КОРПУС ВОДОНЕПРОНИЦАЕМЫХ ЧАСОВ
WATERPROOF WATCH FRAME

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к корпусу водонепроницаемых часов, в частности часов для дайвинга.
Уровень техники
Для создания возможности использования механических или электронных часов под водой корпус часов, который содержит часовой механизм или часовой модуль, должен быть герметично закрыт. С этой целью корпус часов содержит заднюю крышку, герметично прикрепленную к первой стороне корпусного кольца, и стекло, прикрепленное ко второй, противоположной стороне корпусного кольца. Для соединения задней крышки, корпусного кольца и стекла часов предусмотрены уплотнения. В корпусном кольце корпуса в исходном положении также герметично установлен элемент для регулирования или настройки функций часов.
В общем, конструкция и процесс сборки корпусов часов не рассчитаны на высокое давление воды, например, во время погружения в воду, поскольку давление внутри корпуса часов близко к атмосферному давлению. Использование простых уплотнений традиционных часов является недостаточным для обеспечения надлежащей водонепроницаемости корпуса во время погружения в воду на очень большие глубины.
Можно упомянуть патентную заявку CH 690 870 A5, в которой описан корпус водонепроницаемых часов. Корпус часов состоит из стекла, прикрепленного на верхней стороне к кольцевому кольцу-ободку, и задней крышки, прикрепленной к корпусному кольцу посредством ее ввинчивания во внутреннюю резьбу корпусного кольца. Стекло прикреплено к корпусному кольцу с помощью кольцевого уплотнения тороидальной формы и опирается на буртик корпусного кольца. Между наружным буртиком задней крышки и нижней поверхностью корпусного кольца также предусмотрено уплотнение. Поскольку резьба может быть повреждена при высоком давлении воды, также предусмотрена внутренняя крышка, изготовленная из прочного металла, которая опирается на внутреннюю поверхность задней крышки и внутренний край корпусного кольца. Однако даже такая конструкция корпуса часов не гарантирует надлежащей водонепроницаемости корпуса во время погружения под воду на очень большие глубины, что является недостатком.
В патенте CH 372 606 приведено описание корпуса водонепроницаемых часов, который имеет центральную часть или корпусное кольцо, окружающее заднюю крышку и закрытое стеклом. Для удержания задней крышки в ее наклонную наружную поверхность упирается резьбовое кольцо, которое привернуто к крепежному участку, соединенному с корпусным кольцом. Такая конструкция не обеспечивает надлежащую водонепроницаемость корпуса во время погружения под воду на очень большую глубину, что является недостатком.
Раскрытие сущности изобретения
Следовательно, главная задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы устранить вышеописанные недостатки существующего уровня техники с помощью корпуса водонепроницаемых часов, приспособленного к выдерживанию высокого давления воды при погружении под воду на большие глубины.
С этой целью настоящее изобретение относится к корпусу водонепроницаемых часов, который содержит признаки независимого пункта 1 формулы изобретения.
Частные варианты выполнения корпуса водонепроницаемых часов определены в зависимых пп. 2–15 формулы изобретения.
Преимущество корпуса водонепроницаемых часов состоит в том, что стекло прикреплено к корпусному кольцу с помощью прокладки, причем корпусное кольцо и стекло имеют наклонные контактные поверхности. В случае в целом цилиндрического корпусного кольца на стекле и корпусном кольце или также на задней крышке, установленной на противоположной стороне корпусного кольца, предусмотрены конические опорные поверхности. Таким образом, силы давления, прикладываемые к стеклу и задней крышке, передаются корпусному кольцу через конические опорные поверхности.
Что касается стекла, его прочность и водонепроницаемость могут обеспечиваться вторым участком крепежной прокладки, изготовленным из полимера (например, из полиуретана). Напряжения, вызванные давлением, передаются первому участку прокладки, который изготовлен из металла и имеет механические свойства, превосходящие механические свойства корпусного кольца, в частности имеет более высокий предел текучести и, в идеальном случае, более высокую упругую деформацию. Применительно к корпусному кольцу, изготовленному из титана, прокладка может быть изготовлена из аморфного металлического сплава или сплава TNTZ-O (TiNb23Ta0.7Zr2O1.2). Это, с одной стороны, препятствует концентрациям напряжений в корпусном кольце и, тем самым, препятствует приданию ему пластичности, и, с другой стороны, препятствует концентрациям напряжений в стекле и, тем самым, препятствует его разрушению и/или уменьшению его толщины. Первый участок металлической прокладки может быть компонентом, который осаждается на конической опорной поверхности корпусного кольца перед установкой стекла. Таким образом, первый участок прокладки жестко соединяют с корпусным кольцом на предыдущем этапе (например, с помощью горячей обработки или аддитивного производства) и формируют, таким образом, элемент, составляющий единое целое с корпусным кольцом при установке стекла.
Краткое описание чертежей
Задачи, преимущества и признаки корпуса водонепроницаемых часов станут более понятными из приведенного ниже неограничивающего описания со ссылкой на приложенные чертежи.
На фиг. 1a и 1b показан упрощенный вид в разрезе варианта выполнения часов с водонепроницаемым корпусом согласно изобретению и частичный вид в разрезе крепления стекла к корпусному кольцу согласно изобретению;
на фиг. 2 – частичный вид в разрезе варианта крепления стекла к корпусному кольцу согласно изобретению;
на фиг. 3 – схематический вид сверху варианта выполнения корпуса часов согласно изобретению; и
на фиг. 4a и 4b – стекло с металлическим покрытием, пригодным для гравировки лазером с целью выполнения надписи на поверхности стекла, предназначенной для установки на корпусном кольце, и часть металлического покрытия на стекле с надписью согласно изобретению.
Осуществление изобретения
В нижеприведенном описании все компоненты корпуса водонепроницаемых часов, в частности часов для дайвинга, которые хорошо известны специалисту в этой области техники, описаны упрощенно.
На фиг. 1a и 1b показан вариант выполнения корпуса 1 часов, который можно использовать в часах для дайвинга. Корпус 1 часов в целом содержит стекло 3, которое может быть изготовлено из сапфирового или минерального стекла и которое закреплено на верхней стороне корпусного кольца 2, и, возможно, заднюю крышку 4, установленную на нижней стороне корпусного кольца 2. На верхней стороне корпусного кольца 2 также может быть установлен ободок 7. В корпусе 1 часов во вставном кольце 8 установлен часовой механизм или модуль 10, при этом по меньшей мере один управляющий элемент, который не показан, может быть герметично установлен в исходном положении на корпусном кольце 2 или в нем для настройки времени, даты или других функций часов для дайвинга.
В случае, когда имеется задняя крышка 4 корпуса 1 часов, задняя крышка 4, предпочтительно имеющая сплошную структуру, содержит кольцевой бортик 14 с внутренней резьбой для навинчивания задней крышки на резьбу 26, расположенную на нижней стороне корпусного кольца 2. При установке задней крышки 4 на корпусное кольцо 2 кольцевая опорная поверхность 24 задней крышки 4 входит в контакт с внутренней кольцевой поверхностью 32 корпусного кольца 2, форма которой ответна форме опорной поверхности 24. Опорная 24 и внутренняя 32 поверхности наклонены под заданным углом относительно оси, перпендикулярной плоскости корпуса 1 часов. Что касается корпусного кольца 2, то оно имеет в целом цилиндрическую форму, при этом поверхности 24, 32 имеют коническую форму и наклонены внутрь корпуса 1 часов под заданным углом относительно центральной оси корпуса 1 часов. Это означает, что вершина каждой конической формы направлена внутрь корпуса 1 часов. На нижней стороне корпусное кольцо 2 также имеет кольцевую канавку 16, в которую помещено уплотнение 6, контактирующее с опорной поверхностью 24, когда задняя крышка 4 установлена на корпусном кольце 2. Кольцевая канавка 16 имеет прямоугольное сечение, так что уплотнение 6 надлежащим образом удерживается в кольцевой канавке 16 перед креплением задней крышки 4. Что касается корпусного кольца 2 и задней крышки 4, изготовленных из такого материала, как титан, угол относительно центральной оси может составлять порядка 60° ± 5°. Это обеспечивает надлежащее распределение напряжений, возникающих из-за давления воды во время погружения под воду на большую глубину, между задней крышкой 4 и корпусным кольцом 2.
Стекло 3 имеет кольцевую периферийную поверхность 13, которая должна быть установлена с помощью по меньшей мере одного участка прокладки 5, 5' на внутреннюю кольцевую поверхность 12, расположенную на верхней стороне корпусного кольца 2. Внутренняя кольцевая поверхность 12, предпочтительно, имеет форму, ответную форме кольцевой периферийной поверхности 13. Кольцевая периферийная поверхность 13 стекла 3 наклонена под заданным углом меньше 90° относительно оси, перпендикулярной плоскости корпуса 1 часов. Предпочтительно, внутренняя кольцевая поверхность 12 наклонена внутрь корпуса 1 часов по существу под тем же углом, что и кольцевая периферийная поверхность 13 относительно центральной оси.
Несмотря на то, что корпусное кольцо 2, например, изготовленное из титана, имеет в целом цилиндрическую форму, внутренняя периферийная поверхность 13 и внутренняя кольцевая поверхность 12 имеют коническую форму и наклонены под заданным углом внутрь корпуса часов. Это означает, что вершина каждой конической формы направлена внутрь корпуса 1 часов. Заданный угол наклона поверхностей 12 и 13 может составлять порядка 43° ± 5° относительно центральной оси. Это обеспечивает надлежащее распределение напряжений, возникающих из-за давления воды во время погружения под воду на большую глубину, между стеклом 3 и корпусным кольцом 2 с помощью первого участка 5 прокладки. Разница в давлении воды по сравнению с давлением внутри корпуса 1 часов способствует закрыванию любого зазора, остающегося между контактирующими поверхностями 12, 13 и крепежной прокладкой 5, 5', благодаря наклону контактных поверхностей внутрь корпуса 1 часов. Это обеспечивает надлежащую водонепроницаемость и выдерживание высоких давлений.
В этом первом варианте осуществления изобретения крепежная прокладка 5, 5', предпочтительно, может состоять из первого участка 5, изготовленного из аморфного металлического сплава, и второго участка 5', изготовленного из полимера (например, из полиуретана), для удержания стекла 3 на корпусном кольце 2. Крепежная прокладка 5, 5' имеет кольцевую форму с целью герметичного смыкания стекла 3 и корпусного кольца 2. Для корпусного кольца 2, имеющего в целом цилиндрическую форму, первый участок 5 прокладки имеет коническую форму, в то время как второй участок 5' опирается на верхнюю кромку первого участка 5 и является цилиндрическим. После установки стекла 3 на корпусное кольцо 2 первый участок 5 соединяет наклонные поверхности корпусного кольца 2 и стекла 3, опирающиеся на первый участок 5, в то время как второй участок 5' зажат между внутренней кольцевой стенкой 22 корпусного кольца 2 и наружной кольцевой стенкой 23 стекла 3, расположенной выше кольцевой периферийной поверхности 13 стекла 3. Второй участок 5' может заканчиваться посередине высоты стекла 3 непосредственно ниже ободка 7, в то время как первый участок 5 прокладки может продолжаться ниже уровня перехода между нижней частью стекла 3 и корпусным кольцом 2.
В качестве не ограничивающего примера длина первого участка 5 в сечении может быть порядка 5 мм, в то время как высота второго участка прокладки 5, 5' может быть порядка 2,5 мм. Толщина прокладки может быть порядка 0,65 мм.
Первый участок 5 прокладки является участком такого типа, который поддерживает стекло 3 на корпусном кольце 2. Когда корпус 1 часов погружается под воду на большие глубины, это обеспечивает закрывание любых пространств между стеклом 3 и корпусным кольцом 2 за счет наклонных поверхностей 12 и 13 стекла 3 и корпусного кольца 2 и с помощью первого металлического участка 5 прокладки. Следовательно, между стеклом 3 и корпусным кольцом 2 достигается надлежащее распределение напряжений с помощью первого участка 5 прокладки, который, предпочтительно, изготовлен из аморфного металлического сплава.
Когда корпус 1 часов погружается под воду на небольшие глубины, участок 5' прокладки обеспечивает водонепроницаемость и прочность стекла, расположенного на корпусном кольце. Чем больше глубина погружения корпуса часов под воду, тем сильнее стекло прижимается к участку 5 прокладки, которая сама прижимается к наклонной плоскости корпусного кольца, что обеспечивает водонепроницаемость даже на очень больших глубинах без риска повреждения прокладки. На больших глубинах участок 5' прокладки прижимается к верхней части участка 5 прокладки, что предотвращает повреждение участка 5' в результате выталкивания. Для изготовления участка 5 прокладки необходимо использование материала, имеющего очень высокие механические свойства (в частности, предел текучести и упругую деформацию), для предотвращения придания ему пластичных свойств и обеспечения однородности напряжений в корпусном кольце при погружении с часами на большие глубины.
e
e
e
e
Например, специфические механические свойства аморфных металлов, в частности очень высокий предел текучести σ (например: 1700 МПа для аморфных металлов на основе Zr; 1550 МПа для аморфных металлов на основе Pd; 1350 МПа для аморфных металлов на основе Pt) в сочетании с очень высокой упругой деформацией ε (1,5–2% для всех аморфных металлов), препятствуют приданию пластичности прокладке 5, 5’ в зоне ее контакта со стеклом 3, когда она находится под действием очень высоких давлений. Корпусное кольцо 2, механические свойства которого (например, титан марки 5: σ = 850 МПа; ε = 0,5–0,8%) хуже, чем механические свойства аморфных металлов, выбранных для изготовления прокладки, также не становится пластичным, поскольку прокладка 5, 5’, изготовленная из аморфного металла, обеспечивает однородность напряжений, в результате чего эти напряжения уменьшаются на границе прокладка – корпусное кольцо.
Другим примером сплава, представляющим интерес для изготовления прокладки 5, является сплав типа TNTZ-O (TiNb23Ta0.7Zr2O1.2), который имеет предел текучести 1000–2000 МПа с упругой деформацией порядка 1–2%.
Для информации, изготовление первого участка 5 прокладки, выполненного из аморфного металла, может осуществляться с помощью различных способов придания формы, а именно:
- непосредственно из расплавленного металла, например, посредством нагнетания под давлением, гравитационного литья, центробежного литья, антигравитационного литья, литья вакуумным всасыванием, аддитивного производства из порошков,
- из аморфных преформ посредством горячей деформации при температуре выше температуры стеклования, например, с помощью электромагнитной формовки, формовки с применением емкостного разряда, формовки под давлением газа, механической формовки. Цель этого этапа состоит в том, чтобы получить преформу, имеющую надлежащие размеры и достаточное относительное содержание аморфной фазы для получения надлежащих механических свойств.
Следует также отметить, что внутренняя кольцевая поверхность 12 корпусного кольца 2 наклонена внутрь корпуса 1 часов и оканчивается поверхностью 12', изогнутой внутрь приблизительно на 3° после внутренней кольцевой поверхности 12. Таким образом, первый участок 5 прокладки больше не находится в прямом контакте с этой криволинейной поверхностью 12'. С другой стороны, когда давление воды значительно увеличивается при погружении, первый участок 5 прокладки толкается стеклом 3 внутрь, в результате чего первый участок прокладки входит в контакт с криволинейной поверхностью 12' или плотно прилегает к ней. Таким образом, это позволяет исключить концентрацию напряжений в первом участке 5 прокладки с риском его разрушения из-за давления внутреннего угла стекла 3.
Для изготовления первого участка 5 крепежной прокладки могут быть использованы аморфные металлические сплавы нескольких типов. В наиболее частых случаях аморфный металлический сплав может в основном состоять из циркония. Аморфный металлический сплав на основе циркония может состоять из Zr (52,5%), Cu (17,6%), Ni (14,9%), Al (10%) и Ti (5%). Аморфный металлический сплав на основе циркония также может содержать Zr (58,5%), Cu (15,6%), Ni (12,8%), Al (10,3%) и Nb (2,8%). Аморфный металлический сплав на основе циркония может содержать Zr (44%), Ti (11%), Cu (9,8%), Ni (10,2%) и Be(25%) или, наконец, Zr (58%), Cu (22%), Fe (8%) и Al (12%). Первый участок прокладки также может быть изготовлен из аморфного металлического сплава, состоящего в основном из платины (Pt). Аморфный металлический сплав на основе платины может содержать Pt (57,5%), Cu (14,7%), Ni (5,3%) и P (22,5%). Для изготовления первого участка прокладки также можно предложить аморфный металлический сплав главным образом на основе палладия (Pd).
Также можно упомянуть другие сплавы аморфных металлов. Аморфный металлический сплав на основе титана может содержать Ti (41,5%), Zr (10%), Cu (35%), Pd (11%) и Sn (2,5%). Аморфный металлический сплав на основе палладия может содержать Pd (43%), Cu (27%), Ni (10%) и P(20%), или Pd (77%), Cu (6%) и Si (16,5%), или, наконец, Pd (79%), Cu (6%), Si (10%) и P (5%). Аморфный металлический сплав на основе никеля может содержать Ni (53%), Nb (20%), Ti (10%), Zr (8%), Co (6%) и Cu (3%), или Ni (67%), Cr (6%), Fe (4%), Si(7%), C (0,25%) и B (15,75%), или, наконец, Ni (60%), Pd (20%), P (17%) и B(3%). Аморфный металлический сплав на основе железа может содержать Fe (45%), Cr (20%), Mo (14%), C (15%) и B (6%) или Fe (56%), Co (7%), Ni (7%), Zr (8%), Nb (2%) и B (20%). Аморфный металлический сплав на основе золота может содержать Au (49%), Ag (5%), Pd (2,3%), Cu (26,9%) и Si (16,3%).
На фиг. 2 показан частичный вид в разрезе варианта крепления стекла 3 к корпусному кольцу 2. Стекло 3 имеет кольцевую периферийную поверхность 13, прикрепленную с помощью первого участка 5 прокладки на внутренней кольцевой поверхности 12, расположенной на верхней стороне корпусного кольца 2. Несмотря на то, что корпусное кольцо 2 в основном является цилиндрическим, внутренняя периферийная поверхность 13 стекла 3 имеет коническую форму, в то время как внутренняя кольцевая поверхность 12 корпусного кольца 2 в плоскости корпуса 1 часов имеет форму плоского участка. Первый участок 5 прокладки, изготовленный из металлического сплава, который является по меньшей мере частично аморфным, расположен между внутренней периферийной поверхностью 13 и внутренней кольцевой поверхностью 12, в то время как второй участок 5' прокладки, изготовленный из полимера, расположен между внутренней кольцевой стенкой 22 корпусного кольца 2 и наружной кольцевой стенкой 23 стекла 3.
На фиг. 3 схематически показан вид сверху варианта выполнения корпуса 1 часов. Корпус 1 часов содержит корпусное кольцо 2, стекло 3, ободок 7 и управляющий элемент 9 в виде заводной головки, проходящей через корпусное кольцо 2. Заводная головка имеет коническую поверхность (не показана), которая находится в контакте с конической внутренней поверхностью корпусного кольца 2 в исходном положении для обеспечения водонепроницаемого уплотнения и возможности выдерживать давление воды во время погружения. В месте соединения кольцевой периферийной поверхности 13 стекла 3 и первого участка крепежной прокладки выполнена надпись 103 в виде слова, цифры или рисунка.
Как показано на фиг. 4a и 4b, для изготовления надписи 103 также может быть предусмотрена структурированная контактная поверхность стекла 3, и/или на поверхность стекла может быть наложен декоративный слой. Эта структура и/или нанесенный слой 63 могут быть расположены на кольцевой периферийной поверхности 13 стекла 3. Одно или несколько слов, или цифр, или рисунков также могут быть нанесены посредством гравировки на нанесенный слой 63 с помощью лазерного луча L, испускаемого лазерным устройством 50. Нанесенный слой 63 может иметь цвет, отличающийся от цвета первого участка крепежной прокладки. В результате после гравировки надписи 103 на нанесенном слое 63 кольцевая периферийная поверхность 13 стекла 3 может быть расположена или закреплена на первом участке крепежной прокладки, который имеет цвет, отличающийся от цвета нанесенного слоя 63.
На контактной поверхности стекла 3 также может быть выполнен рисунок посредством селективного структурирования поверхности. Поверхность может быть структурирована, например, с помощью лазера, химическим способом или даже механическим способом (например, с помощью шлифования или фрезерования). Таким образом, после крепления стекла 3 к корпусному кольцу 2 выполненную надпись можно прочитать через стекло 3, причем в надписи также может быть указана марка часов.
Также следует отметить, что благодаря креплению стекла 3 на корпусном кольце 2 с помощью второго участка 5' прокладки, как описано выше, с контактом конических поверхностей стекла 3 и корпусного кольца 2 с помощью первого участка 5 прокладки, обеспечиваются полная водонепроницаемость и надлежащее распределение напряжений между стеклом 3 и корпусным кольцом 2. Это необходимо по той причине, что часы являются часами для дайвинга, которые должны выдерживать высокие напряжения из-за разницы давления внутри часов и давления воды на больших глубинах под водой. Благодаря довольно большой поверхности контакта между корпусным кольцом 2, прокладкой 5, 5' и стеклом 3 из-за наличия конической формы, улучшается передача напряжений на большей площади, что является важным для обеспечения водонепроницаемости часов при погружении на большую глубину. Благодаря такой конструкции давление воды на корпус часов имеет тенденцию к закрыванию любых зазоров между контактными поверхностями. Кроме того, это препятствует выталкиванию крепежной прокладки.
Согласно вышеприведенному описанию специалист в этой области может спроектировать несколько других вариантов выполнения корпуса часов без отклонения от объема изобретения, установленного в формуле изобретения. Корпус часов, благодаря его корпусному кольцу, может иметь общую форму, отличающуюся от цилиндра.