РЕГУЛИРУЮЩИЙ ЭЛЕМЕНТ ЧАСОВ
WATCH REGULATING ELEMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к регулирующему механизму часов, включающему в себя по меньшей мере одно балансовое колесо, которое колеблется вокруг оси колебания и подвергается воздействию возвратного крутящего момента, прикладываемого крутильными возвратными средствами.
Изобретение также относится к часовому механизму, включающему в себя по меньшей мере один такой регулирующий элемент, который колеблется между платиной и мостом.
Изобретение также относится к часам, которые включают в себя по меньшей мере один такой часовой механизм.
Изобретение относится к регулирующим механизмам часов.
Уровень техники
Потери в регулирующем механизме непосредственно влияют на качество работы часов, а также запас хода.
Регулирующий механизм, как правило, восприимчив к различным вертикальным или горизонтальным положениям наручных часов, и различия между горизонтальным/подвешенным положениями часто являются значительными.
В прошлом предпринимались различные попытки не использовать пружину баланса, главным образом, в статических применениях, таких как настенные часы или счетчики жидкости.
В патентной заявке Великобритании №616969 А от имени CLEMEN JORGENSEN раскрывается статическое применение часов с маятником, которые менее чувствительны к ударному воздействию и могут функционировать надежным образом. С этой целью образован возвратный элемент регулирующего элемента в виде крутильной проволоки, которая крепится с обоих концов и на которой посередине расположен баланс, при этом проволока расположена вертикально. Натяжение проволоки обеспечивается за счет упругости концевых опор. Полезная длина проволоки ограничивается на одном из концов вилкой регулирования положения, при этом ее точка контакта с проволокой определяет полезную длину. Опора вилки может быть биметаллической полосой для обеспечения компенсации температуры.
В двух документах, американской патентной заявке №3635013 от имени А BERTSCH HANNS и немецком патенте №351558 С от имени BRUNO KRAUSZE, также раскрываются регуляторы с крутильными трубками или параллельно установленными крутильными проволоками или одной крутильной проволокой.
В американской патентной заявке №5772803 от имени PEKER ATAKAN раскрывается пружина, выполненная из аморфного металлического сплава, например цилиндрическая пружина, крутильный балансир или крутильная трубка, специально непредназначенные для применения в часовом деле.
В некоторых документах описываются пружины из металлического стекла, имеющие кривизну: в патентной заявке ЕР №2133756 А2 от имени ROLEX SA раскрывается способ профилирования ходовой пружины, образованной из цельной ленты из металлического стекла, при этом теоретическая свободная форма, которая должна быть придана цельной ленте из металлического стекла, рассчитывается таким образом, чтобы каждый сегмент после навивки пружины внутри барабана подвергался воздействию максимального изгибающего момента, при этом лента профилируется посредством задания характеристики кривизны этой теоретически свободной формы, принимая в расчет уменьшение кривизны после освобождения ленты, и лента ослабляется для установления формы посредством нагрева, после чего лента охлаждается. В этом документе ROLEX рассматривается случай, когда ходовая пружина имеет толщину более 50 микрон. В другой патентной заявке WO 2011/069273 А1 от имени ROLEX SA раскрывается способ изготовления пружины для часов со схожими размерами, включая сюда по меньшей мере одну цельную ленту из металлического стекла, имеющую по меньшей мере одну кривизну, и этот способ включает в себя этап профилирования вышеуказанной цельной ленты посредством пластической деформации для получения по меньшей мере одного участка вышеуказанной кривизны. В патентной заявке ЕР №215481 А1 от имени ROLEX SA раскрывается цельная ходовая пружина из металлического стекла толщиной более 40 микрон.
Раскрытие изобретения
Настоящее изобретение предназначено для повышения эффективности регулятора посредством уменьшения потерь в каждом положении наручных часов.
В частности, это означает ограничение трения, которое в горизонтальном положении ручных часов не должно быть больше трения в их вертикальном положении.
В частности, изобретение относится к наручным часам с высокой частотой колебания, т.е. с частотой осциллятора больше 5 Гц или равной этому значению.
Таким образом, изобретение относится к удалению основного источника трения, создаваемого осями, которые являются причиной по меньшей мере 90% трения в осцилляторе.
Изобретение также относится к максимально возможному уменьшению количества компонентов в осцилляторе.
С этой целью изобретение относится к регулирующему элементу часов, содержащему по меньшей мере одно балансовое колесо, которое колеблется вокруг оси колебания и подвергается воздействию возвратного крутящего момента, прикладываемого крутильными возвратными средствами, отличающемуся тем, что вышеуказанный по меньшей мере один баланс включает в себя средства крепления, вынуждающие баланс колебаться вместе с крутильной проволокой, которая образует вышеуказанные крутильные возвратные средства специально для вышеуказанного по меньшей мере одного баланса, что наибольший размер сечения полезного участка вышеуказанной крутильной проволоки, которая подвергается кручению, составляет менее 100 микрон, что наименьший размер сечения вышеуказанного полезного участка составляет менее 50 микрон, при этом полная длина вышеуказанной крутильной проволоки составляет менее 6 миллиметров, и что вышеуказанный регулирующий элемент содержит средства натяжения вышеуказанной по меньшей мере одной крутильной проволоки.
Использование соответствующей крутильной проволоки создает преимущество выполнения двойной функции:
- создание возвратного крутящего момента баланса, заменяющего обычную пружину баланса;
- подвешивание баланса.
По отличительному признаку изобретения вышеуказанный баланс содержит с обеих сторон вышеуказанных крепежных средств вдоль вышеуказанной оси колебания первое и второе средства ограничения радиального зазора между вышеуказанной крутильной проволокой и вышеуказанным балансом.
По отличительному признаку изобретения для исключения неблагоприятных изгибных колебаний вышеуказанная крутильная проволока включает в себя по меньшей мере одну промежуточную пластину большего сечения по сравнению с используемыми жилами вышеуказанной крутильной проволоки, работающей на кручение, и вышеуказанная промежуточная пластина крепится к вышеуказанному по меньшей мере одному балансу.
По отличительному признаку изобретения вышеуказанная крутильная проволока выполнена из по меньшей мере частично аморфного сплава, образованного исключительно из циркония, титана, меди, никеля и бериллия и содержащего 41-44% масс, циркония, 11-14% масс, титана, 9-13% масс, меди, 10-11% масс, никеля и 22-25% масс, бериллия.
Изобретение также относится к механизму часов, содержащему по меньшей мере один такой регулирующий элемент, совершающий колебания между основной платиной и мостом, отличающемуся тем, что для вставления вышеуказанной крутильной проволоки механизм включает в себя средства для крепления вышеуказанного регулирующего элемента, образованные первым средством для крепления к вышеуказанному мосту и вторым средством для крепления к вышеуказанной основной платине, которые совместно определяют вышеуказанную ось колебания вышеуказанного регулирующего элемента.
По отличительному признаку изобретения вышеуказанный механизм включает в себя средства регулирования натяжения вышеуказанной крутильной проволоки посредством регулирования расстояния между вышеуказанным мостом и вышеуказанной платиной.
Изобретение также относится к часам, которые включают в себя по меньшей мере один такой часовой механизм, отличающийся тем, что часы являются наручными часами и что вышеуказанный регулирующий механизм колеблется с частотой выше 5 Гц или равной этому значению.
Краткое описание чертежей
Другие отличительные характеристики и преимущества изобретения станут понятными после изучения приведенного ниже подробного описания со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
фиг. 1 - схематичный вид в разрезе регулирующего элемента с крутильной проволокой по изобретению в плоскости по оси колебания баланса;
фиг. 2 - вид части часов, схожий со схематичным видом из фиг. 1, на котором показан механизм, содержащий регулирующий элемент по первому варианту выполнения изобретения;
фиг. 3 - схематичное изображение варианта изобретения с цельной конструкцией рамки, поддерживающей натяжение крутильной проволоки, на которой расположен баланс, выполненный в форме балки;
фиг. 4 - вариант фиг. 3, содержащий средства регулирования натяжения крутильной проволоки;
фиг. 5 - вид сверху по конкретному варианту крутильной проволоки, который включает в себя промежуточную пластину и выполнен с использованием заготовки, показанной на фиг. 6;
фиг. 7 - схематичный перспективный вид оси баланса, установленной на промежуточной пластине крутильной проволоки из фиг. 5, и фиг. 7А - разрез по плоскости, перпендикулярной оси колебания, проходящей через промежуточную пластину и через ось баланса;
фиг. 8 - аналогично фиг. 2 часть механизма, содержащего регулировочный элемент по второму варианту выполнения изобретения; регулирующий элемент показан с одной частью съемного инструмента для установки укомплектованного модуля, содержащего крутильную проволоку, на которой на среднем участке расположен баланс, и крепежные средства с двух концов;
фиг. 9 - вид сверху на механизм из фиг. 8, в конкретном варианте выполнения содержащий средства углового регулирования метки; регулирующий элемент показан с тем же инструментом для установки того же укомплектованного модуля и с другим съемным инструментом, образованным временным удерживающим винтом для начальной сборки; фиг. 9А - схожий частичный вид, на котором не показаны скрытые участки;
фиг. 10 - схематичный перспективный вид центрального участка средства крепления крутильной проволоки, образованного зажимом, при этом пунктиром показана концевая пластина, содержащаяся в крутильной проволоке из фиг. 5 и вставленная в первый паз, параллельный оси, и ось, проходящая через отверстие в концевой пластине и установленная на V-образный участок в проеме второго паза, параллельного оси и расположенного под прямым углом к первому пазу;
фиг. 11 - схематичный вид, схожий с фиг, 9, на котором показана часть средств крепления крутильной проволоки, которые содержат зажим из фиг. 10, удерживаемый в зажатом положении в концентричной втулке, которая содержит выемки для угловой индексации, взаимодействующие с носиками ориентирующих удерживающих полос;
фиг. 12 - схематичный перспективный вид регулировочного рычага, также показанного на фиг. 8, который обеспечивает микрометрическое перемещение, передаваемое зажиму из фиг. 10 посредством уменьшения перемещения, передаваемого винтом на одном конце регулировочного рычага; регулировочный рычаг включает в себя в непосредственной близости от неподвижной точки крепления на мосту участок уменьшенного сечения, придающий достаточную упругость регулировочному рычагу;
фиг. 13 - схема наручных часов, включающих в себя механизм, содержащий механизм, который, в свою очередь, содержит регулирующий элемент по изобретению.
Осуществление изобретения
Изобретение предлагает улучшенное функционирование регулирующего элемента наручных часов.
Проблема, которую предлагает решить настоящее изобретение, связана со следующими данными исследований:
- потери в регулирующем элементе непосредственно влияют на качество функционирования наручных часов, а также на запас хода. Существуют три типа потерь: сухое трение, линейное трение (воздуха по балансу) и квадратичное трение;
- значительная часть этих потерь связана с использованием осей;
- регулирующий элемент, как правило, восприимчив к различным вертикальным или горизонтальным положениям наручных часов, и различия между горизонтальным/подвешенным положениями часто являются значительными.
Изобретение, в частности, предлагает:
- повысить эффективность регулятора посредством уменьшения потерь посредством сухого трения в каждом положении ручных часов;
- и, в частности, в случае наручных часов с высокой частотой колебаний, т.е. с частотой осциллятора выше 5 Гц или равной этому значению.
Могут быть рассмотрены два подхода:
- усовершенствование стандартного осциллятора посредством использования пружины баланса; этот поход был предметом многочисленных исследований и в настоящей заявке не рассматривается;
- использование крутильных возвратных средств, в частности крутильной проволоки.
По существующему уровню техники механизмы часов с крутильной проволокой, в общем, ограничиваются до маятников, счетчиков жидкости и артиллерийских ракет, при этом крутильная проволока установлена в направлении существования наибольших ускорений, в частности в направлении силы тяжести в случае маятника. Это осевое расположение проволоки относительно местной вертикали является постоянным отличительным признаком часов, предназначенных для отображения времени. Известные механизмы не пригодны для ручных часов, которые могут принимать любую ориентацию в пространстве и относительно движений пользователя.
Для адаптации регулирующего механизма с крутильной проволокой к наручным часам все эти проблемы должны быть решены, а именно потери, влияющие на качество функционирования, восприимчивость к различным положениям, повышение эффективности.
По существующему уровню техники в маятниках с крутильной проволокой используются металлические крутильные проволоки, что является достаточным для соответствующих применений, при этом отсутствуют какие-либо предложения в отношении использования других материалов.
Однако миниатюризация, связанная со специальным применением в регулирующих элементах наручных часов, не допускает использования плоских металлических частей или проволок, поскольку предусмотренная длина несовместима с воздействием достаточного возвратного крутящего момента. Таким образом, требуется проволока с одним или несколькими используемыми участками (которые подвергаются кручению для прикладывания упругого возвратного крутящего момента) очень малой длины, сопоставимой с толщиной механизма наручных часов. Полная длина LT крутильной проволоки, которая должна использоваться, составляет несколько миллиметров, предпочтительно менее 6 миллиметров и предпочтительно менее 5 миллиметров в описываемом здесь примерном варианте выполнения, и полезная длина LL крутильной проволоки является еще более короткой, при этом вышеуказанная полезная длина LL может складываться из нескольких основных полезных длин секций крутильной проволоки, как будет описано ниже. Полезная длина каждой секции, работающей на кручение, должна быть значительно уменьшена, приблизительно от 2 до 4 миллиметров, и сечение будет составлять порядка нескольких микрон, как правило, 20 - 40 микрон. Проблема изобретения состоит не только в определении материала, пригодного для изготовления такой крутильной проволоки, но также в разработке формы, которая может быть достигнута посредством использования надежных и воспроизводимых способов промышленного изготовления, что является особенно сложным в области микротехнологии с использованием материалов, специально непредназначенных для часового дела.
Только длительные исследования с учетом ранее сложившихся принципов позволяют определить пороги модуля упругости и предела упругости и рассчитать микрометрические размеры крутильной проволоки, материал которой имеет модуль упругости более 100 ГПа и предел упругости более 2000 МПа.
Несмотря на то, что новые материалы, разработанные по технологиям MEMS и LIGA, и аморфные материалы до настоящего времени были испытаны для усовершенствования компонентов в стандартных конструкциях пружин балансов, они не были испытаны в конструкциях, менее широко используемых в часовом деле, например, как в настоящем случае.
Изобретение относится к регулирующему элементу 1 часов, содержащему по меньшей мере один баланс 2; вышеуказанный баланс 2 колеблется вокруг оси D колебания и подвергается воздействию возвратного крутящего момента, прикладываемого крутильным возвратным средством 4 поочередно в двух направлениях колебания.
Предпочтительно, регулирующий элемент 1 предназначен для часов, в частности наручных часов, в отношении которых действуют специальные требования, касающиеся компактности и устойчивости к ускорениям.
Этот баланс 2 неограничивающим образом может быть выполнен в различных формах: в форме диска, кольца, с инерционными блоками или в форме простой балки.
Изобретение предлагает удалить оси, которые являются причиной по меньшей мере 90% трения в осцилляторе. Момент трения оси пропорционален радиусу оси. Большой радиус вызывает большие потери в вертикальном направлении. Таким образом, в случае использования стандартной оси необходимо уменьшить радиус, чтобы он был меньше очень небольшой величины, близкой к 0,050 мм.
По изобретению этот по меньшей мере один баланс 2 содержит крепежное средство 10, вынуждающее баланс колебаться вместе по меньшей мере с одной крутильной проволокой 5. Эта крутильная проволока 5 образует вышеуказанное крутильное возвратное средство 4 специально для этого по меньшей мере одного баланса 2. Использование такой крутильной проволоки 5 делает излишней ось баланса и, таким образом, устраняет необходимость в осях.
В настоящем изобретении варианты выполнения описываются только в качестве примеров, содержащих одну крутильную проволоку 5. Разумеется, без отклонения от изобретения можно комбинировать несколько крутильных проволок, соединенных друг с другом последовательно и/или параллельно.
Аналогично, варианты выполнения, представленные в качестве примеров, содержат только один баланс. В случае, когда соединяются несколько балансов, они могут быть соединены жестко или с помощью секции такой же крутильной проволоки, и такая промежуточная секция может использоваться или может не использоваться для кручения. Крутильная проволока 5 предпочтительно имеет модуль упругости больше 100 ГПа и предпочтительно больше 120 ГПа и предел упругости больше 2000 МПа. Эти специфические характеристики крутильной проволоки (модуль упругости больше 100 ГПа и предел упругости больше 2000 МПа) получены в результате длительных комплексных исследований, что связано со сложностями в процессе разработки и очень незначительными микрометрическими размерами крутильной проволоки 5, и вышеуказанные специфические характеристики образуют специфическую характеристику проволоки, используемой в конкретном регулирующем элементе. Термин «микрометрические размеры» означает здесь размеры проволоки, для которой наибольший размер сечения полезной части (в качестве части проволоки, которая подвергается кручению, что будет описано ниже) составляет несколько микрон и в любом случае меньше 100 микрон и для которой наименьший размер сечения полезной части составляет несколько микрон или несколько десятых микрон и в любом случае меньше 50 микрон.
Использование такой крутильной проволоки является надлежащей альтернативой обычной оси, и ее размеры могут быть намного уменьшены, в частности наибольший размер сечения полезной части предпочтительно составляет 0,040 мм, т.е. значение радиуса составляет менее 0,020 мм.
Выбор высокого значения модуля упругости обеспечивает надлежащую жесткость крутильной проволоки и определяет качество ее подвесной опоры баланса. Кроме того, геометрия такой крутильной проволоки обеспечивает соосность баланса. Надлежащее натяжение крутильной проволоки обеспечивает равенство натяжения обеих сторон баланса.
Выбор высоких диапазонов модуля упругости и предела упругости неизбежно ограничивает выбор материалов, которые могут использоваться.
Использование металлического стекла является здесь вполне целесообразным; это также создает возможность получения достаточной угловой амплитуды баланса, т.е. приблизительно 100°, которая приблизительно делится следующим образом: 50° для взаимодействия с анкерным колесом и 50° для входа/выхода системы технического обслуживания.
Также имеется возможность использования крутильной проволоки 5 с более низкими характеристиками по сравнению с предпочтительными характеристиками, упомянутыми выше. В любом случае модуль упругости должен быть больше 60 ГПа, и предел упругости больше 1000 МПа.
Соотношение между модулем упругости и верхним пределом упругости преимущественно составляет 40-80 и предпочтительно близко к 60.
Соотношение между длиной LL в свободном состоянии крутильной проволоки 5, т.е. длиной, когда ей ничто не препятствует, и крутильная проволока может свободно скручиваться и колебаться, и наибольшим размером LG сечения ее полезной части преимущественно составляет 80-150 и предпочтительно близко к 115.
Для обеспечения надлежащей эффективности работы крутильной проволоки регулирующий элемент включает в себя средство 400 для натяжения крутильной проволоки 5. В предпочтительных вариантах выполнения, например, описанных ниже, регулирующий элемент 1 также включает в себя средства 20 регулирования натяжения для натяжения крутильной проволоки 5, которые предназначены для воздействия на средства 400 натяжения.
В конкретном неограничивающем варианте, показанном на фиг. 2, первого варианта выполнения изобретения баланс 2 содержит ободок 29, образующий инерционный блок, который колеблется вместе с осью 3 баланса. Эта ось 3 является трубчатой, чтобы через нее могла проходить крутильная проволока 5, и включает в себя первой отверстие 31 и второе отверстие 32, разделенные участком с уменьшенным сечением, например, заплечиком 33, как видно на фиг. 2. В экономичной разновидности варианта выполнения первое отверстие 31 и второе отверстие 32 имеют различные диаметры, и заплечик 33 образован поверхностью, которая соединяет одно отверстие с другим. Средства 10 крепления неограничивающим образом могут состоять из соединительного элемента 6, прикрепленного к крутильной проволоке 5 посредством обжатия, зажимания, ввертывания, приклеивания, высокотемпературной пайки, сварки или другого пригодного способа, обеспечивающего достаточное удерживание для выдерживания максимального рабочего крутящего момента и высоких ускорений, обычно порядка 5000 g, возникающих во время ударного воздействия на часы, содержащих регулирующий элемент 1. Например, соединительный элемент 6 включает в себя канал 61 для крутильной проволоки 5, в котором проволока является неподвижной, и также включает в себя опору 63, предназначенную для взаимодействия с заплечиком 33.
По другой разновидности соединительный элемент 6 предварительно не обжимается на крутильной проволоке 5 и обжимается только после вставления проволоки 5 в отверстие в оси 3 и надлежащего расположения в этой оси.
Для ограничения относительного зазора между балансом 2 и связанной с ним крутильной проволокой 5, в частности, во время бокового изгиба крутильной проволоки 5, баланс 2 преимущественно содержит с обеих сторон крепежного средства 10 вдоль оси D колебания первое 15 и второе 16 средства ограничения радиального зазора между крутильной проволокой 5 и балансом 2.
В непоказанном варианте средства ограничения зазора могут крепиться к механизму 100 часов на платине 7 и мосту 8, между которыми колеблется баланс 2, вместо или в дополнение к первому 15 и второму 16 средствам ограничения радиального зазора между крутильной проволокой и балансом 2.
В том же самом примере первого варианта выполнения из фиг. 2 первое 15 и второе 16 средства ограничения зазора образованы камнями, содержащими канал, соответствующий диаметру наибольшего радиального размера крутильной проволоки 5. Таким образом, в преимущественном случае, когда, по меньшей мере, в полезной части крутильная проволока имеет прямоугольное сечение (или квадратное сечение, которое является частным случаем прямоугольного сечения), каждый из этих камней включает в себя отверстие, диаметр которого очень незначительно превышает размер диагонали сечения крутильной проволоки, имеющей значение, которое предпочтительно содержится в диапазоне диагонали сечения крутильной проволоки и в конкретном варианте выполнения превышает 10 микрон или равно этому значению.
Для достижения высокого модуля упругости (в особенности поперечного) и, таким образом, обеспечения повышенной эффективности регулятора необходимо выбрать материал, который для заданного момента кручения позволяет получить большую упругую деформацию по сравнению с деформацией, которая могла бы быть получена с использованием обычной проволоки, изготовленной из кристаллического материала, и который, соответственно, позволяет увеличить амплитуду баланса 2 и повысить показатель качества регулятора 1.
Таким образом, в первом варианте крутильная проволока 5 выполнена из металлического стекла или из по меньшей мере частично аморфного сплава, образованного только из циркония, титана, меди, никеля и бериллия и содержащего 41-44% масс, циркония, 11-14% масс, титана, 9-13% масс, меди, 10-11% масс, никеля и 22-25% масс, бериллия.
В конкретном применении этого первого варианта крутильная проволока 5 выполнена из материала «LM1b» производства компании «Liquidmetal», который имеет модуль Юнга 98 ГПа и предел упругости 1700 МПа. Это металлическое стекло имеет преимущество комбинирования высоких значений модуля упругости и предела упругости.
В другом конкретном применении этого первого варианта крутильная проволока 5 выполнена из металлического стекла «LM10» производства компании «Liquidmetal» ©.
Во втором варианте крутильная проволока 5 выполнена из металлического стекла из по меньшей мере частично аморфного сплава, содержащего 75,44% масс, никеля, 13% масс, хрома, 4,2% масс, железа, 4,5% масс, кремния, 0,06% масс, углерода и 2,8% масс, бора.
В конкретном применении этого второго варианта крутильная проволока 5 выполнена из металлического стекла «MBF20» производства компании «Metglas». Модуль Юнга «MBF20» близок к 140 ГПа и его предел упругости равен приблизительно 2500 МПа.
2
В этих первом и втором вариантах крутильная проволока 5 с полной полезной длиной LL 4,2 мм и сечением полезной части 37×20 микрон дает хорошие результаты по изохронности для осциллятора 5 Гц с балансом, имеющим инерцию 12 мг⋅см.
В еще одном варианте крутильная проволока 5 выполнена из кремния и/или оксида кремния.
В еще одном варианте крутильная проволока выполнена из монокристаллического алмаза или поликристаллического алмаза.
Варианты выполнения крутильной проволоки, выполненной из материала, который может подвергаться микрообработке, также позволяют изготавливать, как видно из фиг. 3, цельную кремниевую или схожую рамку с регулированием натяжения на крепежном средстве крутильной проволоки 5. Вся конструкция 40 может быть выполнена предпочтительно как одно целое из кремния и т.п. Эта конструкция 40 включает в себя жесткую рамку 41, в которой растягивается крутильная проволока 5, и баланс 2, выполненный в форме балки. На фиг. 4 показан вариант, содержащий средства 20 регулирования натяжения крутильной проволоки 5, выполненные, например, в форме кулачка 43 или клина, вставленного в паз 42 и т.п.
Механизм 100 часов может содержать несколько средств 20 регулирования натяжения, в частности два, расположенных, по существу, симметрично относительно оси D колебания, для перемещения моста 8 параллельно платине 7; в ином случае может использоваться вертикальная направляющая для обеспечения параллельности с помощью винта 22 регулирования натяжения.
В конкретном варианте выполнения изобретения, по меньшей мере, в полезной части крутильная проволока 5 имеет прямоугольное или квадратное сечение. Квадратное сечение в частности обеспечивает одинаковое действие регулирующего элемента в каждом положении часов, в которые он установлен. Например, полезная активная часть крутильной проволоки 5 имеет квадратное сечение со сторонами 30 микрон при изготовлении из металлического стекла или 27 микрон при изготовлении из кремния.
Разумеется, если выбор формы сечения диктуется ограничениями в отношении изготовления (профилирование вышеуказанных материалов для получения таких небольших размеров весьма затруднительно) и достижением высоких уровней функционирования, могут быть внедрены другие профили: треугольный, шестиугольный, многоугольный, круглый, эллиптический и т.д. Однако сложность изготовления крутильной проволоки микрометрических размеров, как определено выше, ведет к тому, что бесперебойное серийное изготовление проволоки само по себе является проблемой, и выбор сложных для изготовления профилей сечения только усложняет решение проблемы серийного производства.
Предпочтительно, материал крутильной проволоки 5 выбирается таким образом, что крутильная проволока 5 имеет модуль упругости (в частности, поперечный) в направлении, перпендикулярном оси D колебания, больше 100 ГПа и предпочтительно больше 120 ГПа. Это состояние достигается с помощью варианта выполнения с изготовлением из по меньшей мере частично аморфного сплава или из металлического стекла «Liquidmetal» ©, именуемого LM1b», или из металлического стекла «Metglas», именуемого «MBF20».
Регулирующий элемент 1 предпочтительно включает в себя для вставления крутильной проволоки 5 и для образования средства 400 натяжения крутильной проволоки 5 средства 30 крепления регулирующего элемента 1. Эти крепежные средства 30 включают в себя: первое крепежное средство 301 на первом конце крутильной проволоки 5 и/или второе крепежное средство 302 на втором конце крутильной проволоки 5 с противоположной стороны от первого крепежного средства. Эти первое крепежное средство 301 и второе крепежное средство 302 совместно образуют ось D колебания регулирующего элемента 1.
Изобретение также относится к механизму 100 часов, содержащему по меньшей мере один такой регулирующий элемент 1, колеблющийся между платиной 7 и мостом 8.
Предпочтительно, часовой механизм 100 содержит для вставления крутильной проволоки 5 и для образования средства 400 натяжения крутильной проволоки 5 средства 30 крепления регулирующего элемента 1. Первые крепежные средства 301 крепятся к мосту 8, и вторые крепежные средства 302 крепятся к платине 7.
В неограничивающем примере первого варианта выполнения на фиг. 2 средство 301 для крепления крутильной проволоки 5 к мосту 8 включает в себя первый зажим 11, в частности щелевой зажим, содержащий прорезь 114 для прохождения крутильной проволоки 5. Этот первый зажим 11 включает в себя опорную поверхность 111, обращенную к балансу 2 и предназначенную для опирания на сопряженную опорную поверхность 91, содержащуюся в мосту 8, или, как показано на фиг. 2, в ориентируемой опоре 9, помещенной на мосту 8.
Эта ориентируемая опора 9 предпочтительно, но не в обязательном порядке расположена на мосту 8 с достаточным трением для удерживания в требуемом положении. Она может быть ориентирована наподобие держателя, который обеспечивает тонкую регулировку выравнивания меток на импульсной колонке, вилке и линии спускового механизма часов. Эта ориентируемая опора также может удерживаться в угловом отрегулированном положении удерживающими средствами, которые не показаны на чертеже. На фиг. 2 показана ориентируемая опора 9, снабженная заплечиком 93, взаимодействующим посредством опирания с верхней поверхностью 89 моста 8. Разумеется, в разновидности варианта выполнения опора 9 может перемещаться в продольном направлении вдоль оси D для образования в то же время устройства 20 регулирования натяжения в варианте выполнения, например, с шестерней с втулкой. Первый зажим 11 также включает в себя охватываемый конус 113, который взаимодействует с охватывающим конусом 123, который открыт в направлении баланса 2 и содержится в первой втулке 12. Эта первая втулка 12 включает в себя наружную резьбу 122, которая взаимодействует с внутренней резьбой 92 ориентируемой опоры 9. При ввертывании первой втулки 12 первый зажим 11 зажимает крутильную проволоку 5 и делает неподвижным конец проволоки, в то время как опорная поверхность 111 первого зажима 11 опирается на сопряженную опорную поверхность 91.
Аналогичным, по существу, симметричным образом вторые средства 302 крепления крутильной проволоки 5 к платине 7 содержат второй зажим 15, в частности щелевой зажим, содержащий паз 134 для прохождения крутильной проволоки 5. Второй зажим 13 включает в себя опорную поверхность 131, обращенную к балансу 2 и предназначенную для опирания на сопряженную опорную поверхность 71, содержащуюся на этой стороне непосредственно в платине 7. Второй зажим 13 также включает в себя охватываемый конус 133, который взаимодействует с охватывающим конусом 143, открытым к балансу 2 и содержащимся во второй втулке 14. Эта вторая втулка 14 включает в себя наружную резьбу 142, которая взаимодействует с внутренней резьбой 72 платины 7. При ввертывании второй втулки 14 второй зажим 13 зажимает крутильную проволоку 5 и делает неподвижным конец проволоки, в то время как опорная поверхность 131 первого зажима 13 опирается на сопряженную опорную поверхность 71.
В другом варианте на одном конце проволоки 5 материал расплавляется вокруг проволоки 5, для образования выпуклости, которая останавливается, когда противоположный конец проволоки вытягивается в коническом углублении или сферическом углублении и т.п., блокирующем выпуклость.
В еще одном варианте крепление крутильной проволоки 5 обеспечивается посредством обжатия.
Эти варианты крепления крутильной проволоки являются неограничивающими.
Таким образом, крутильная проволока 5, снабженная крепежным средством 10, прикрепленным в требуемом положении, вставляется в ось 3 баланса 2, который снабжен ободком 29, роликами и импульсными колонками. Проволока 5 втягивается и останавливается между опорной поверхностью 63 и заплечиком 33. Второй конец крутильной проволоки 5 на стороне платины 7 вставляется во второй зажим 13 и предварительно зажимается в требуемом положении с помощью второй втулки 14.
Первый конец проволоки 5 на стороне моста 8 вставляется в первый зажим 11 и предварительно заживается в требуемом положении с помощью второй втулки 12. Воздействие на первую втулку 12 и вторую втулку 14 обеспечивает регулирование зазора на стороне платины 7 баланса 2 относительно платины 7 и компонентов и, тем самым, обеспечивает предварительное растяжение проволоки 5.
В конкретном варианте, как показано на фиг. 2, регулирующий элемент 1 также включает в себя противоударные средства 34, ограничивающие радиальное перемещение оси 3. Эти противоударные средства 34 образуют защитную систему типа «Incabloc» и могут быть предусмотрены в некотором количестве, располагаясь на различных уровнях оси 3 в направлении D, при этом они могут быть образованы в форме камня или средства магнитного и/или электростатического отталкивания противолежащей поверхности 35, содержащейся в оси 3. Такие средства 34 преимущественно могут быть расположены на первом 15 и втором 16 средствах ограничения зазора крутильной проволоки 5.
Натяжение крутильной проволоки 5 и регулирование зазора баланса 2 относительно моста 8 и содержащихся на нем компонентов преимущественно достигается с помощью дополнительного устройства: механизм 100 часов включает в себя средства 20 регулирования натяжения крутильной проволоки 5 посредством регулирования расстояния между мостом 8 и другим компонентом, или платиной 7 или изогнутой полосой (в частности по меньшей мере одним из крепежных средств 301 или 302) для выполнения этого регулирования или схожего.
В непоказанном варианте регулирование натяжения выполняется с помощью по меньшей мере одной проволоки.
Как показано на фиг. 2, в неограничивающем варианте выполнения в качестве примера эти средства 20 регулирования натяжения включают в себя резьбовую втулку 23, которая взаимодействует посредством сопряжения с внутренней резьбой 74 платины 7. По меньшей мере один винт 22, взаимодействующий с гайкой 25, объединенной с платиной 7, предназначен для смещения моста 8 к платине 7, опирающегося на втулку 23 в положении регулирования. Этот винт 22 взаимодействует с помощью имеющейся на нем наружной резьбы 221 с внутренней резьбой 251 гайки 25, которая расположена в полости 77 платины 7 или которая является его составной частью. Этот винт 22 концентричен с резьбовой втулкой 23, наружная резьба 24 которой взаимодействует посредством сопряжения с внутренней резьбой 74 платины 7. Втулка 23 имеет тенденцию к смещению от платины 7 под действием упругого возвратного средства 21, такого как коническая пружина, тарельчатая пружина, шайба Schnorr и т.п., опирающегося как на опорную поверхность 76 платины 7, так и на опорную поверхность 232 втулки 23, которая имеет пояс 233, предназначенный для прикладывания осевого усилия к опорной поверхности 1 моста 8. После регулирования высоты втулки 23 без моста 8, который удален оператором, выполняющим регулирование крутильной проволоки 5, оператор устанавливает мост в требуемое положение и вставляет винт 22. Когда винт 22 ввернут в гайку 5, нижняя поверхность 225 головки винта 22 опирается на верхнюю поверхность 82 моста 8, и нижняя опорная поверхность 81 моста 8 взаимодействует посредством опирания с верхней опорной поверхностью 231 втулки 23. Положение моста 8 определяет натяжение проволоки 5. Предел регулирования обеспечивается верхней поверхностью 78 платины 7 и нижней поверхностью моста 8.
Предпочтительно, натяжение в крутильной проволоке превышает 0,1 Н; фактически, натяжение должно обеспечиваться смещением менее 5 микрон в вертикальном направлении.
Предпочтительно, регулировки выполняются таким образом, чтобы максимальный допустимый изгиб в вертикальном положении был меньше или равен 5 микронам.
Крутильные возвратные средства функционируют при кручении, но они также подвергаются изгибу под действием крутящего момента, прикладываемого балансом или перемещением, и передаваемого балансом. Желательно свести к минимуму изгибающие деформации и обеспечить, чтобы крутильные возвратные средства 4, в частности образованные крутильной проволокой 5, не имели пучности вибраций в точке крепления к балансу 2. Таким образом, для исключения неблагоприятных изгибных колебаний крутильная проволока 5 включает в себя в преимущественном варианте выполнения, показанном на фиг. 5, 7, 8, 10 и 11, по меньшей мере одну промежуточную пластину 53. Сечение этой промежуточной пластины 53 больше сечения используемых жил 51, 52 крутильной проволоки 5, функционирующей при кручении, что описано ниже. Эта промежуточная пластина 53 расположена в месте крепления к балансу 2, предпочтительно в среднем участке крутильной проволоки 5, или к каждому балансу 2, если предусмотрено несколько балансов. Этот показатель связан с нормальным режимом колебания (собственная частота порядка 600 Гц должна сравниваться с частотой 5-10 Гц осциллятора). Эта промежуточная пластина 53 также усиливает крепление баланса 2.
На фиг. 5 показана такая крутильная проволока 5 в преимущественном варианте выполнения, где крутильная проволока включает в себя такую промежуточную пластину 53 между двумя жилами 51 и 52. Каждая из этих жил 51 и 52 образует свободный крутильный участок. Предпочтительно, крутильная проволока 5 включает в себя концы этих жил 51 и 52 напротив промежуточной пластины 53, концевые пластины 54 и 56, в частности снабженные отверстиями 55 и 57, для крепления крутильной проволоки 5 и поддержания ее натяжения. Понятно, что полезная часть крутильной проволоки 5 образована жилой 51 и жилой 52. Предусматривается, что промежуточная пластина 53 и концевые пластины 54 и 56 вставляются в удерживающие зажимы или крепятся с помощью какого-либо средства (сварки, склеивания или другого средства) с элементами для крепления к различным компонентам соответствующего регулирующего элемента 1. В этом случае общая полезная длина LL является суммой полезных длин LU1 и LU2 жил 51 и 52.
Основные сложности внедрения изобретения состоят в изготовлении крутильной проволоки 5 микрометрических размеров, что является крайне сложным в случае использования вышеуказанных материалов, в частности металлического стекла, которое дает очень хорошие функциональные результаты, и в сборке проволоки в регулировочном элементе 1 без ее повреждения. На фиг. 6 показано надлежащее решение, которое состоит в использовании заготовки 50, которая является более жесткой по сравнению с готовой крутильной проволокой 5, чтобы оператор или автоматизированный исполнительный механизм мог манипулировать заготовкой и вставлять ее в осциллятор. Эта заготовка включает в себя разрушаемые элементы 58 жесткости, которые могут ограничиваться хрупкими участками 59. Эти разрушаемые элементы 58 жесткости разрушаются после сборки и удаляются из механизма. В конкретном и неограничивающем варианте, показанном на фиг. 6, эти элементы 58 жесткости параллельны жилам 51 и 52 крутильной проволоки 5 с обеих ее сторон.
На фиг. 7 показана ось 3 баланса, установленная на промежуточной пластине 53 крутильной проволоки 5 из фиг. 5. Ось 3 преимущественно может иметь несколько концентричных частей: центральную часть, содержащую по меньшей мере одну полость 36 для размещения промежуточной пластины 53, при этом вышеуказанная центральная часть может содержать полость для оси для осевого позиционирования баланса относительно проволоки, если промежуточная часть 53 также включает в себя полость для такой оси; эта центральная часть может быть образована в виде зажима с помощью по меньшей мере одного упругого паза и может быть окружена втулкой, образующей периферийную часть оси 3 и обеспечивающей неподвижность зажима посредством зажимания и, таким образом, неподвижность промежуточной части 3 крутильной проволоки 5. Полость 36 может иметь форму канавки с параллельными поверхностями или, как показано на фиг. 7 и 7А, включать в себя охватывающий профиль и т.п., и предпочтительно полость 36 включает в себя по меньшей мере один паз или т.п., который не показан на чертежах, обеспечивающий упругость, позволяющую крутильной проволоке 5 удерживаться без повреждения.
Как вариант, промежуточная пластина 53 вставляется в полость квадратного или прямоугольного сечения в оси 3 и удерживается с помощью склеивания и т.п.
На фиг. 8-12 показан второй вариант выполнения, который является простым в отношении изготовления и обеспечивает предварительную модульную сборку. Этот второй вариант выполнения включает в себя отличительные признаки крутильной проволоки, указанные выше. Регулирующий элемент 1 по этому второму варианту выполнения включает в себя по меньшей мере один регулировочный рычаг 75, 85 для регулирования натяжения по меньшей мере одного из концевых крепежных средств 301, 302 крутильной проволоки 5, образующих средство 20 регулирования натяжения.
На фиг. 8 показано первое крепежное средство 301, предназначенное для зажимания концевой пластины 54 крутильной проволоки из фиг. 5 и средства регулирования натяжения. Первое крепежное средство 301 включает в себя зажим 11, зажимаемый втулкой 110. На фиг. 10 показан этот зажим 11, в котором пунктирными линиями показана концевая пластина 54, содержащаяся в крутильной проволоке на фиг. 5 и вставленная в первый паз 115 параллельно оси, и ось 117, проходящая через отверстие 55 в вышеуказанной концевой пластине 54 и установленная посредством опирания на V-образный участок 116 в проеме второго паза 113, параллельного оси D и расположенного под прямым углом к первому пазу 115. Зажим 11 включает в себя осевой канал 114 для прохождения крутильной проволоки 5. Первое крепежное средство 301 также включает в себя втулку 110, концентричную с зажимом 11, которая видна на фиг. 8 и 11 и зажимает зажим 11. Эта втулка 110 содержит угловые установочные выемки 112, которые взаимодействуют с носиками 830 ориентирующих удерживающих полос 83, которые видны на фиг. 8, 9 и 11 и крепятся к мосту 8 винтом 801.
Аналогично, второе крепежное средство 302 включает в себя зажим 13, помещенный во втулку 130, удерживаемую под углом носиками 730 полос 73, прикрепленных к платине 7 винтом 701.
На фиг. 8 показаны средства 30 регулирования натяжения для натяжения крутильной проволоки 5 по второму варианту выполнения. Эти средства 20 включают в себя по меньшей мере один регулировочный рычаг 85 на стороне моста и/или регулировочный рычаг 75 на стороне платины, воздействующий в каждом случае на соответствующий зажим 11, 13 посредством примыкания к нему для модификации положения зажима.
На фиг. 12 показан такой регулировочный рычаг 85, который может придавать микрометрическое перемещение зажиму 11 посредством уменьшения перемещения, передаваемого винтом 45, проходящим через мост 8 по внутренней резьбе 850, содержащейся в регулировочном рычаге 85, вдоль оси D2 на одном конце регулировочного рычага 85. Конец 453 винта 45 опирается на небольшой соединительный стержень 44, прикрепленный к платине 7. Этот регулировочный рычаг 85 включает в себя в непосредственной близости от неподвижных точек крепления с помощью винтов 851, проходящих через отверстия 852 вдоль осей D1 и входящих в зацепление с мостом 8, по меньшей мере один участок 854 уменьшенного сечения, такой как канавка, придающий достаточную упругость вышеуказанному регулировочному рычагу 85. Под действием регулировочного винта во внутренней резьбе 850 плечо 852 или два плеча 853 согласно показанной здесь конфигурации надавливают на зажим 11 и обеспечивают тонкую регулировку натяжения крутильной проволоки 5.
Аналогичный механизм существует на стороне платины 7 с регулировочным рычагом 75, содержащим внутреннюю резьбу 750 вдоль оси D4, взаимодействующую с винтом 702, проходящим через платину 7. Регулировочный рычаг 75 включает в себя в непосредственной близости от неподвижных точек крепления с помощью винтов 751, проходящих через отверстия 752 вдоль осей D3 и входящих в зацепление с платиной 7, по меньшей мере один участок 754 уменьшенного сечения.
Коэффициент редукции рычага 85 на стороне моста равен А2/А1, где А2 - расстояние между осями D1 и D2 и А1 - расстояние между осями D1 и D.
Коэффициент редукции рычага 75 на стороне платины равен А4/А3, где А4 - расстояние между осями D3 и D4 и A3 - расстояние между осями D3 и D.
Осевое усилие, прикладываемое к проволоке 5, составляет приблизительно 0,5 Н на сторону. Предпочтительно, рычаг 7 на стороне платины обеспечивает создание предварительного напряжения, и рычаг 85 на стороне моста обеспечивает выполнение тонкой регулировки (и регулировки частоты).
В конкретном варианте выполнения, как показано на чертежах, коэффициенты редукции на стороне моста и на стороне платины отличаются друг от друга.
В конкретном варианте выполнения вблизи двух концов крутильной проволоки 5 материалы, выбранные для рычага 85 на стороне моста и для рычага 75 на стороне платины, имеют различные коэффициенты теплового расширения.
Кроме того, на фиг. 8 показаны другие средства тепловой компенсации, образованные посредством вставления небольшого соединительного стержня 44 между, с одной стороны, платиной 7 или мостом 8, соответственно, и, с другой стороны, противолежащим рычагом 85, 75, соответственно, при этом расширение вышеуказанного соединительного стержня 44 модифицирует положение соответствующего рычага 85, 75 и, соответственно, корректирует давление на соответствующую втулку 11, 13 и натяжение проволоки 5. В варианте, показанном на чертежах, этот соединительный стержень 44 вставлен в платину 7 в расточенное отверстие 452. Этот соединительный стержень 44 является стержнем, на который опирается конец 453 регулировочного винта 45 рычага 85. Нижняя поверхность 451 головки винта 45 удалена от расточенного отверстия 8А моста 8, образуя зазор J. Выбор материала соединительного стержня 44 позволяет компенсировать тепловой эффект, при этом расширение соединительного стержня 44 модифицирует положение опирания конца 453 и, тем самым, положение регулировочного рычага 85 и опирание на зажим 11.
Изобретение позволяет изготавливать независимый укомплектованный модуль 300, содержащий крутильную проволоку 5, на которой на среднем участке расположен по меньшей мере один баланс 2 и крепежные средства 301 и 302 на двух концах. Первые крепежные средства 301 используются для вставления конца первой используемой жилы 51 крутильной проволоки 5, и вторые крепежные средства 302 используются для вставления конца второй используемой жилы 52 крутильной проволоки 5, при этом первая используемая жила 51 и вторая используемая жила 52 расположены с обеих сторон по меньшей мере одного баланса.
На фиг. 8 также показана одна часть съемного инструмента 401 для установки такого укомплектованного модуля 300. Втулка 110 содержит канавку 111, с которой взаимодействует выступ 87 этого инструмента 401. Аналогично, выступ 77 инструмента 401 может взаимодействовать с канавкой 131 втулки 130, захватывающей зажим 13 второго крепежного средства 302. В конкретной конфигурации, показанной на фиг. 8 и 9, платина 7 и мост 8 выполнены с боковым отверстием для бокового вставления такого укомплектованного модуля, при этом в таком конкретном варианте втулки 110 и 130 расположены поверх полуцилиндра. Носики 87 и 77 действуют в качестве вилки для обеспечения вставления и позиционирования, что является достаточным для регулирования натяжения с помощью регулировочных рычагов 85 и 75 и выполнения угловой индексации с помощью полос 83 и 73.
На фиг. 9 показан другой съемный инструмент 402, образованный двумя винтами, для временного удерживания в теоретическом угловом положении для начальной сборки. Каждый винт позволяет носикам 830, 730 перемещаться от соответствующей полосы 83, 73 во время вставления модуля, и разборка каждого винта освобождает соответствующие носики и обеспечивает угловую индексацию.
На фиг. 9 также показан, в частности, вариант с угловой индексацией метки. Плечо 83 удерживается винтом 801 в отверстии 831, и винт 80 ограничивает угловое движение полосы 83 под углом α. Это обеспечивает тонкую регулировку выравнивания меток импульсной колонки, вилки и линии спускового механизма.
В преимущественном варианте выполнения, показанном на фиг. 8, удерживающий элемент 1 содержит по меньшей мере один компонент, в данном случае небольшой соединительный стержень 44, вставленный в полость 452 платины 7 и удлиняющийся в то же время, что и крутильное возвратное средство 4, в частности крутильная проволока 5.
Изобретение также относится к часам 200, которые включают в себя по меньшей мере один такой часовой механизм 100. Предпочтительно, часы 200 являются наручными часами. В частности, эти наручные часы 200 снабжены регулирующим механизмом 1, который колеблется с частотой, превышающей или равной 5 Гц, и обеспечивает наилучшее использование преимуществ регулирующего элемента 1 с крутильной проволокой 5 по изобретению.
Вкратце, использование соответствующей крутильной проволоки обеспечивает преимущество выполнения двойной функции:
- создание возвратного крутящего момента баланса, заменяющего обычную пружину баланса;
- подвешивание баланса,
устраняя при этом потребность в осях.
Теоретически, крутильный маятник имеет совершенную изохронность, и решение, внедряемое посредством изобретения, обеспечивает бесперебойность работы часов в каждом положении.