БАЛАНС С РЕГУЛИРОВКОЙ ИНЕРЦИИ БЕЗ ВСТАВОК
BALANCE WITH INERTIA ADJUSTMENT WITHOUT INSERTS

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к балансу часов с регулировкой инерции для регулировки инерции и/или его устойчивости, и/или его частоты колебаний, включающему в себя ступицу, выполненную с возможностью взаимодействия с валом, вращающимся вокруг оси баланса, перпендикулярной плоскости баланса, и непрерывный или выполненный с разрывами периферийный обод, соединенный с упомянутой ступицей, по меньшей мере, одной соединительной поверхностью.
Изобретение также относится к пружинному балансу, в котором используется баланс такого типа.
Изобретение также относится к часам, в которые встроен такого типа пружинный баланс или баланс.
Изобретение относится к области регулировки элементов для часов и, более конкретно, баланса или пружинного баланса.
Уровень техники
Точность калибра зависит от качества его регулирующего элемента, и очень высокие частоты колебаний, например, 10 Гц, по сравнению с обычными частотами от 2,5 до 4 Гц, получают только, если соответствующие регулирующие элементы будут предусмотрены, в частности, для баланса.
2
2
Действительно, энергия, которая должна быть подана для поддержания колебаний, в форме упругого крутящего момента пружины баланса, пропорциональна произведению, с одной стороны, инерции баланса вокруг оси поворота, и, с другой стороны, квадрата частоты. Таким образом, например, для той же самой энергии, изменение частоты от 4 Гц до 10 Гц приводит к делению инерции приблизительно на 6. Для частоты 4 Гц баланс инерции 12 мг·см считается хорошим, поскольку баланс такого типа обычно имеет диаметр от 9 до 10 мм. Таким образом, баланс для его использования при 10 Гц должен иметь малое значение инерции, в частности, меньше чем 2 мг·см.
Для оптимальной работы баланс для использования при 10 Гц также должен иметь минимальную массу, в частности, меньше чем 30 мг, для уменьшения трения в подшипниках, для исключения нарушений, связанных с изохронностью в различных положениях использования.
Хотя он имеет низкую массу и инерцию, баланс высокочастотного колебательного устройства также должен обеспечить возможность регулировки несбалансированности и идеальную устойчивость, как статическую, так и динамическую, и его конструкция должна обеспечить выполнение установок и/или операции по регулировке. Поэтому нет возможности использовать обычную технологию или решения с более легкими балансами, такими как балансы, в которых обод имеет спицы, как раскрыто в патенте Франции №1275357 на имя Straumann, или в патенте Франции №1301938 на имя LIP. Действительно, даже уменьшенная масса этих балансов не обеспечивает достаточно низкую инерцию. Аналогично, масса и инерция титанового баланса в соответствии патентом ЕР №1562087, на имя MONTRES BREGUET SA, и выполненного с титановым ободом и плечами, и с уменьшенным сечением, все еще больше, чем требуется для оптимальной работы.
В патенте Франции №998791 на имя JAEGER и др. раскрыт баланс с регулируемой инерцией, включающий в себя гибкие плечи обода, которые можно прикручивать в конкретном положении. В патенте ЕР №2104008 А1 на имя NIVAROX SA раскрыт кремниевый модуль пружинного баланса, выполненный в виде единой детали. В патенте СН №471410 на имя LANGENDORF WATCH CO также раскрыт баланс с гибким ободом, который можно регулировать, используя винты.
Также желательно обеспечить добротность Q порядка 500, что существенно выше, чем добротность обычных колебательных устройств, где для часов хорошего качества добротность близка к значениям от 220 до 280. Добротность может быть получена только путем комбинирования кремниевой или аналогичной пружины баланса, с балансом, который удовлетворяет упомянутым выше условиям. В дополнение к получению высокой добротности, в комбинации с возможностями установки и регулировки, также требуется исключить индексный узел.
Кроме того, поскольку масса модуля ограничена, наименьшее возможное множество компонентов должно быть предпочтительным.
Однако, материалы, пригодные для микромеханической обработки, такие как кремний и кварц, которые теоретически могут быть выполнены с конечными размерами, с очень точными допусками, с трудом поддаются последующей механической обработке.
Поэтому, необходимо разработать регулирующие элементы, выполненные из таких материалов или включающие в себя, по меньшей мере, один компонент, изготовленный из материала этого типа, чтобы обеспечить возможность регулировок частоты и/или инерции, но путем исключения механической обработки и отдавая приоритет возможности установок.
Раскрытие изобретения
Изобретательский уровень состоит в создании условий для структуры баланса, включающей в себя ступицу, обод и соединения между этими двумя компонентами, которые выполнены как можно более легкими, с перемещением в максимально возможной степени дальше от ступицы любых масс с плотностью больше, чем у упомянутой структуры, и с внедрением в упомянутую структуру средства регулирования для выполнения установок и регулировок, без использования механической обработки.
Изобретение, таким образом, относится к балансу часов с регулируемой инерцией для регулирования инерции и/или его устойчивости, и/или частоты колебаний, включающий в себя ступицу, выполненную с возможностью взаимодействия с валом, вращающимся вокруг оси баланса, перпендикулярной плоскости баланса, и непрерывному или с разрывами периферийному ободу, соединенному с упомянутой ступицей, по меньшей мере, одной соединительной поверхностью, отличающейся тем, что упомянутый обод выполнен, как одна деталь, с упомянутой соединительной поверхностью, и упомянутой ступицей из материала, пригодного для микромеханической обработки, или из кремния, или кварца, или их смеси, или сплава, полученного по технологии MEMS, или сплава, полученного с помощью способа "LIGA", и что упомянутый обод включает в себя, по меньшей мере, первое упругое плечо, включающее в себя соединительное средство, выполненное с возможностью взаимодействия в различных положениях соединения с взаимодополняющим соединительным средством, предусмотренным в упомянутом ободе, для формирования в положении соединения, замкнутого контура, инерция которого, относительно упомянутой оси баланса, изменяется в соответствии с упомянутым положением соединения.
Изобретение дополнительно относится к пружинному балансу, в который встроен, по меньшей, мере один такой баланс.
Изобретение также относится к часам, в которые встроен, по меньшей мере, один такой пружинный баланс или, по меньшей мере, один такой баланс.
При предпочтительном использовании кремния получают структуру баланса, которая является одновременно очень легкой и очень жесткой, и которая может быть выполнена ячеистой в области соединения между ступицей и ободом. Передающие вставки, которые могут быть предусмотрены с помощью винтов, на периферии, способствует получению инерции требуемой величины, несмотря на очень малую общую массу баланса. Функции регулировки и стабилизации гарантируются и облегчаются.
Баланс такого типа идеально подходят для хорошей работы с частотой 10 Гц и с частотами выше чем 10 Гц.
Краткое описание чертежей
Другие свойства и преимущества изобретения будут понятны при чтении следующего описания, со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
- на фиг.1 схематично показан в сечении, перпендикулярном оси баланса и параллельном плоскости баланса, первый вариант баланса в соответствии с изобретением;
- на фиг.2 схематично показан в сечении, перпендикулярном оси баланса и параллельном плоскости баланса, второй вариант изобретения;
- на фиг.3 схематично представлен в сечении, перпендикулярном оси баланса и параллельном плоскости баланса, третий вариант изобретения;
- на фиг.4 схематично представлен и в сечении, перпендикулярном оси баланса и параллельном плоскости баланса, четвертый вариант изобретения.
Осуществление изобретения
Изобретение относится к области регулирующих элементов для часов и, более конкретно, к балансу или пружинному балансу.
Изобретение, более конкретно, направлено на производство балансов для высоких частот колебаний, 10 Гц или выше.
Альтернативные варианты осуществления, которые никоим образом не являются ограничительными, показаны на чертежах.
Изобретение относится к реализации баланса 1 часов с регулировкой инерции для регулирования инерции и/или его устойчивости, и/или его частоты колебаний.
Такой баланс 1 включает в себя ступицу 2, выполненную с возможностью взаимодействия с осью, вращающейся вокруг оси 3 баланса, перпендикулярной плоскости 4 баланса, и периферийным, непрерывным или с разрывами ободом 5. Такой обод 5 фактически может быть выполнен с разрывами, с целью сделать баланс легким. Непрерывный обод 5, как показано на фиг.3, обеспечивает преимущество хорошей жесткости и хорошей аэродинамики, и ограничивает любые локальные изгибы, предотвращая деформацию баланса 1.
Такой обод 5 соединен со ступицей 2, по меньшей мере, одной соединительной поверхностью 6, которая может быть выполнена, как непрерывная поверхность, такая как диск с отверстиями или без отверстий, или в виде нескольких спиц 20. При выполнении соединительной поверхности 6 с отверстиями, а именно с участками выреза, которые могут представлять собой сквозные или несквозные вырезы между поперечными элементами, обеспечивающими хорошую триангуляцию, дополнительно уменьшается масса баланса.
Предпочтительно в соответствии с изобретением, во всех вариантах осуществления, описанных ниже, для получения баланса с высокими рабочими характеристиками на частоте колебаний 10 Гц или выше, обод 5 изготовлен в виде одной детали с соединительной поверхностью 6 и ступицей 2 из материала, пригодного для микромеханической обработки, или кремния, или кварца, или их смеси, или из сплава, полученного на основе технологии MEMS, или сплава, полученного на основе процесса "LIGA".
Выбор кремния позволяет получать особо хорошие результаты и представляет собой предпочтительные решения.
В соответствии с изобретением, обод 5 включает в себя, по меньшей мере, первое упругое плечо 40. Такое упругое плечо 40 включает в себя соединительное средство 41, которое выполнено с возможностью взаимодействия в различных положениях соединения с взаимодополняющим соединительным средством 42, предусмотренным в ободе 5, для формирования, в положении соединения, замкнутого контура, инерция которого относительно оси 3 баланса, изменяется в соответствии с упомянутыми положениями соединения.
Соединительное средство 41 и взаимодополняющее соединительное средство 42 могут быть изготовлены с использованием любого типа взаимодополняющих профилей, включающих в себя периодический шаг, для обеспечения возможности соединения их друг с другом во множестве разных положений.
Понятно, что деформация структуры обода 5 приводит к изменению инерции баланса 1.
Существенное преимущество изобретения состоит в том, что такое изменение инерции является воспроизводимым, и может быть очень легко сохранено в памяти, учитывая, что средство 41 соединения и взаимодополняющее средство 42 занимают дискретные положения, которые могут быть очень легко сохранены в памяти для восстановления определенной установки.
Предпочтительно, периферия обода 5 включает в себя, как можно видеть на фиг.1 и 2, несколько из таких эластичных плеч 40. Компоновка внешнего контура плеч, по существу, тангенциальная ободу 5, обеспечивает существенную длину, которая может быть придана ободу, в результате чего происходит существенная девиация с минимальным углом деформации.
В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг.1-3, первое упругое плечо 40 включает в себя упругое соединение с ободом 5. по меньшей мере, на первом конце 44. Такое упругое соединение может быть обеспечено, благодаря наличию прорези 60 в ободе, как показано на фиг.1 и 3, или более просто, как показано на фиг.2, в результате уменьшения сечения обода 5, используя упругие свойства материала обода 5, в частности, кремния. Первое упругое плечо 40 предпочтительно включает в себя соединительное средство 41 на втором его конце 45, противоположном первому концу 44.
Такой вариант осуществления первого упругого плеча 40 не является исключительным, как можно видеть на фиг.4, где упругое плечо 40 может перемешаться в результате деформации между двумя прорезями 60 и 60А, выполненным в ободе 5. В таком четвертом варианте упругое плечо 40 содержит первый участок 61 выступа, который удерживает соединительное средство 41, которое взаимодействует в различных положениях соединения с взаимодополняющим средством 42 обода 5. Оно также удерживает второй участок 61А выступа, который удерживает соединительное средство 41А, которое взаимодействует, в разных положениях соединения, с взаимодополняющим соединительным средством 42А обода 5.
В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг.1-3, такое взаимодополняющее соединительное средство 42, расположенное на втором упругом рычаге 43, содержится в ободе 5. В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг.1-3, второе упругое плечо 43 включает в себя упругое соединение с ободом 5, по меньшей мере, на первом конце 46. Такое упругое соединение может быть получено в результате присутствия паза 62 в ободе, показанном на фиг.1 и 3, или более просто, как показано на фиг.2, в результате уменьшенного сечения упругого сечения обода 5, используя упругие свойства материала обода 5, в частности, кремния. Второе упругое плечо 43 предпочтительно включает в себя взаимодополняющее соединительное устройство 42 на втором его конце 47, противоположном первому концу 46.
В конкретном варианте осуществления, показанном на фиг.3, такое второе упругое плечо 43 также включает в себя, на третьем конце 48, на расстоянии от первого конца 46 и второго конца 47, по меньшей мере, одно упругое соединение с ободом 5.
Предпочтительно, в этом третьем варианте, показанном на фиг.3, второе упругое плечо 43 дополнительно включает в себя, на четвертом конце 49, на расстоянии от первого конца 46 и второго конца 47, по меньшей мере, одно упругое соединение с ободом 5. Второе упругое плечо 3 дополнительно включает в себя, на пятом конце 50, на расстоянии от первого конца 46 и второго конца 47, по меньшей мере, одно упругое соединение с ободом 5. Второе упругое плечо 43 дополнительно включает в себя, на шестом конце 51, другое взаимодополняющее соединительное средство 52, выполненное с возможностью взаимодействия с соединительным средством 41А, предусмотренным в другом первом упругом плече 40А, отличающемся от плеча, с которым взаимодействует взаимодополняющее средство 42.
Вкратце, в этом третьем варианте, показанном на фиг.3, формируется подвешенная масса 63, которая выполнена подвижной внутри обода 5 в этом конкретном и неограничительном случае, между четырьмя упругими кромками. Соединительное средство 41 и взаимодополняющее средство 42, заключены внутри обода 5. Такая подвешенная масса 63 содержит взаимодополняющее соединительное средство 42 и взаимодополняющее соединительное средство 52, которые, соответственно, взаимодействуют с соединительным средством 41 упругого плеча 40 и с соединительным средством 41А другого первого упругого плеча 40А. Данный вариант осуществления обеспечивает простую регулировку, аналогичную нажимной кнопке, встроенной в обод 5. Такое решение также является, в частности, жестким.
Четвертый вариант, показанный на фиг.4, описанной выше, представляет закрытую версию, в которой соединительное средство 41 и взаимодополняющее устройство 42 полностью интегрированы в обод 5, но не являются мобильными.
В одном варианте осуществления, как можно видеть на фиг.1, 3 и 4, соединительное средство 41, и взаимодополняющее соединительное средство 42 выполнены подвижными относительно друг друга в радиальном направлении относительно оси 3 баланса. Радиальная подвижность соединительных средств относительно друг друга приводит к радиальному сдвигу в центре инерции участка обода 5, в который встроено упомянутое средство.
В другом варианте осуществления, показанном на фиг.2, соединительное средство 41 и взаимодополняющее средство 42 выполнены подвижными относительно друг друга в тангенциальном направлении относительно обода 5. Два разных соединительных положения показаны на фиг.2, одно - сплошными линиями, другое - пунктирными линиями. Здесь явно показаны разница в форме, и, таким образом, инерции в контуре, сформированном в результате соединения первого упругого плеча 40 со вторым упругим плечом 43. Тангенциальная подвижность этих двух упругих плеч относительно друг друга приводит к радиальному сдвигу центра инерции упомянутых двух плеч. Принятие симметричного исполнения плеч относительно оси 3 баланса, и выполнение этих же регулировок инерции симметрично относительно упомянутой оси, позволяет изменять инерцию баланса 1 без изменения ее основной оси инерции, которая должна слиться с осью 3 баланса. Конечно, различные дифференциальные регулировки остаются возможными, но они являются предпочтительными только, если дополнительные массы будут добавлены к балансу 1.
Предпочтительно, как можно видеть на фиг.1-4, соединительное средство 41 и взаимодополняющее средство 42 сформированы противоположными зубчатыми секторами.
В предпочтительном варианте осуществления каждый из этих зубчатых секторов включает в себя наклонные зубья, которые остаются в зацеплении друг с другом в отсутствие любого расцепляющего действия.
Естественно, соединительное средство 41 и взаимодополняющее средство 42 могут быть изготовлены с использованием любого типа взаимодополняющих профилей и включают периодический шаг для обеспечения возможности их соединения друг с другом в множестве разных положений. Например, эти профили также могут быть сформированы из прямых вырезов или тому подобное.
Как показано в этих разных вариантах, изобретение обеспечивает возможность использования баланса 1, выполненного из одной детали, без вставок, что уменьшает количество компонентов. Достаточная инерция обеспечивается с помощью соответствующих размеров обода 5. В случае требования еще более высокой инерции также возможно, без выхода за пределы объема изобретения, постоянно и без возможности съема закреплять дополнительные элементы массы с известной и фиксированной в определенном положении инерцией, изготовленные из тяжелых металлов или золота, или тому подобное, зафиксированных по внешнему контуру обода 5. Например, такие дополнительные элементы массы могут быть закреплены форме заклепок или тому подобное, на подвешенной массе 63 по фиг.3, или в областях обода 5, имеющих большое поперечное сечение, например, в месте соединения с соединительной поверхностью 6 или с плечами 20.
Сложно выглядящая структура различных вариантов балансов, представленных выше, возможна только, если упомянутые балансы изготовлены из материалов, пригодных для микромеханической обработки или, предпочтительно, кремния, поскольку воплощенные способы позволяют очень легко получить такие контуры с очень высокой точностью размеров, и позволяют реализовать упругие полоски, и, таким образом, использовать упругие свойства материала, а именно кремния.
Таким образом, изобретение обеспечивает возможность формирования баланса 1, который может колебаться с высокой частотой, а именно, выше чем или равной 10 Гц, и обеспечивает возможность тонких установок или операций регулировки, которые, кроме того, являются реверсивными и воспроизводимыми.
Изобретение дополнительно относится к пружинному балансу, который содержит, по меньшей мере, один такой баланс 1, в соответствии с любым из вариантов осуществления и любым из вариантов, описанных выше.
Изобретение также относится к часам, в которых встроен, по меньшей мере, один такой пружинный баланс, или, по меньшей мере, один такой баланс 1.
Использование кремния обеспечивает возможность применения значительно больших размеров диаметра, чем могло бы быть достигнуто с балансом обычной конструкции с аналогичной инерцией. Высокий уровень упругости кремния является особенно предпочтительным для изготовления упругих плеч в соответствии с изобретением.
Выбор кремния, в частности, позволяет выполнить в ободе упругое средство удержания, а именно, в форме упругих выступов. Аналогично, средство упора в форме стопора может быть скомбинировано с такими полосками или пружинами, выполненными в кремниевом ободе.
Такой выбор кремния или сплава, полученного по технологии MEMS, или сплава, полученного в процессе "LIGA", обеспечивает очень точную структуру обода 5, благодаря отличной разрешающей способности во время формования, и, таким образом, предотвращает любой люфт, который мог бы привести к возникновению вибраций и мог бы отрицательно повлиять на правильную работу колебательного устройства.
Кроме того, выбор кремния обеспечивает возможность вставки гравировки и декораций на балансе, а также выполнения поверхностного структурирования.
Возможности установки и регулировки такого нового баланса в соответствии с изобретением, означают, что можно исключить любую индексацию.
Конструкция баланса из одной детали, в соответствии с изобретением, обеспечивает очень точную регулировку частоты колебаний пружинного баланса, в который он встроен. Установка и регулировка баланса являются очень точными и обеспечивают возможность использования баланса в высокочастотном колебательном устройстве, работающем с частотой 10 Гц или выше.
Цель, для достижения которой было разработано изобретение, таким образом, идеально достигается.