Самокомпенсирующаяся балансирная пружина, выполненная из двух материалов
Изобретение относится к области часовой промышленности и направлено на улучшение изохронизма хронометра. Этот результат обеспечивается за счет того, что балансирная пружина согласно изобретению образована первым узлом и вторым узлом. Первый узел содержит витки и внешнюю спираль и выполнен из первого материала, такого как элинвар, имеющего некоторый момент упругого кручения и нечувствительного к изменениям удлинения, температуры или магнитного поля. Второй узел прикреплен к первому узлу, содержит внутреннюю спираль и выполнен из второго материала, выбранного по его механическим свойствам, облегчающим придание формы внутренней спирали вдоль наиболее благоприятного контура для концентричного продолжения балансирной пружины, причем этот контур может быть, например, кривой Гроссманна, а второй узел также может содержать коронку. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение касается балансирной пружины, а в частности - встраивания ее в пружинно-балансирное регулировочное устройство хронометра, при этом внешняя спираль пружины может быть изменена для обеспечения концентричного продолжения витков, а значит и улучшения изохронизма упомянутого хронометра.
Уровень техники
Чтобы хронометр обладал наилучшим возможным изохронизмом, необходимо воздействовать на параметры конструкции балансира и балансирной пружины, а также на выбор материалов, чтобы улучшить собственную рабочую характеристику регулировочного устройства и компенсировать или уменьшить изменения суточного хода из-за внешних условий, таких как температура и магнитное поле.
Что касается балансирной пружины, то придание формы внешней спирали для прямого или косвенного крепления ее к спуску балансира, придание формы внутренней спирали для крепления ее к штоку балансира с целью обеспечения концентричного прохождения витков, а также выбор материалов - все эти аспекты играют определяющую роль в связи с изохронизмом.
Более конкретно, изобретение касается и придания формы внутренней спирали, и выбора материалов для получения внутренней спирали, и набора витков. Для достижения этой цели есть хорошо известное решение, заключающееся в том, что выбирают немагнитный материал с малым коэффициентом теплового расширения и применяют правило “точки крепления” к приданию формы внутренней спирали балансирной пружины вдоль некоторого конкретного контура, а в частности - вдоль кривой Гроссманна (Grossmann). Чтобы создать такую спираль на внутреннем конце балансирной пружины, все витки которой предварительно сформированы известным способом навивки, следует опираться на квалифицированную рабочую силу, так что это решение сохраняет свою привлекательность при изготовлении высокоточных, наилучших типичных хронометров лишь ограниченными сериями, но не применимо к крупносерийному производству. Учитывая развитие технологии в связи с приданием оптимальной формы балансирной пружине, можно предвидеть изготовление балансирной пружины целиком методами фотолитографии и гальванического наращивания. Однако при современном состоянии техники нет металла или сплава, который оказался бы удовлетворительным как по возможности придавать ему форму посредством электроосаждения, так и по его свойствам упругости и коэффициента теплового расширения.
Раскрытие изобретения
Таким образом, задача настоящего изобретения состоит в предложении нового решения путем создания балансирной пружины, доступной для промышленного изготовления и при этом имеющей качества балансирной пружины, соответствующей кривой Гроссманна, влияние которой на концентричное продолжение балансирной пружины больше, чем то, которое является результатом придания формы внешней спирали.
Поэтому изобретение касается самокомпенсирующейся балансирной пружины, предназначенной для пружинно-балансирного регулировочного устройства, причем упомянутая балансирная пружина образована первым узлом, содержащим витки и внешнюю спираль, выполненным из первого материала, имеющего некоторый момент упругого кручения и нечувствительного или почти нечувствительного к изменениям удлинения, температуры или магнитного поля, и вторым узлом, содержащим, в частности, внутреннюю спираль, выполненным из второго материала, выбранного, по существу, по его механическим свойствам, облегчающим придание формы упомянутой внутренней спирали вдоль наиболее благоприятного контура для концентричного продолжения балансирной пружины. Этот контур может быть, например, кривой Гроссманна.
Чтобы изготовить второй узел, можно использовать известные способы, но предпочтительно будут использоваться применяемый в фотолитографии способ LIGA-технологии (рентгенолитографии, гальванопластики и формования) и гальваническое наращивание. Таким образом, точность придания формы внутренней спирали возлагается на изготовление облучаемой маски, что вполне осуществимо с помощью современных методов. Маску можно легко продублировать или повторно использовать для массового производства.
В то же время, применяя LIGA-технологию для изготовления второго узла, можно очень легко создать маску для формирования коронки с целью крепления внутренней спирали к штоку балансира. Когда первый и второй материалы являются металлами или сплавами, сборку первого и второго узлов можно проводить посредством сварки, например лазерной сварки.
Краткое описание чертежей
Другие признаки и преимущества настоящего изобретения станут ясными в свете нижеследующего описания, приводимого в качестве иллюстрации, не носящей ограничительный характер, и со ссылками на прилагаемые чертежи, при этом:
на фиг.1 показан вид сверху с частичным вырывом подпружиненного балансира, снабженного балансирной пружиной, в соответствии с изобретением;
на фиг.2 показано в увеличенном масштабе изображение внутренней спирали по стрелке II, представленной на фиг.1; и
на фиг.3 показана диаграмма изохронизма, полученная с помощью балансирной пружины, соответствующей изобретению.
Осуществление изобретения
На фиг.1 показан вид сверху с частичным вырывом пружинно-балансирного регулировочного устройства, иллюстрирующий только детали, необходимые для осмысления изобретения, а на фиг.2 в увеличенном масштабе показано изображение центра устройства.
Регулировочное устройство включает в себя балансир 10, шток 11 которого установлен с возможностью поворота в спуске 12 балансира, и балансирную пружину 1. Внешняя спираль 2 балансирной пружины 1 крепится известным образом - путем установки в винте 15 спуска балансира держателя 13 винта балансирной пружины, и продолжается группой витков 3, поскольку начало внутренней спирали 4 используется для образования первого узла.
Второй узел, который лучше рассматривать в увеличенном масштабе на фиг.2, включает в себя в иллюстрируемом примере внутреннюю спираль 4, приваренную в точке 7 к коронке 5. Внутренняя спираль 4, которая показана в виде кривой 14 Гроссманна, задающей концентричное продолжение балансирной пружины 1, приварена в точке 9 к концу витков первого узла.
Таким образом, за счет “физического” разделения первого узла и второго узла можно выбирать разные материалы и разные способы изготовления в зависимости от требуемого доминирующего свойства.
В случае первого узла, используемым материалом может быть любой сплав, известный своими немагнитными свойствами и своим малым коэффициентом теплового расширения, например элинвар, причем этот первый узел обеспечивает возможность придания ему формы, например, навивкой.
Что касается второго узла, форма которому предпочтительно будет придаваться методом LIGA-технологии, то используемый материал предпочтительно будет выбираться по его механическим свойствам и способности к приданию ему формы. Даже если используемый материал не имеет всех требуемых свойств для придания формы всей балансирной пружине в целом, влияние подобных дефектов, проявляющихся на заданном малом отрезке внутренней спирали, на общую рабочую характеристику балансирной пружины будет пренебрежимо малым, так что эти дефекты в любом случае можно исправить.
Второй узел может содержать только внутреннюю спираль, которая в таком случае будет приварена на своем конце 7 к коронке 6, а на своем конце 9 - к концу витков первого узла. Когда применяют LIGA-технологию, оказывается возможным преимущественное формирование внутренней спирали 4 одновременно с коронкой 5, придавая последней обычную форму четырехконечной звездочки или любую другую подходящую форму.
Для изготовления второго узла способом LIGA на первом этапе напыляют поверх подложки, предварительно покрытой удаляемым слоем, позитивный или негативный фоторезист, толщина которого должна соответствовать высоте h требуемой полоски, а затем методами фотолитографии и химического травления формируют полую структуру, соответствующую требуемому контуру второго узла, посредством маски. На втором этапе упомянутую полую структуру заполняют металлом или сплавом, таким как NiP, делая это либо путем электроосаждения, описанного, например, в патенте США №4661212, либо путем прессования или спекания наночастиц, как указано, например, в заявке №2001/0038803 на патент США. На последнем этапе раскрывают второй узел путем удаления удаляемого слоя.
Обращаясь теперь к фиг.3, отмечаем, что здесь показана диаграмма изохронизма для самокомпенсирующейся балансирной пружины, выполненной из двух материалов и обладающей вышеупомянутыми признаками.
По абсциссе отложена амплитуда колебаний балансира, выраженная в градусах относительно его положения равновесия, а по ординате отложено изменение хода, выраженное в секундах за сутки. Эта диаграмма включает в себя пять кривых, соответствующих используемым положениям измерения (1: горизонтальное; 2-5: четыре вертикальных положения), а пунктирная линия соответствует огибающей всех наиболее благоприятных положений. Как правило, при изменении хода фиксируется максимальное изменение огибающей для амплитуды, находящейся между 200° и 300°. Как можно заметить на фиг.3, максимальное изменение соответствует амплитуде 300° и имеет величину 2,1 секунды за сутки, а именно, составляет приблизительно одну треть изменения, наблюдаемого в случае не изменяемой эталонной балансирной пружины, т.е. той, которая изготовлена из одного материала и не соответствует кривой Гроссманна.
Специалисты в данной области техники смогут внести другие изменения в только что описанную самокомпенсирующуюся балансирную пружину, выполненную из двух материалов, и эти изменения останутся в рамках объема притязаний настоящего изобретения.
1. Самокомпенсирующаяся балансирная пружина (1), предназначенная для пружинно-балансирного регулировочного устройства, в которой внешняя спираль (2) прикреплена к спуску (12) балансира, в котором установлен с возможностью поворота шток (11) балансира, на котором прикреплена внутренняя спираль (4) балансирной пружины (1), отличающаяся тем, что эта балансирная пружина (1) образована первым узлом, включающим в себя витки (3) и внешнюю спираль (2), выполненным из первого материала, имеющего некоторый момент упругого кручения и нечувствительного или почти нечувствительного к изменениям удлинения, температуры или магнитного поля, и вторым узлом, прикрепленным к первому узлу и включающим в себя, в частности, внутреннюю спираль (4), выполненным из второго материала, выбранного, по существу, по его механическим свойствам облегчающим придание формы упомянутой внутренней спирали вдоль наиболее благоприятного контура для концентричного продолжения балансирной пружины.
2. Балансирная пружина по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя спираль (4) имеет контур кривой (14) Гроссманна.
3. Балансирная пружина по п.1, отличающаяся тем, что второй узел также включает в себя коронку (5) для крепления к штоку (11) балансира, выполненную как единое целое с внутренней спиралью (4).
4. Балансирная пружина по п.1, отличающаяся тем, что первый узел выполнен из сплава типа элинвар, а материал второго узла выбран, по существу, по его механическим свойствам и способности к приданию ему формы и представляет собой, например, сплав NiP.
5. Балансирная пружина по п.4, отличающаяся тем, что первый и второй узлы скреплены в точке (9) лазерной сваркой.
6. Способ изготовления второго узла балансирной пружины по п.1, отличающийся тем, что используют LIGA-технологию для создания технологической формы, соответствующей требуемому контуру второго узла, и тем, что вводят второй материал в упомянутую технологическую форму путем гальванического наращивания металла или сплава.
7. Способ изготовления второго узла балансирной пружины по п.3, отличающийся тем, что используют LIGA-технологию для создания технологической формы, соответствующей требуемому контуру второго узла, содержащего внутреннюю спираль (4) и коронку (5), и тем, что вводят второй материал в упомянутую технологическую форму путем гальванического наращивания.
