ГИБКИЙ АНКЕРНЫЙ МЕХАНИЗМ С БАЛАНСОМ БЕЗ РОЛИКА
FLEXIBLE ANCHOR MECHANISM WITH BALANCE WITHOUT ROLLER

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к часовому анкерному механизму, включающему в себя неподвижную конструкцию, баланс без ролика и анкерное колесо, и гибкий, цельный механизм, выполненный с возможностью передачи импульсов между указанным балансом и указанным анкерным колесом, указанный цельный механизм включает в себя по меньшей мере одну гибкую пластину, которая соединяет указанный гибкий, цельный механизм, с одной стороны, с указанной неподвижной конструкцией или с указанным колесом, с другой стороны.
Изобретение также относится к часовому механизму, включающему в себя неподвижную конструкцию и по меньшей мере один механизм подобного типа.
Изобретение также относится к часовому устройству, включающему в себя неподвижную конструкцию и по меньшей мере один механизм подобного типа и/или по меньшей мере один часовой механизм подобного типа.
Изобретение относится к области часовых механизмов и, в частности, к анкерным механизмам.
Уровень техники, предшествующий изобретению
Для улучшения управлением производственным процессом, процессом сборки и оптимизации затрат часовому производству требуются высокоточные механизмы, занимающие минимум пространства, с меньшим количеством компонентов. Технологии «LIGA» (метод литографии, гальваностегии и микролитья) или «DRIE» (глубокое реактивное ионное травление) позволяют изготавливать гибкие, прецизионные компоненты и конкурировать с традиционными архитектурами, которые характеризуются большим количеством компонентов и сложной регулировкой.
В WO 2011/120180 А1 раскрывается тормозная вилка паллетного типа, с двумя плечами, на каждом из которых находится паллетный камень, зацепляющимися с одним и тем же зубчатым колесом, два упругих плеча соединяют тормозную вилку с рамкой, которая позволяет ей вращаться, и третьим упругим элементом, образующими, по существу, бистабильную систему.
В ЕР 2037335 А2 раскрывается цельный балансир с двумя плечами, на каждом из которых находится паллетный камень, который включает в себя плечи, выполненные в виде гибких пластин, соединенные с конструкцией и образующие вспомогательную цапфу.
В ЕР 2450755 А1 раскрывается анкерное колесо для часового механизма, включающее в себя множество зубчатых колес, которые расположены соосно и поворотно-синхронно вокруг оси качения и включают в себя по меньшей мере первое зубчатое импульсное колесо в первой импульсной плоскости и по меньшей мере второе зубчатое расцепное колесо во второй остановочной плоскости, проходящей параллельно и соединяющейся с первой импульсной плоскостью. Второе зубчатое расцепное колесо включает в себя по меньшей мере один подвижный узел, который включает в себя, с одной стороны, по меньшей мере один расцепной зубец, который может радиально перемещаться относительно оси качения и возвращаться в положение равновесия при помощи первых возвратных средств, а с другой стороны, по меньшей мере один запорный зубец, возвращаемый в первом радиальном направлении в положение останова при помощи вторых возвратных средств. Расцепной зубец включает в себя приводные средства, выполненные с возможностью, когда расцепной зубец перемещается во втором радиальном направлении, оппозитно первому радиальному направлению, взаимодействия с комплементарными приводными средствами, имеющимися на запорном зубце, для перевода фиксирующего зубца во втором радиальном направлении. Когда расцепной зубец перемещается в первом радиальном направлении, приводные средства могут перемещаться на некотором расстоянии от комплементарных приводных средств, не приводя в действие запорный зубец.
В ЕР 2105806 А1 раскрывается деформируемая рамка, определяющая две ортогональные оси, включающая в себя пластинчатую пружину, закрепленную в районе ее наиболее широкой части и выполненную с возможностью рекуперации энергии при изменении формы бистабильной пластины.
В ЕР 2 221677 А1 раскрывается ход со спусковой пружиной, с вилкой, поворачивающейся относительно пружины, которая выталкивает стопорный элемент указанной вилки в направлении анкерного колеса; на вилке находится расцепной элемент, который взаимодействует с расцепным пальцем, расположенным на ролике, положение которого может меняться относительно ролика баланса при изменении скорости баланса.
В СН 60813 А раскрывается свободный анкерный ход, анкерное колесо которого включает в себя, по обеим сторонам от его фланца, чередующиеся зубцы, взаимодействующие с паллетными камнями, установленными оппозитно друг другу и напротив друг друга.
В ЕР 1967919 А1 раскрывается анкерный механизм с тангенциальными импульсами, содержащий подвижную, кольцеобразную рамку, содержащую паллетные камни, выполненные с возможностью взаимодействия с зубцами подвижного анкерного механизма, расположенного внутри кольца.
Краткое изложение сущности изобретения
Изобретение предлагает устранить недостатки, присущие известным конструкциям, за счет использования компактных механизмов, которые имеют небольшую толщину и экономичны в производстве.
Таким образом, изобретение относится к часовому анкерному механизму, включающему в себя неподвижную конструкцию, баланс без ролика и анкерное колесо, и гибкий, цельный механизм, выполненный с возможностью передачи импульсов между указанным балансом и указанным анкерным колесом, указанный цельный механизм включает в себя по меньшей мере одну гибкую пластину, которая соединяет указанный гибкий, цельный механизм, с одной стороны, с указанной неподвижной конструкцией или с указанным колесом с другой стороны, характеризующемуся тем, что указанный анкерный механизм также включает в себя пружину баланса, выполненную с возможностью поддержания колебаний и которая оканчивается головкой пружины баланса, выполненной с возможностью перемещения во время использования, указанная головка пружины баланса направляется гибким направляющим элементом с гибкими пластинами, в указанную головку пружины баланса вставляется шпилька, выполненная с возможностью взаимодействия с профилем кулачка указанного анкерного колеса, а также тем, что на указанную головку воздействует усилие, прикладываемое указанной пружиной баланса, указанное усилие, во время колебаний, стремится переместить указанную головку относительно ее запорного положения и передает движение указанной шпильке для поддержания и регулирования колебаний.
Изобретение также относится к часовому механизму, включающему в себя неподвижную конструкцию и по меньшей мере один механизм подобного типа.
Изобретение также относится к часовому устройству, включающему в себя неподвижную конструкцию и по меньшей мере один механизм подобного типа и/или по меньшей мере один часовой механизм подобного типа.
Краткое описание чертежей
Другие признаки и преимущества изобретения станут понятны из последующего подробного описания со ссылкой на прилагаемые чертежи, где:
- на фиг. 1 показан анкерный механизм с пружиной баланса по изобретению, включающий в себя головку пружины баланса, которая подвешена при помощи гибких пластин и которая взаимодействует с профилем кулачка анкерного колеса;
- на фиг. 2 показан фрагмент соответствующего анкерного колеса, которое включает в себя кулачок, определяющий траекторию перемещения головки пружины баланса по фиг. 1;
- на фиг. 3 в виде блок-схемы показано часовое устройство с механизмом, включающим в себя механизм данного типа;
- на фиг. 4 показан один из вариантов анкерного колеса с одним рычагом и узел головки пружины баланса, направляемый гибкими пластинами, включающими в себя несколько выступающих деталей.
Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления
Часовые устройства могут быть изготовлены с уменьшенным количеством деталей, предпочтительно с использованием деталей из кремния или изготовленных по технологии LIGA или DRIE, содержащих гибкие участки.
Подобные гибкие участки могут использоваться в качестве направляющих элементов, в частности направляющих для поворота, и/или для создания упругих возвратных средств.
Термин «гибкие направляющие элементы» в последующем описании означает линейные или поворотные направляющие элементы, содержащие одну или несколько гибких пластин. Такие направляющие элементы обладают многими преимуществами, из числа которых, в частности, можно выделить следующие: точность, отсутствие трения, отсутствие гистерезиса, отсутствие износа, отсутствие необходимости смазки, отсутствие заедания, монолитная конструкция. Наиболее общими недостатками являются: ограниченные перемещения, слабое возвратное усилие или момент, сложное периодическое движение, ограниченная нагрузка.
Гибкие направляющие элементы могут быть видоизменены для достижения нулевой устойчивости (бистабильная система), т.е. обеспечения двух устойчивых положений в том случае, когда деталь работает с прогибом под действием силы, прикладываемой к обеим сторонам относительно среднего положения, с каждой стороны от которого деталь находится в двух разных устойчивых положениях.
Бистабильная система может:
- быть жесткой при отсутствии нагружения пружины;
- быть бистабильной, если нагруженная пружина создает высокое напряжение при продольном изгибе к гибкой системе;
- иметь нулевую жесткость, если нагруженная пружина прикладывает промежуточное напряжение к направляющему элементу, когда относительная жесткость проходит через нулевое значение для приведения величины нагрузки в соответствие со значением предварительной нагрузки нагруженной пружины.
Изобретение наиболее предпочтительно использовать применительно к анкерному механизму 100 часового механизма 900 и часового устройства 1000, включающего в себя по меньшей мере один баланс 300 и по меньшей мере одно анкерное колесо 400.
Изобретение, таким образом, относится к часовому анкерному механизму 100, более конкретно - к анкерному механизму с пружиной 120 баланса, включающему в себя баланс 300 без ролика и анкерное колесо 400, передача импульсов между которыми осуществляется при помощи гибкого, цельного (выполненного как одно целое) механизма 500, соединенного при помощи по меньшей мере одной гибкой пластины 700 с неподвижной конструкцией 800 или с колесом 400.
Согласно изобретению колебания осуществляются при помощи пружины 121 баланса, оканчивающейся подвижной головкой 122, которая направляется гибким направляющим элементом 123 с гибкими пластинами 124; в указанную головку 122 пружины баланса вставлена шпилька 127, которая перемещается по поверхности кулачка 128 колеса 126. Во время колебаний головка 122 пружины баланса перемещается относительно ее блокированного положения под действием усилия, прикладываемого пружиной 121 баланса, а шпилька 127 поддерживает и регулирует колебания.
По одному из конкретных вариантов осуществления гибкий направляющий элемент 123 с гибкими пластинами 124 является поворотным направляющим элементом, имеющим центр 125 вращения.
По одному из конкретных вариантов осуществления центр 125 вращения является соосным балансу 300. Возможны другие варианты осуществления, в частности с частично радиальным перемещением, в частности в виде кривошипно-шатунного механизма.
Более конкретно, передача импульсов между указанным по меньшей мере одним балансом 300 и указанным по меньшей мере одним анкерным колесом 400 обеспечивается посредством гибкого цельного механизма 500. Гибкий цельный механизм 500 включает в себя по меньшей мере один щуповой шпиндель 600, взаимодействующий с указанным по меньшей мере одним анкерным колесом 400 либо с соответствующим по меньшей мере одним балансом 300. Гибкий цельный механизм 500 соединен при помощи по меньшей мере одной гибкой пластины 700 или предпочтительно при помощи множества гибких пластин, образующих упругие возвратные средства, с неподвижной конструкцией 800 указанного часового устройства 1000 либо с указанным по меньшей мере одним анкерным колесом 400.
На фиг. 1 показан анкерный механизм 120 с пружиной баланса.
Принцип поддержания и регулирования колебаний данного анкерного механизма существенно отличается от традиционного подхода. Ролики в балансе больше не используются, а колебания обеспечиваются при помощи головки пружины баланса и пружины баланса.
Спиральная пружина 121 баланса оканчивается головкой 122 пружины баланса, которая подвижна во время функционирования. Данная головка 122 направляется гибким направляющим элементом 123, снабженным гибкими пластинами 124, центр 125 вращения которого совпадает с осью баланса. Шпилька 127 закреплена к распорке 122.
У анкерного колеса 126 нет зубцов, а имеется кулачок 128 с пазом, в котором расположена шпилька 127 головки пружины баланса, как это показано на фиг. 2. Профиль паза кулачка 128 включает в себя последовательность скатов 128А, 128В, которые расположены с наклоном относительно радиусов анкерного колеса и разделены положениями 129 блокирования. Упомянутый профиль имеет вид зубчатого колеса, с центром на оси анкерного колеса, при этом скаты 128А, 128В попеременно увеличиваются и уменьшаются по окружности анкерного колеса 126.
В балансе больше не используется ролик, поэтому баланс значительно проще.
Если рассматривать работу механизма, в данном случае без шпильки головки и без анкерного колеса, то во время колебаний головка 122 под действием усилия, прикладываемого к ней пружиной 121 баланса, перемещается относительно ее положения блокирования. Однако без поддержки колебаний система остановится. Шпилька 127 головки, направляемая по профилю кулачка 128, выполняет функцию поддержания и регулирования колебаний во время движения баланса по часовой стрелке следующим образом:
- когда баланс находится в положении, которое соответствует положениям по фиг. 1 и 2, при котором баланс начинает совершать движение по часовой стрелке, шпилька 127 головки пружины баланса блокирует поворот анкерного колеса 126. Шпилька 127 не может перемещаться в направлении SD, поскольку пружина 121 баланса удерживает ее влево;
- когда баланс и шпилька находятся в положении блокирования, при повороте баланса по часовой стрелке, сразу после того как пружина 121 баланса прошла через положение блокирования, головка 122 приводится в действие балансом. Шпилька 127 расцепляется из ее положения 129 блокирования в анкерном колесе 126, а импульс, направленный против часовой стрелки перезагружает пружину 121 баланса;
- когда баланс находится в конце своего движения по часовой стрелке, сразу после того как шпилька 127 головки достигает следующей точки 129А блокирования на анкерном колесе 126, она не выходит из него, поскольку баланс продолжает удерживать ее в противоположном направлении.
В одной из вариантов энергия передается на головку пружины баланса при каждом втором колебании (т.е. на половине частоты).
В одном из конкретных вариантов механизм колеблется посредством головки 122 пружины баланса с частотой, кратной дольной или целой величине опорной частоты генератора колебаний.
По одному из конкретных вариантов осуществления механизм колеблется посредством головки 122 пружины баланса с частотой, которая в два раза больше опорной частоты генератора колебаний.
В одном из конкретных вариантов гибкий направляющий элемент снабжен пластинами, находящимися в бистабильном положении: при колебаниях они должны переходить из одного бистабильного положения в другое, что обеспечивает быстрое срабатывание, являющееся очень предпочтительным свойством.
Для быстрого выполнения каждой функции, в течение нескольких миллисекунд (в течение менее 15 мс, если частота колебаний составляет менее 4 Гц, в течение менее 3 мс, если частота колебаний составляет более 4 Гц), механизм выполнен таким образом, чтобы каждая функция выполнялась во время небольшого поворота пружинного баланса, в частности менее чем на 10% его амплитуды.
По одному из предпочтительных вариантов осуществления головка изготовлена из магнитного материала, а вдоль профиля кулачка 128 расположены микромагниты, взаимодействующие с каждым из стопорных элементов для лучшей стабильности положения блокирования головки 122.
По другому предпочтительному варианту осуществления вдоль профиля кулачка 128 расположены электреты, взаимодействующие с каждым из стопорных элементов (в данном случае в каждом положении 129 блокирования) для лучшей стабилизации положения головки 122. Для улучшения стабилизации материал головки 122 пружины баланса выбирается с учетом электретов.
Преимущество подобной системы заключается в том, что она позволяет перематывать пружину баланса, поэтому функции выполняются очень быстро.
На фиг. 4 изображен один из вариантов, по которому у анкерного колеса 400 имеется одна вилка, которая включает в себя периферийные зубцы 401, каждый из которых включает в себя запорную поверхность 401С. Узел 122 головки пружины баланса направляется гибким направляющим элементом 123, снабженным гибкими пластинами 124, центр 125 вращения которых совпадает с осью баланса. Данный узел 122 головки включает в себя несколько выступающих деталей 122А, 122 В, каждая из которых включает в себя запорную поверхность 122С, выполненную с возможностью взаимодействия, упираясь встык в стопорном положении в запорную поверхность 401С одного из зубцов 401 анкерного колеса 400. На фиг. 4 показано поворотное направление, при котором центр вращения гибкого направляющего элемента расположен соосно оси баланса. Изобретение также относится к направляющим элементам любого типа, в частности к линейным, а не только поворотным направляющим элементам.
Изобретение также относится к часовому механизму 900, включающему в себя по меньшей мере один гибкий механизм 500 подобного типа и, в частности, включающему у себя неподвижную конструкцию 800 и по меньшей мере один механизм 100 подобного типа.
Изобретение также относится к часовому устройству 1000, в частности к наручным часам, включающим в себя по меньшей мере один часовой механизм 900 подобного типа и/или по меньшей мере один гибкий механизм 500 подобного типа, в частности включающий в себя неподвижную конструкцию 800 и по меньшей мере один механизм 100 подобного типа.