СПОСОБ СОЗДАНИЯ ГИБКОГО МУЛЬТИСТАБИЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА
METHOD OF MAKING FLEXIBLE MULTISTABLE-ELEMENT

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к двум способам создания гибкой бистабильной планки.
Изобретение относится к области часовых механизмов, в частности, анкерных механизмов.
Уровень техники
Повышение точности и эффективности представляет собой предмет постоянного внимания разработчиков механических часов, которые ищут способ получить наибольший возможный запас хода в сочетании с бесперебойностью, точностью и надежностью в наиболее сложных условиях использования. Регулирующий узел и анкерный механизм находятся в центре этой задачи.
В частности, в механических часах анкерные механизмы должны удовлетворять нескольким критериям надежности. Одно из защитных устройств, ограничительный механизм, разработан для того, чтобы предотвращать угловое перемещение балансира, выходящее за пределы нормального угла вращения.
В европейском патенте №1801668 В1 от имени Montres Breguet SA предложен механизм, конструкция которого отличается тем, что включает в себя шестерню, установленную на оси балансира. Эта шестерня сцепляется с зубчатым колесом, по меньшей мере, одна спица которого упирается в неподвижный стопор, если балансир выходит за пределы нормального угла вращения. Тем не менее, этот механизм негативно влияет на инерцию балансира и может нарушить его колебания. Кроме того, в шестерне, образующей механизм, имеет место трение, что также мешает регулировочному механизму.
В европейской заявке на патент №1 666990 А2 от имени Montres Breguet SA описан другой ограничительный механизм на основе расширения балансирной пружины: блокирующий рычаг, прикрепленный к внешнему витку балансирной пружины, вставлен между пальцем, выполненным как единое целое с балансиром, и двумя колонками, выполненными как единое целое с планкой балансира. Блокирование происходит только в случае избыточного расширения балансирной пружины, выходящего за пределы его нормального рабочего угла. Этот механизм ограничивает угол вращения только в одном направлении вращения.
В европейской заявке на патент №2450756 А1 от имени Nivarox описано ограничительное устройство для анкерного механизма, в котором у вращающегося колесного блока имеется палец, который двигается в криволинейной канавке кулачка, выполненной как единое целое с балансиром. Этот вращающийся колесный блок может включать в себя рычаг с бистабильным плечом, в частности упругим бистабильным плечом.
В европейской заявке на патент №2037335 А2 от имени Enzler-Von-Gunten описан анкерный рычаг, у которого имеется два плеча с палетными камнями, и анкерная вилка, при этом узел образован в виде одной детали с двумя гибкими крепежными плечами, которые задают фактическую ось поворота анкерного рычага и позволяют анкерному рычагу поворачиваться при их изгибе, при этом срединные оси этих двух планок пересекаются на фактической оси.
В публикации международной заявки №2007/000271 от имени ЕТА описана усиленная микромеханическая деталь с кремниевой сердцевиной, покрытой толстым аморфным материалом, а именно, диоксидом кремния, слоем толщиной более 50 нм.
В европейской заявке на патент №2407831 А1 от имени Rolex описана кремниевая или кварцевая балансирная пружина с вырезами, чередующимися с мостами, по всей длине, по меньшей мере, одного витка. В частности, кремниевая сердцевина покрыта слоем аморфного диоксида кремния.
В европейской заявке на патент №562207А1 от имени St Microelectronics SA описан способ создания гибкого мультистабильного элемента, в данном случае мембраны, включающий в себя этапы нанесения слоев нитрида кремния, обладающих напряжениями внутреннего сжатия, дающими мембране два устойчивых состояния после охлаждения.
Короче говоря, известные защитные механизмы обладают, по меньшей мере, одним из следующих периодически повторяющихся недостатков: нарушение колебаний путем изменения инерции регулирующего элемента, неблагоприятно влияющее на эффективность из-за трения или ограничения угла вращения только в одном направлении вращения.
Раскрытие изобретения
Цель настоящего изобретения заключается в том, чтобы повысить эффективность часов и преодолеть вышеупомянутые недостатки при очень малом нарушении колебаний балансира, ничтожных или нулевых потерях эффективности и путем ограничения углового перемещения балансира в обоих направлениях вращения.
Изобретение также касается способа создания гибкого мультистабильного элемента, в котором:
- кремниевый компонент изготавливают методом травления с поперечиной, соединяющей два конца жесткого тела, поперечное сечение которого более чем в десять раз превосходит сечение упомянутой поперечины,
- SiO2 формируют при 1100°C в течение такого времени, чтобы на упомянутой поперечине получить первое соотношение, превосходящее 1, между поперечным сечением первого периферийного слоя SiO2 и сечением первой кремниевой сердцевины, а на упомянутом теле получить второе соотношение между поперечным сечением второго периферийного слоя SiO2 и сечением второй кремниевой сердцевины, которое меньше, чем одна сотая от упомянутого первого соотношения;
- выполняют охлаждение до температуры окружающей среды, чтобы деформировать упомянутую поперечину путем прогиба, когда упомянутое тело остывает и сжимается сильнее, чем упомянутая поперечина.
В частности, первый способ создания гибкой мультистабильной планки состоит в выполнении следующей последовательности действий:
- методом травления изготавливают кремниевый компонент S, в котором гибкая поперечина Р с малым поперечным сечением образует соединение между двумя концами, по меньшей мере, одного тела, имеющего большое поперечное сечение, по меньшей мере, в десять раз превосходящее упомянутое малое поперечное сечение, при этом упомянутое, по меньшей мере, одно тело образует жесткий каркас;
- упомянутый компонент подвергают в печи известному способу формирования диоксида кремния SiO2 при температуре 1100°C в течение нескольких часов;
- продолжительность устанавливают в несколько часов так, чтобы на упомянутой поперечине получить первую кремниевую сердцевину, покрытую первым периферийным слоем, а на упомянутом теле - вторую кремниевую сердцевину, покрытую вторым периферийным слоем, и так чтобы первое соотношение между, с одной стороны, сечением упомянутого первого периферийного слоя упомянутой поперечины, сформированного из диоксида кремния SiO2, и, с другой стороны, сечением упомянутой первой сердцевины упомянутой поперечины, сформированной из кремния, составляло более 1,
- и так, чтобы второе соотношение между, с одной стороны, сечением упомянутого второго периферийного слоя упомянутого тела, выполненного из диоксида кремния SiO2, и, с другой стороны, сечением упомянутой второй сердцевины упомянутого тела, выполненной из кремния, было меньше одной сотой от упомянутого первого соотношения;
- выполняют охлаждение до температуры окружающей среды, равной примерно 20°C, чтобы деформировать поперечину Р путем прогиба во время охлаждения упомянутого, по меньшей мере, одного тела, которое сжимается при охлаждении сильнее, чем упомянутая поперечина.
Изобретение также касается другого способа создания гибкой мультистабильной планки, который состоит в выполнении следующей последовательности этапов:
- методом травления изготавливают кремниевый компонент, в котором гибкая поперечина с малым поперечным сечением образует соединение между, по меньшей мере, двумя телами, каждое из которых имеет большое поперечное сечение, по меньшей мере, в десять раз больше, чем упомянутое малое поперечное сечение, при этом упомянутые два тела вместе друг с другом или с другими структурными элементами образуют жесткий каркас;
- упомянутый компонент подвергают в печи известному способу формирования диоксида кремния SiO2 при температуре 1100°C в течение нескольких часов;
- продолжительность устанавливают в несколько часов так, чтобы на упомянутой поперечине получить первую кремниевую сердцевину, покрытую первым периферийным слоем, а на каждом упомянутом теле - вторую кремниевую сердцевину, покрытую вторым периферийным слоем, и так чтобы первое соотношение между, с одной стороны, сечением упомянутого первого периферийного слоя упомянутой поперечины, сформированного из диоксида кремния SiO2, и, с другой стороны, сечением упомянутой первой сердцевины упомянутой поперечины, сформированной из кремния, составляло более 1,
- и так, чтобы второе соотношение между, с одной стороны, сечением каждого из упомянутых вторых периферийных слоев упомянутых тел, выполненных из диоксида кремния SiO2, и, с другой стороны, сечением упомянутой второй сердцевины упомянутых вторых тел, выполненной из кремния, было меньше одной сотой от упомянутого первого соотношения;
- выполняют охлаждение до температуры окружающей среды, равной примерно 20°C, чтобы деформировать упомянутую поперечину путем прогиба во время охлаждения упомянутых двух тел, которые сжимаются при охлаждении сильнее, чем упомянутая поперечина.
Краткое описание чертежей
Другие признаки и преимущества изобретения станут очевидными по прочтении последующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показан схематический вид спереди часового ограничителя или передаточного механизма в соответствии с изобретением, выполненного в виде ограничительного механизма, в соответствии с изобретением, прикрепленного к конструкции механизма и взаимодействующего попеременно одним из нескольких плеч, содержащихся в нем, на этом изображении двумя, со штифтом балансира;
на фиг. 2 показан вид, аналогичный фиг. 1, того же механизма, дополненного амортизирующим механизмом;
на фиг. 3 показан схематический вид трех состояний встроенной поперечины: в состоянии покоя 3А, в первом варианте прогиба 3В и во втором варианте прогиба 3С;
на фиг. 4 показан схематический вид спереди встроенной, предварительно нагруженной поперечины, прогнутой во втором варианте, показанном на фиг. 3А, под действием гибкой оси;
на фиг. 5 показан схематический вид спереди варианта осуществления изобретения в соответствии с принципом, показанным на фиг. 4, где поперечина прогнута и предварительно нагружена посредством смещенных от центра винтов, и в варианте осуществления в виде одной детали;
на фиг. 6 показан вариант фиг. 5, где предварительной нагрузки достигают с помощью карманов из оксида кремния в кремниевом каркасе. На фиг. 6А и 6В показан увеличенный вид области с большой разницей в поперечном сечении до и после окисления кремния, при этом после формирования диоксида кремния она сильно меняется, а прямая поперечина меньшего поперечного сечения подвергается воздействию прогибающей нагрузки;
на фиг. 7 показан другой принцип предварительного нагружения, использующий разницу сопротивления к прогибу между сетью параллельных, оксидированных кремниевых поперечин и одной предварительно нагруженной прогнутой поперечины. На фиг. 7А, 7В, 7С показаны последовательные этапы способа оксидирования и прогибания поперечины;
на фиг. 8 показан вариант, в котором ограничительные стопорные плечи включают в себя гибкие амортизирующие области;
на фиг. 9 показан частичный схематический вид часов в виде наручных часов, включающих в себя механизм с ограничительным устройством в соответствии с изобретением;
на фиг. 10 показана конфигурация, в которой фактическая бистабильная ось поворота ограничительного механизма может прямолинейно смещаться;
на фиг. 11 показан увеличенный вид ограничительного механизма, включающего в себя, по меньшей мере, два уровня для удерживания плеч ограничительной системы в плоскости штифта балансира: первый, верхний уровень, где плечи взаимодействуют с упомянутым штифтом, и второй, нижний уровень, где предохранительный штифт взаимодействует с выемкой на балансире;
на фиг. 12 показана конструкция, которую можно деформировать посредством оксидирования кремния, в варианте конструкции, показанной на фиг. 7А;
на фиг. 13 показано поперечное сечение монокристаллической кварцевой структуры для создания ограничительного механизма в соответствии со способом, аналогичным способу в соответствии с изобретением;
на фиг. 14 показан механизм в соответствии с изобретением, обладающий функцией отталкивания между штифтом балансира и плечами ограничительного механизма, выполняемой с помощью магнитов, расположенных вертикально, и с сечением вдоль пунктирной линии;
на фиг. 15 показан аналогичный вариант осуществления, сориентированный в плоскости магнитного поля;
на фиг. 16 показан схематический вид, аналогичный фиг. 10, более общего случая, где механизм может быть любого типа и является бистабильным;
на фиг. 17А и 17В показано предварительное нагружение, получаемое при формировании оксидной пленки (до и после) на спирали;
на фиг. 18А и 18В (и их увеличение на фиг. 19А и 19В) показано предварительное нагружение, получаемое путем увеличения углов при вершинах зигзагообразного профиля во время формирования оксида кремния (до и после);
на фиг. 20А и 20В показано изменение угла, получаемое при изменении (до и после) радиуса кривизны оксидированных стенок в области с очень маленьким радиусом кривизны;
на фиг. 21 приведен схематический вид гибкой бистабильной планки, взаимодействующей с обоими концами одного тела;
на фиг. 22 показан вид в плане другого приложения, в котором часовой ограничитель или передаточный механизм представляет собой анкерный рычажный механизм между балансиром и анкерным колесом;
на фиг. 23 и 24 аналогично фиг. 7 показано три последовательных изображения до обработки, во время нагрева для формирования диоксида кремния и после охлаждения до температуры окружающей среды, 23А, 23В, 23С и 24А, 24В, 24С, способов изготовления гибкого мультистабильного элемента с перемычкой малого поперечного сечения между двумя концами одного и того же тела большого поперечного сечения или двух отдельных тел также большого поперечного сечения соответственно.
Осуществление изобретения
Изобретение относится к способу, с помощью которого создают гибкую мультистабильную планку, в частности, бистабильную планку, для часового механизма.
В первом варианте, показанном на фиг. 21 и 23А, 23В, 23С, гибкая бистабильная планка 5 взаимодействует с обоими концами E1, Е2, по меньшей мере, одного тела, в частности, единственного тела MU. Способ включает в себя следующую последовательность действий:
- методом травления изготавливают кремниевый компонент S, в котором гибкая поперечина Р с малым сечением образует соединение между двумя концами E1, Е2, по меньшей мере, одного тела MU, имеющего большое поперечное сечение (по меньшей мере, в десять раз больше, чем упомянутое малое поперечное сечение), при этом упомянутое, по меньшей мере, одно тело MU образует жесткий каркас С;
- этот компонент S подвергают в печи известному способу формирования диоксида кремния SiO2 при температуре 1100°C в течение нескольких часов;
- продолжительность в несколько часов устанавливают так, чтобы на упомянутой поперечине Р получить первую кремниевую сердцевину А1, покрытую первым периферийным слоем СР1, а на упомянутом теле MU - вторую кремниевую сердцевину А2, покрытую вторым периферийным слоем СР2, и так чтобы первое соотношение RA между, с одной стороны, сечением упомянутого первого периферийного слоя СР1 упомянутой поперечины Р, сформированного из диоксида кремния SiO2, и, с другой стороны, сечением упомянутой первой сердцевины А1 упомянутой поперечины Р, сформированной из кремния, составляло более 1,
- и так, чтобы второе соотношение RB между, с одной стороны, сечением упомянутого второго периферийного слоя СР2 упомянутого тела MU, выполненного из диоксида кремния SiO2, и, с другой стороны, поперечным сечением упомянутой второй сердцевины А2 упомянутого тела MU, выполненной из кремния, было меньше одной сотой от упомянутого первого соотношения RA;
- выполняют охлаждение до температуры окружающей среды, равной примерно 20°C, чтобы деформировать поперечину Р путем прогиба во время охлаждения упомянутого, по меньшей мере, одного тела MU, которое сжимается при охлаждении сильнее, чем упомянутая поперечина Р.
На фиг. 7А, 7В, 7С и 24А, 24В, 24С показан второй вариант реализации способа создания гибкой бистабильной планки, охватывающей, по меньшей мере, два тела. Этот способ включает в себя следующую последовательность действий:
- методом травления изготавливают кремниевый компонент S, в котором гибкая поперечина Р с малым поперечным сечением образует соединение между, по меньшей мере, двумя телами M1, М2, каждое из которых имеет большое поперечное сечение, по меньшей мере, в десять раз больше, чем малое поперечное сечение, при этом упомянутые два тела M1, М2 вместе друг с другом или с другими структурными элементами образуют жесткий каркас С;
- этот компонент S подвергают в печи известному способу формирования диоксида кремния SiO2 при температуре 1100°C в течение нескольких часов;
- продолжительность в несколько часов устанавливают так, чтобы на упомянутой поперечине Р получить первую кремниевую сердцевину А1, покрытую первым периферийным слоем СР1, а на каждом упомянутом теле M1, М2 - вторую кремниевую сердцевину А2, покрытую вторым периферийным слоем СР2, и так чтобы первое соотношение RA между, с одной стороны, сечением упомянутого первого периферийного слоя СР1 упомянутой поперечины Р, сформированного из диоксида кремния SiO2, и, с другой стороны, сечением упомянутой первой сердцевины А1 упомянутой поперечины Р, сформированной из кремния, составляло более 1,
- и так, чтобы второе соотношение RB между, с одной стороны, сечением каждого из упомянутых вторых периферийных слоев СР2 упомянутых тел M1, М2, выполненных из диоксида кремния SiO2, и, с другой стороны, сечением каждой из упомянутых вторых сердцевин А2 упомянутых вторых тел M1, М2, выполненных из кремния, было меньше одной сотой от упомянутого первого соотношения RA;
- выполняют охлаждение до температуры окружающей среды, равной примерно 20°C, чтобы вызвать прогиб поперечины Р во время охлаждения двух тел M1 иМ2, которые сжимаются при охлаждении сильнее, чем поперечина Р.
x,y
x,y
В близком варианте изобретения конструкция ограничительного механизма 1 выполнена из монокристаллического кварца. Как показано на фиг. 13, верхняя и нижняя поверхности центральной монокристаллической кварцевой сердцевины покрыты отложением, выполненным при температуре выше температуры окружающей среды, при этом коэффициент а меньше, чем коэффициент α кварца. Этот коэффициент α кварца равен 7,5 частей на млн./°C.
В предпочтительном приложении этот способ изготовления гибкого мультистабильного элемента применяют к часовому ограничителю или передаточному механизму 1000, предназначенному для ограничения или передачи углового перемещения колесного блока 2000 часового механизма 10, причем упомянутый колесный блок 2000 включает в себя, по меньшей мере, один выступающий штифт или зуб 4000, в частности, радиально выступающий зуб 5001 или выступающий вдоль оси штифт 4. В соответствии с изобретением, этот часовой ограничитель или передаточный механизм 1000 включает в себя средство 6000 ограничения или передачи, которое с помощью, по меньшей мере, одного гибкого мультистабильного элемента 5, в частности бистабильного, прикреплен к другому компоненту механизма 10 или к жесткому структурному элементу 7 механизма 10.
В отдельном приложении этот часовой ограничитель или передаточный механизм 1000 является ограничительным механизмом 1, который предназначен для того, чтобы предотвратить разгон часового балансира 2. Балансир включает в себя опору 3 и штифт 4 или аналогичный элемент, выступающий от упомянутой опоры 3.
В соответствии с изобретением ограничительный механизм 1 включает в себя, по меньшей мере, один гибкий, выполненный из одной детали бистабильный элемент, который здесь и далее будет обозначаться как "гибкий бистабильный элемент 5", на котором имеется, по меньшей мере, один ограничительный стопорный элемент 6, и который с помощью гибких и упругих соединительных элементов прикреплен к жесткому структурному элементу 7, такому как нижняя пластина, планка или аналогичный элемент часового механизма 10, в котором встроен регулирующий элемент, включающий в себя балансир 2.
В отдельном варианте это конструкция 7 содержит систему самовыравнивания с опорой балансира 2.
Этот гибкий бистабильный элемент 5 несет, по меньшей мере, один ограничительный стопорный элемент 6, один конец 63 или 64 которого в соответствии с угловым положением балансира 2 может затрагивать траекторию штифта 4 и выполнять функцию стопорного элемента, если балансир 2 выходит за пределы своего нормального углового перемещения.
На фиг. 1 изложена блок-схема, в частности, предпочтительное, но не ограничивающее приложение, где гибкий бистабильный элемент 5 и, по меньшей мере, один ограничительный стопорный элемент 6 образуют вместе монолитный компонент. В этом неограничивающем примере ограничительный стопорный элемент 6 включает в себя два плеча 61, 62, соответствующие концы 63, 64 которых в соответствии с положением балансира 2 могут затрагивать траекторию штифта 4 и выполнять функцию стопорного элемента, если балансир 2 выходит за пределы своего нормального углового перемещения. Этот вариант осуществления с двумя плечами, как изображено, ограничивает угловое вращение балансира 2 в обоих направлениях вращения упомянутого балансира. На фиг. 1 пунктирной линией показано положение столкновения с балансиром 2, ограничивающее его угловое перемещение.
Гибкий бистабильный элемент 5 показан здесь с этими гибкими и упругими соединительными элементами, которые образованы, по меньшей мере, двумя тонкими планками 51, 52, каждая из которых первым концом прикреплена к конструкции 7, а вторым концом соединена с корпусом гибкого элемента. В отдельном случае на фиг. 1 две тонкие планки 51, 52 своими вторыми концами соединены с корпусом гибкого элемента, имеющего V-образную форму, так, чтобы задать фактическую ось 50, вокруг которой может поворачиваться ограничительный стопорный элемент 6. Таким образом, в случае фиг. 1 и 2, гибкий бистабильный элемент 5 в соответствии с изобретением представляет собой гибкую бистабильную ось поворота. Этот вариант осуществления не является исключительным, на фиг. 10 показана диаграмма случая, когда ограничительный стопорный элемент 6 может прямолинейно смещаться. На фиг. 16 показан более общий случай, где механизм может быть любого типа, а также бистабильным.
Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, два гибких плеча 51, 91, 52, 92 были установлены предварительно нагруженными и выгнутыми относительно конструкции 7 или относительно каркаса 56, содержащегося в гибком бистабильном элементе 5.
Каждая из планок 51, 52 может занимать несколько состояний в соответствии с нагрузками, которым они подвергнуты. Каждая из этих планок рассчитана так, чтобы действовать путем прогиба, и может принимать несколько геометрических форм в соответствии с вариантом прогиба, как видно на фиг. 3: в состоянии покоя 3А, в первом варианте прогиба вогнутую или выпуклую форму 3В, во втором варианте прогиба 3С S-или Z-образную форму. Гибкий элемент 5 с двумя устойчивыми состояниями может включать в себя гибкие элементы, формы которых отличны от гибких планок 51, 52, показанных здесь, не отклоняясь от изобретения.
В отдельном варианте осуществления гибкий бистабильный элемент 5 также может быть выполнен в виде единой детали со структурным элементом 7.
В отдельном варианте осуществления, показанном на фиг. 8, гибкие элементы 65, 66 могут содержаться в плечах 61, 62 стопорного элемента 6 ограничительного механизма 1, чтобы предотвратить избыточные сотрясения.
Этот гибкий бистабильный элемент 5 может быть выполнен по технологии изготовления кремниевых приборов, LIGA, MEMS или подобной. Он обладает очень малой инерцией по сравнению с балансиром 2, и его срабатывание только слегка нарушает колебания балансира 2.
На фиг. 2 показан амортизирующий механизм, предназначенный для защиты гибких планок 51 и 52 гибкого бистабильного элемента 5. Этот механизм полезен или даже необходим в случаях, когда ограничительные стопорные элементы 6 должны ограничивать амплитуду балансира 2. Цель заключается в том, чтобы поглощать сотрясения стопорными элементами 81, 82 амортизатора, которые взаимодействуют, примыкая к плечам 61, 62, и не передают эти сотрясения на гибкие плечи 51, 52, чтобы предотвратить поломку упомянутых плеч. На фиг. 5 показан стопорный элемент 83 амортизатора, коаксиального гибкой оси поворота. В этом примере осуществления стопорные элементы 81 и 82 амортизатора включают в себя по существу цилиндрические выступы, которые взаимодействуют с пазами в плечах 61 и 62, имеющими по существу дополняющую форму.
Гибкая бистабильная ось 5 поворота может быть выполнена в соответствии с несколькими принципами. На фиг. 3 представлен принцип бистабильного состояния, рассматриваемый в этом конкретном случае. Применяют естественные варианты прогиба поперечины 9, подвергнутой напряжению, более конкретно, второй вариант, показанный на фиг. 3С.
Как показано на фиг. 4, в предпочтительном варианте осуществления, чтобы поперечина 9 прогнулась во втором варианте, ось 90 создает у поперечины 9 узел в середине (центр вращения добавленной оси). Тогда, центр 50 вращения бистабильной оси 5 является центром вращения добавленной оси 90.
На фиг. 5 полностью показан ограничительный механизм 1, выполненный в соответствии с этим принципом. Гибкая бистабильная ось 5 включает в себя, по меньшей мере, одну предварительно нагруженную поперечину 9, выгнутую во втором варианте, причем поперечина 9 принимает Z-образную форму, и, благодаря оси 90, у упомянутой поперечины 9 имеется узел в средней области, предпочтительно, в ее середине. В случае фиг. 5 предпочтительно, чтобы гибкая бистабильная ось 5 была выполнена путем прогиба двух предварительно нагруженных поперечин 91 и 92 (которые вместе образуют поперечину 9) посредством нагружения их с использованием двух смещенных от центра винтов 94 и 95. Третья поперечина 93, прикрепленная к конструкции 7 или к каркасу 56 гибкого бистабильного элемента 5, заставляет поперечину 9, образованную поперечинами 91 и 92, деформироваться во втором варианте, и выполняет роль оси 90 на фиг. 4. Стопорный элемент 83 амортизатора расположен в центре 50 вращения гибкой бистабильной оси 5.
На фиг. 11 показан ограничительный стопорный элемент 6 амортизатора, включающий в себя, по меньшей мере, два уровня для удерживания плеч 61, 62 ограничительной системы в плоскости штифта 4 балансира: первый, верхний уровень, где плечи 61 и 62 взаимодействуют со штифтом 4, и второй, нижний уровень, где предохранительный штифт 67 взаимодействует с выемкой 21 на балансире 2.
Чтобы устранить какие-либо контакты или снизить давление какого-либо контакта, ограничительный механизм 1 в соответствии с изобретением также преимущественно может включать в себя средство для создания силы отталкивания или крутящего момента между балансиром 2 и плечами 61, 62 ограничительного механизма 1.
На фиг. 14 показан случай, в котором силу отталкивания оказывают посредством магнитов, расположенных вертикально на штифте 4 и концах 63, 64 плеч 61, 62. На фиг. 15 показан аналогичный вариант осуществления, сориентированный в плоскости магнитного поля; показаны северные и южный полюса этих магнитов.
В тех же местах вместо магнитов или в дополнение к ним могут быть применены электреты (электростатические заряды), чтобы оказывать воздействия этими силами отталкивания.
Цель этого заключается в том, чтобы повысить эффективность ограничительного механизма 1, и чтобы нарушать функционирование балансира 2 настолько слабо, настолько это возможно. Ограничительный механизм 1 действует следующим образом:
- при отклонении, во время первой фазы, балансир 2 передает энергию на гибкий бистабильный элемент 5;
- после прохождения точки равновесия во время второй фазы механизм возвращает часть энергии балансиру 2, делая небольшой удар.
Механизм действует аналогично кулачкам швейцарского хода; имеет место освобождение, а затем удар.
В отдельном варианте осуществления балансир 2 и/или, по меньшей мере, рычаги 61, 62 ограничительного стопорного элемента 6, или весь ограничительный механизм 1, если он выполнен в виде одной детали, в предпочтительном варианте осуществления выполнен по технологии производства кремниевого изделия из кремниевой пластины, с этапом формирования оксида кремния или без него, и при этом поверхностный слой в соответствии с этим случаем содержит либо магниты или магнитные частицы с одной стороны, либо электреты, с другой стороны. Этот конкретный слой можно получить гальваническим способом или посредством катодного распыления, либо другим подходящим микротехническим способом формирования.
2
В предпочтительном случае, когда гибкий бистабильный элемент 5 изготавливают по технологии производства кремниевых изделий, создание нагрузок на планках, образующих поперечины 91 и 92, выполняют путем оксидирования кремния. Действительно, оксид кремния занимает больший объем, когда его формируют из кремния, как видно на фиг. 6, где в кремниевом каркасе 56 выполнены карманы 54, 55 с SiO. Пример на фиг. 5 или 6 показывает, что это каркас 56 также может образовывать конструкцию 7 или может быть очень просто соединен с ней с использованием любой обычной технологии механического соединения.
На фиг. 6А и 6В до и после оксидирования кремния показана увеличенная область с большими изменениями поперечного сечения, которая сильно изменяется после образования диоксида кремния, подвергая нагрузке прямую поперечину Р, имеющую меньшее поперечное сечения, чем головка Т, продолжение которой образует поперечина.
Другое средство достижения в этих планках нагрузки для прогиба заключается в оксидировании кремниевой конструкции определенной формы, как показано на фиг. 7. Оксидирование кремния создает поверхностные напряжения, которые приводят к увеличению длины оксидированной поперечины. На фиг. 7 показан другой принцип создания предварительных нагрузок, использующий разницу сопротивления к прогибу между сетью параллельных, оксидированных кремниевых поперечин и одной предварительно нагруженной прогнутой поперечины, а также показан простой механизм, в котором в левой части в параллельной конструкции 94 имеется набор параллельных поперечин 95, которые после оксидирования (показано пунктиром) заставляют прогибаться и сгибаться гибкий элемент, на котором надо создать предварительные нагрузки, в правой части 96, в этом случае поперечину 9, 91, 92 или аналогичный элемент, который необходимо деформировать, при этом сопротивление к прогибу параллельной конструкции 94 намного больше, чем у гибкого элемента 96, на котором надо создать предварительные нагрузки. На фиг. 7А, 7В, 7С показаны последовательные этапы способа оксидирования и выгибания поперечины Р, расположенной между двумя отверстиями F1, F2 в каркасе С. На фиг. 7А показана основная конструкция, полученная путем травления кремния, в момент, когда ее помещают в печь. На фиг. 7В показано образование оксида кремния SiO2 внутри отверстий Fl, F2 и, таким образом, на сторонах поперечины Р, при удерживании конструкции при температуре 1100°C в течение нескольких часов; известно, что формирование диоксида кремния SiO2 происходит путем частичного потребления кремния у внешней части компонента, и, следовательно, в тонкой поперечине Р с течением времени во время этой обработки при температуре 1100°C доля диоксида кремния SiO2 увеличивается при уменьшении доли кремния. На фиг. 7С показано сокращение конструкции после охлаждения до температуры окружающей среды, равной около 20°C. Боковые элементы M1, М2 каркаса С, параллельные поперечине Р, которые по существу выполнены из кремния и небольшого количества диоксида кремния, сокращаются сильнее, чем поперечина Р, которая по существу образована из диоксида кремния, обладающего меньшим коэффициентом расширения, чем кремний. Следовательно, поперечина Р подвергается выгибающей нагрузке и переходит в бистабильное состояние.
Другой вариант показан на фиг. 12.
На фиг. 17А и 17В также показано предварительное нагружение, получаемое при формировании оксидной пленки на спирали.
На фиг. 18А и 18В (и их увеличение на фиг. 19А и 19В) показано предварительное нагружение, получаемое путем увеличения углов при вершинах зигзагообразного профиля в соответствии с тем же самым принципом: формирование оксида кремния приводит к тому, что эти углы раскрываются, и смещение усиливается Z-образной или зигзагообразной геометрией конструкции. На фиг. 20А и 20В показано изменение угла, получаемое при изменении радиуса кривизны оксидированных стенок в области с очень маленьким радиусом кривизны.
Ограничительный механизм 1, показанный здесь, ограничивает направление вращения балансира в обоих направлениях вращения. Он только слегка нарушает колебания балансира 2.
Изобретение может быть использовано в часовых механизмах, в которых отсутствует ограничительный механизм.
В другом отдельном приложении этот часовой ограничитель или передаточный механизм 1000 представляет собой анкерный рычажный механизм 3000 для анкерного механизма, в частности, но не ограничивая, швейцарского ход, с тем же самым принципом взаимодействия балансира 2 и анкерного колеса 5000. Этот анкерный рычаг 3000 включает в себя, по меньшей мере, один гибкий, мультистабильный, в частности, бистабильный элемент 5. Рычаг может быть выполнен в виде варианта осуществления гибкого рычага, имеющего постоянное усилие, в соответствии с европейской заявкой на патент №12183559.9 того же заявителя. Взаимодействие этого анкерного рычага 3000 с балансом 2 осуществляется посредством кулачков 3001, аналогичных концам 63, 64 плеч 61 и 62 ограничительного стопорного элемента 6, описанного выше. Эти кулачки 3001, расположенные на первом участке 3100 анкерного рычага 3000, соединены, по меньшей мере, одной гибкой, мультистабильной, в частности бистабильной, планкой 5, либо с неподвижной конструкцией 7, либо, предпочтительно, со вторым участком 3200 анкерного рычага, включающего в себя палетные камни 3002, взаимодействующие с зубами 5001 анкерного колеса 5000. Аналогично, эти палетные камни 3002 преимущественно образованы аналогично плечам 61 и 62 и соединены, по меньшей мере, одной гибкой, мультистабильной, в частности бистабильной планкой 5, либо с неподвижной конструкцией 7, либо, предпочтительно, с первым участком 3100 анкерного рычага, включающего в себя кулачки 3001.
В отдельном предпочтительном способе, чтобы увеличить точность и эффективность, взаимодействия между кулачками 3001 и балансом 2, с одной стороны, и/или палетными камнями 3002 и анкерным колесом 5000, с другой стороны, достигают без контакта или со слабым контактом и для этого затронутые поверхности кулачков 3001 и/или палетных камней 3002 намагничивают или наэлектризовывают так, чтобы они отталкивались от расположенных напротив поверхностей балансира и/или соответственно анкерного колеса, которые выполнены из подходящего материала и/или преимущественно комплиментарно намагничены или соответствующим образом наэлектризованы. В заявке на патент №РСТ/ЕР2011/057578 от имени Swatch Group Research and Development Ltd описан этот тип бесконтактной передачи или передачи со слабым контактом, сочетание которого с механизмом, имеющим гибкую, мультистабильную планку, в частности, анкерный рычаг, обеспечивает требуемые преимущества.
Изобретение также касается часового механизма 10, включающего в себя, по меньшей мере, один регулирующий элемент с балансиром 2, и который включает в себя, по меньшей мере, один часовой ограничитель или передаточный механизм 1000 в соответствии с изобретением. В соответствии с вариантом осуществления, механизм 10 включает в себя конструкцию 7, к которой прикреплен гибкий, бистабильный элемент 5 упомянутого часового ограничителя или передаточного механизма 1000, либо фактически упомянутый гибкий бистабильный элемент 5 образует эту конструкцию.
Изобретение также касается часов 100, в частности, наручных часов, включающих в себя, по меньшей мере, один механизм 10 этого типа, или, по меньшей мере, один часовой ограничитель или передаточный механизм 1000 этого типа.
Предполагается, что эквивалентные механизмы, основанные на обычных штифтах и пружинах, соответствующих гибким бистабильным поворотным осям, образуют часть настоящего изобретения.
Технологии, используемые для изготовления устройства, не ограничены технологиями изготовления кремниевых устройств, но также включают в себя способы "LIGA", MEMS и другие способы изготовления микроизделий.