克服現有技術的缺點，該報時機構使用新的原理以用于從至少一個音簧產生一個或多個聲音。
9.為此，本發明涉及設有報時機構的手表以及用于通過機構產生聲音的方法，包括在權利要求書中所限定的特征。
10.根據本發明的手表包括報時機構，該報時機構包括至少一個附接的音簧和至少一個擊錘，以及電能蓄積器(諸如電池)。機構還包括由電能蓄積器供能且配置成產生電流脈沖的集成電路，以及連接到集成電路且能夠接收所述脈沖的電動力致動器，該致動器與擊錘構成整體或連接到擊錘，以便響應于所述脈沖產生擊錘從其靜止位置的運動，所述運動能夠產生擊錘在音簧上的撞擊。機構還包括返回裝置(諸如連接到擊錘的彈簧)以便使擊錘在撞擊后返回到其靜止位置。
11.根據本發明的手表可包括基本機械或電子鐘表機芯。在該兩種情況下，手表變成混合手表，其克服了以上所描述的缺點。在第一種情況下，手表包括大多數的機械部件，其由機電報時機構補充，相比于現有技術，其更緊湊并且能夠提高自主性，以及撞擊的能量和一致性。在第二種情況下，手表包括大多數的電子和/或機電部件，以及音簧，該音簧產生自然聲音而不是由現有技術的電子手表產生的合成聲音。
12.取決于特定實施例，擊錘在到達撞擊前經受一個或多個預振蕩。根據特定實施例，擊錘和音簧分別設有吸引磁體。
附圖說明
13.將使用以非限制性示例的方式給出的附圖在以下更詳細地描述本發明，其中：圖1示出了集成到根據本發明的機械機芯手表中的三問報時機構，圖2示出了集成到根據本發明的電子機芯手表中的三問報時機構，圖3示出了擊錘的框圖圖示，該擊錘設有其電動力致動器，如其可在根據本發明的手表中應用的那樣，圖4a通過施加單個電流脈沖示出了脈沖和擊錘的運動的圖示。圖4b和圖4c示出了以下的圖示：在擊錘的一個或兩個預振蕩的情況下的脈沖和擊錘的運動，以及圖5示出了可在根據本發明的手表中應用的報時機構的原型。
具體實施方式
14.在圖1中，可看見根據本發明的集成到機械機芯手表中的三問報時機構的主要部件。小時和分鐘指針1和2連接到常規的機械機芯3，該常規的機械機芯被不帶有細節地示出。三問報時系統包括通過音簧承載件5附接到手表的主夾板(未示出)的音簧4。可根據從現有技術已知的實施例生產音簧4。三問報時機構進一步包括電能蓄積器6(諸如電池)和由電能蓄積器6供能的集成電路7，以及指針1和2的軸線的位置的檢測器8和9。這些檢測器本身也是已知的。它們可配置成檢測例如但不限于設在相應的軸線上的一系列齒的位置。
15.擊錘15可旋轉地圍繞旋轉軸線16安裝，使得擊錘可撞擊音簧4。擊錘15的旋轉可由連接到集成電路7的電動力致動器17致動。擊錘15設有使擊錘在撞擊后返回到其靜止位置的彈簧(未示出)。致動器17接收由集成電路7基于由檢測器8和9檢測的位置產生的電流脈沖，以便按照使用者的要求通過一系列特定的聲音播報時間。優選地，存在第二音簧4'和設有其機電致動器(未示出)的第二擊錘以產生不同的聲音。致動器17的尺寸和擊錘15的尺寸僅示出為指示，但是明顯的是，這些部件的全部將僅占據由純機械報時機構(其通常占據表盤的整個表面)占據的空間的部分。
16.圖2示出了根據本發明的石英類型的電子手表，其還包括具有與在圖1的情況下相
同類型和尺寸的兩個機械音簧4和4'以及對應的擊錘15和電動力致動器17(示出了單個擊錘和單個致動器)。如從現有技術已知的那樣，由電能蓄積器6(諸如電池)使用連接到石英21的集成電路7而供能的馬達20使指針1和2旋轉，所述部件形成手表的電子機芯的部分。電動力致動器17接收來自電子機芯的集成電路7的脈沖。在該實施例中，指針1和2的軸線的位置的檢測器8和9的存在是可選的。還可能配置集成電路7使得其可確定將由擊錘播報的時間，而不是具有檢測器8和9。
17.有利地，根據本發明的手表將一個或多個機械音簧與由電動力致動器致動的擊錘結合。相比于純機械手表，該解決方案允許具有多得多的自主性、更高的聲音強度、改善的脈沖的可重復性、脈沖之間的恒定間隔，以及比機械報時系統小的多的報時系統的空間占據。在電子手表中，本發明允許實現用于響鬧和/或三問報時的自然聲音。
18.撞擊噪音的音量取決于所使用的電動力致動器的性能。已經進行了使用現有電動力振動器的測試。如可在以下所看見的那樣，發現的是：單次撞擊的能量是相當的，但是仍然小于機械致動器的撞擊的能量。然而，本發明的特定實施例涉及以下方式：其中，相對于擊錘15的靜止位置并且相對于報時機構的參數的數值配置發送到致動器17的電流脈沖。在圖3中示出了機構的框圖圖示。擊錘15與磁體25(其通過返回裝置27(可為彈簧)連接到手表的主夾板26)構成整體。線圈28包圍磁體25并且接收由電壓信號u(t)產生的電流脈沖i(t)，其在方向x上致動擊錘15的軸向運動。磁體25、線圈28和彈簧27的組件構成電動力致動器17。音簧4和處于靜止位置的擊錘15之間的距離為在附圖中示出的距離x0。在該位置，彈簧27未預加應力。取決于電流i的方向，擊錘15的運動發生在方向+x或
?
x上。當電流中斷時，在由質量
?
彈簧系統的特征確定的大量振蕩后，彈簧27使擊錘返回到靜止位置。在圖3中示出的系統以以下的程度相當于在圖1和圖2中示出的系統：在后者中，彈簧可為扭簧或板簧，并且致動器配置成致動擊錘圍繞軸線16的旋轉。
19.應該注意的是，返回裝置27還可為機械凸輪，或者為電磁力，或另一裝置。
20.對于單個電流脈沖31的情況，圖4a示出隨著擊錘15的位移的演變，該單個電流脈沖致動擊錘朝向音簧4的運動直到時間t
i
時的撞擊。下列假設允許研究擊錘的運動以及計算撞擊的能量：
· 相比于所施加的電壓，由運動所感應的電壓是可以忽略的。
· 電壓、電流和機電力f
em
在脈沖的持續時間內被認為是恒定的(這些也被稱為峰值)。在圖中將脈沖31有效地示出為力脈沖f
em
。
· 忽略摩擦，
· 時間x(t)與對應于質量
?
彈簧系統的振蕩的自然頻率f0的周期成正弦，f0由公式給出，其中k為彈簧常量(n/m)并且m為擊錘+磁體的質量(kg)。
21.由脈沖施加的機電力f
em
的大小是這樣的：該力致動振幅2x0的振蕩30。該振蕩由曲線30示出，直到撞擊的時刻t
i
。如果音簧不存在，振蕩將跟隨虛線曲線。在t=0和虛線曲線的最大值之間的時間對應于，其中=1/f0。可看見的是，在所示出的實施例中，脈沖31的持續時間是這樣的：撞擊近似發生在擊錘的速度處于其最大值時。這意味著脈沖的持續時
間近似為。
22.能量守恒定律允許將力f
em
在路徑x0上的功聯系到由致動器接收的動能e
cin
。電平衡也得到了評估。可示出的是，撞擊的動能和消耗的電能分別為：
???
(1),
???
(2),其中r為電阻(ohm)，并且k
u
為線圈磁體耦合系數(n/a)。
23.如在圖5中所示出的那樣，用于致動器
?
擊錘
?
彈簧組件的測試中的測試原型，敲擊安裝在黃銅底座51上的機械音簧的振動器50。方向x在附圖中示出。尺寸以mm指示，例如音簧的直徑可為35.6mm，底座51可為44mm乘44mm，并且振動器可為24.15mm長和9.56mm寬。已經如以下那樣建立了在公式(1)和(2)中出現的參數的值：k=1606n/m, x0=0.19mm, r=80ohm, m=2.68gr, k
u
=2.07[n/a],u=9v=>i=u/r=112.5ma, =>f
em
=k
u
*i=0.233n。
[0024]
利用這些參數，由根據圖4a的實施例的原型實現的撞擊的動能計算為15.3μj。這與由機械報時系統實現的撞擊(估計處于50j)具有相同的大小的量級，但是明顯地小于后者。為了提高該能量，可施加更強大的電流脈沖和/或可通過修改致動器的參數(諸如質量、彈簧常量和耦合系數)來使致動器最優化。但是如可在以下看見的那樣，即使利用未最優化的致動器，簡單地增加預振蕩脈沖極大地提高了該能量。
[0025]
根據另一個實施例，通過以例如在圖4b中示出的不同方式致動擊錘提高了由等于或小于力f
em
(對于使用單個脈沖的前述情況施加該力f
em
)的機電力產生的撞擊能量。根據該實施例，首先施加與前述實施例的單個脈沖具有相同大小f
em
的第一反向脈沖35。因此，反向脈沖35致動負預振蕩30，該負預振蕩具有在方向
?
x上的2x0的振幅。當擊錘到達在位置
?
2x0處的極值點時(在該處擊錘和音簧之間的距離等于3乘以x0)，第一脈沖由具有相同大小f
em
的第二正脈沖36跟隨，其產生將在音簧4的方向上擊發擊錘15的振蕩38，直到在時間t
i
時的撞擊(其發生在t=時)。
[0026]
通過以與之前相似的方式論證，此時，對于能量，我們得到：
?????
(4),
?????
(5)。
[0027]
圖4c示出了在雙預振蕩期間的脈沖和位移。施加具有大小f
em
/2的第一正脈沖40，使得通過第一預振蕩43將擊錘帶到更靠近音簧而不接觸其，在t=時由具有大小f
em
的第二
負脈沖41跟隨，使得第二預振蕩44將擊錘從靜止位置帶回到
?
3x0的距離。在位于
?
3x0處的極值點處(在該處擊錘和音簧之間的距離為4乘以x0)，在t=時，具有大小f
em
的第三正脈沖42產生最終的振蕩45，該振蕩將擊錘朝向音簧投擲，直到在t=時發生的撞擊的時刻t
i
。
[0028]
在該情況下，能量通過下列表達式給出：
???
(4),
???
(5)。
[0029]
下列表格將在兩個前述部分中評估的理論性能聚合在一起：
激勵的模式動能消耗的電能用以達到e
cin_3
的e
el
的倍增比率1個脈沖1個脈沖20.6x2個脈沖2個脈沖2.5x3個脈沖3個脈沖1x(參考)
[0030]
右列表示為了達到與利用3個脈沖(圖4c)相同的動能而待施加到討論中的模式的功率消耗的倍增系數。
[0031]
示例：e
cin
(1個脈沖)需要8.5x 大的力em以達到e
cin
(3個脈沖)。然而，消耗將為8.5^2=72x大。但是因為消耗比率為1.75/0.5=3.5，最終獲得的是8.5^2/3.5=20.6x。
[0032]
通過施加1個或2個預振蕩，而不是施加單個直接的脈沖，明顯地看見了顯著的能量獲得。例如，在尋求獲得與單個脈沖相同的動能的情況下，如利用2個脈沖那樣，消耗將提高到20.6/2.5=8x。
[0033]
下列表格是以上的6個公式在圖5中的原型的數據的情況下的數值應用。激勵的模式動能消耗的電能效率e
cin
/e
el
1個脈沖15.3
μ
j2.06mj0.7%2個脈沖192
μ
j6.17mj3.1%3個脈沖347
μ
j7.19mj4.8%
[0034]
明顯的是，在兩個或三個脈沖的情況下，顯著地超過了機械報時工件的50
μ
j能量。
[0035]
因為在實際中，以上所提到的簡化僅為近似的(例如摩擦和感應電壓非零，頻率不精確地為f0)，包括至少一個預振蕩的實施例可如以下那樣表示：致動擊錘使得其在到達撞擊之前經受至少兩次振蕩，該至少兩次振蕩中的至少一個被指定為“預振蕩”，該預振蕩由導致撞擊的最終振蕩跟隨。在該上下文中，用語“振蕩”指在由擊錘經受的振動的兩個連續
極值位置之間的運動。振蕩由一系列具有相反符號的脈沖產生，使得自第二脈沖起，近似在擊錘到達由之前的脈沖產生的振蕩的極值點時，施加每個脈沖。通常，產生預振蕩的脈沖的大小等于或小于產生最終振蕩的脈沖的大小。
[0036]
預振蕩的數量可大于兩個，條件是在預振蕩期間，脈沖的大小適于避免撞擊。
[0037]
通過延伸到多個預振蕩，明顯的是，所施加的交流信號(其為方形或其他)必須具有貼近質量
?
彈簧系統的振蕩的自然頻率的頻率，以便有效地增強振蕩。該共振現象為本領域技術人員所熟知。
[0038]
根據又一個實施例，擊錘15和音簧4設有吸引磁體，一個磁體固定地安裝在音簧4上，并且另一個磁體固定地安裝在擊錘15上，使得在擊錘的撞擊在音簧上的時刻時磁體物理地接觸。吸引的力是這樣的：擊錘和音簧在音簧振動時保持接觸，直到施加到電動力致動器的反向脈沖導致擊錘向后運動，打斷磁體之間的接觸。該在擊錘和音簧之間的延長接觸能夠改善動能從擊錘到音簧的傳遞。該實施例可與以上所描述的方法結合，根據此，不利用或利用預振蕩操作報時工件。在多個預振蕩的情況下，必須調節其振幅以防止磁體在撞擊的期望時刻之前將擊錘粘到音簧。
技術特征：
1.一種設有報時機構的手表，所述機構包括附接到音簧承載件(5)的至少一個音簧(4)，以及旨在激活所述音簧以使其振動的至少一個擊錘(15)，其特征在于，所述報時機構進一步包括：
?
電能蓄積器(6)，
?
集成電路(7)，其由所述電能蓄積器(6)供能且配置成產生至少一個電流脈沖，
?
電動力致動器(17)，其連接到所述集成電路并且能夠接收所述脈沖，所述致動器包括與所述擊錘(15)構成整體或連接到所述擊錘的磁體(25)，以便響應于至少一個電流脈沖(31)產生所述擊錘(15)從靜止位置的振蕩(30)，并且其中撞擊近似在所述振蕩期間所述擊錘的速度為最大值時發生，所述致動器還包括包圍所述磁體(25)并且接收所述脈沖的線圈(28)，所述振蕩能夠致動所述擊錘在所述音簧(4)上的撞擊，
?
返回裝置(27)，其一方面連接到所述手表的主夾板(26)，并且另一方面連接到所述磁體(25)，所述磁體(25)連接到所述擊錘(15)，以便在所述撞擊后使所述擊錘返回到其靜止位置。2.根據權利要求1所述的手表，其特征在于，所述手表為機械機芯手表(3)。3.根據權利要求1所述的手表，其特征在于，所述手表為電子機芯手表，并且其中所述電能蓄積器(6)和所述集成電路(7)形成所述手表機芯的部分。4.根據權利要求1所述的手表，其特征在于，所述集成電路(7)配置成產生一系列相反符號的脈沖，使得：
?
所述擊錘(15)在到達所述撞擊之前經受至少兩次振蕩，其至少一次被指定為“預振蕩”，所述預振蕩由導致所述撞擊的最終振蕩跟隨，
?
自第二脈沖起，近似在所述擊錘到達由之前的脈沖產生的振蕩的極值點時，施加每個脈沖，
?
產生所述預振蕩的脈沖的大小等于或小于產生所述最終振蕩的脈沖的大小。5.根據權利要求4所述的手表，其特征在于，所述擊錘(15)經受由所述最終振蕩(38)跟隨的單個預振蕩(37)。6.根據權利要求4所述的手表，其特征在于，所述擊錘(15)經受由所述最終振蕩(45)跟隨的兩個預振蕩(43,44)。7.根據權利要求1、5和6中的任一項所述的手表，其特征在于，所述脈沖的頻率近似等于質量
?
彈簧系統的共振頻率，所述質量
?
彈簧系統對應于所述擊錘(15)和諸如彈簧(27)的所述返回裝置的組件。8.根據前述權利要求中的任一項所述的手表，其特征在于，所述手表進一步包括成一對吸引磁體，一個磁體固定地安裝在所述音簧(4)上，并且另一個磁體固定地安裝在所述擊錘(15)上，使得在所述擊錘的撞擊在所述音簧上的時刻時所述磁體物理地接觸。9.一種用于在根據權利要求1所述的手表中產生撞擊聲音的方法，其特征在于，所述集成電路(7)產生一系列相反符號的脈沖，使得：
?
在到達所述撞擊之前所述擊錘(15)經受至少兩次振蕩，其至少一次被指定為“預振蕩”，所述預振蕩由導致所述撞擊的最終振蕩跟隨，
?
自第二脈沖起，近似在所述擊錘到達由之前的脈沖產生的振蕩的極值點時，施加每個脈沖，
?
產生所述預振蕩的脈沖的大小等于或小于產生所述最終振蕩的脈沖的大小。10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述擊錘(15)經受由所述最終振蕩(38)跟隨的單個預振蕩(37)。11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，在所述預振蕩(37)的末端處，所述擊錘從所述音簧移開對應于所述靜止位置的距離(x0)的近似三倍。12.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述擊錘(15)經受由所述最終振蕩(45)跟隨的兩個預振蕩(43,44)。13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于，第一預振蕩(43)將所述擊錘帶到更靠近所述音簧而不接觸其，并且在第二預振蕩(44)的末端處，所述擊錘從所述音簧移開對應于所述靜止位置的距離(x0)的近似四倍。14.根據權利要求9至權利要求13中的任一項所述的方法，其特征在于，所述脈沖的頻率近似等于所述質量
?
彈簧系統的共振頻率，所述質量
?
彈簧系統對應于所述擊錘(15)和諸如彈簧(27)的所述返回裝置的組件。
技術總結
根據本發明的手表包括報時機構，該報時機構包括至少一個附接音簧(4)和至少一個擊錘(15)，以及電池(6)和由電池供能且配置成產生電流脈沖的集成電路(7)，以及連接到該集成電路且能夠接收所述脈沖的電動力致動器(17)，該致動器與擊錘構成整體或連接到擊錘，以便響應于所述脈沖產生擊錘從其靜止位置的運動，所述運動能夠致動擊錘在音簧上的撞擊。該機構還包括連接到擊錘的彈簧(27)以便使擊錘在撞擊后返回到其靜止位置。取決于特定實施例，擊錘在到達撞擊前經受一個或多個預振蕩。根據特定實施例，擊錘和音簧設有吸引磁體。擊錘和音簧設有吸引磁體。擊錘和音簧設有吸引磁體。
