Компактная балансирная пружина переменного сечения

Изобретение относится к компактной балансирной пружине переменного сечения. Балансирная пружина выполнена цельной и содержит сплошную полосу, намотанную саму на себя между внутренним витком и наружным витком. Эта полоса имеет такие геометрические характеристики, что, когда угол сжатия балансирной пружины достигает 360°, расстояние между каждым витком от второго витка до предпоследнего витка является постоянным. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники

Изобретение относится к балансирной пружине, а, более конкретно, к компактной балансирной пружине, предназначенной для взаимодействия с балансиром с целью образования резонатора.

Уровень техники

Стоимость кремниевой балансирной пружины по существу пропорциональна площади ее поверхности, т.е. чем больше балансирных пружин может быть вытравлено на одной и той же пластине, тем ниже стоимости одной балансирной пружины.

Однако невозможно уменьшить размеры произвольным образом, поскольку витки балансирной пружины не должны касаться друг друга ни при сжатии, ни при расширении.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является преодоление всех или части вышеупомянутых проблем путем разработки сплошной балансирной пружины, витки которой не касаются друг друга ни при сжатии, ни при расширении.

Указанная задача решается в цельной балансирной пружине, выполненной в виде сплошной полосы, намотанной сама на себя между внутренним витком и наружным витком, причем в нейтральном состоянии эта полоса включает в себя: первую область, расположенную между концом внутреннего витка и вторым витком, в которой шаг непрерывно уменьшается, а сечение непрерывно увеличивается; и продолжающую первую область вторую область, в которой шаг между каждым витком непрерывно увеличивается, а сечение полосы, начинаясь со значения, меньшего чем в конце первой области, затем непрерывно увеличивается таким образом, что, когда угол сжатия балансирной пружины достигает 360°, расстояние между каждым витком от второго витка до предпоследнего витка является постоянным.

Преимуществом такого выполнения пружины является то, что она является настолько компактной, насколько это возможно, обеспечивая при этом постоянное минимальное расстояние между витками при сжатии и, возможно, при расширении. Это позволяет минимизировать размер балансирной пружины без потери ее хронометрических свойств. Такое выполнение балансирной пружины дает возможность оптимизации количества балансирных пружин, вытравливаемых на одной пластине, позволяя уменьшить стоимость одной штуки.

Предпочтительно:

- во второй области шаг между каждым витком непрерывно увеличивается на постоянную величину;

- во второй области сечение полосы непрерывно увеличивается на постоянную величину;

- в первой области между концом внутреннего витка и местом сочленения этой области со второй областью шаг между каждым витком непрерывно уменьшается на постоянную величину;

- в первой области между концом внутреннего витка и местом сочленения этой области со второй областью сечение полосы непрерывно уменьшается на постоянную величину;

- балансирная пружина содержит третью область, продолжающую вторую область и находящуюся между началом предпоследнего витка и концом наружного витка, в которой шаг непрерывно увеличивается таким образом, что, когда угол расширения балансирной пружины достигает 360°, расстояние между вторым витком и наружным витком является минимальный для предотвращения любого контакта между ними;

- в третьей области шаг непрерывно увеличивается на постоянную величину;

- третья область включает в себя первый участок, сечение которого увеличивается по существу так же, как во второй области, и продолжающий его второй участок, на котором сечение увеличивается к концу наружного витка, причем это увеличение больше, чем увеличение сечения на первом участке;

- балансирная пружина выполнена из материала на основе кремния.

Кроме того, изобретение относится к резонатору, который включает в себя балансир, взаимодействующий с описанной выше балансирной пружиной.

Другие особенности и преимущества изобретения будут более понятны из дальнейшего описания со ссылками на чертежи.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 показана балансирная пружина согласно изобретению в сжатом состоянии, вид сверху;

на фиг. 2 - то же, в нейтральном состоянии;

на фиг. 3 - то же, в расширенном состоянии;

на фиг. 4 - график зависимости шага между витками балансирной пружины от номера витка;

на фиг. 5 - график зависимости толщины витков балансирной пружины от номера витка;

на фиг. 6 - график зависимости расстояния между витками балансирной пружины от номера витка при разных состояниях балансирной пружины.

Осуществление изобретения

Сплошная балансирная пружина согласно изобретению предназначена для взаимодействия с балансиром с целью образования резонатора пружинно-балансирного типа для часов. Конечно, балансирная пружина может включать в себя оправку, выполненную за одно целое с концом внутреннего витки и/или штифтовое крепление, составляющее единое целое с концом наружного витка, что не выходит за объем данного изобретения. Однако ради простоты описания ни оправка, ни крепление не показаны.

Разработка настоящего изобретения была начата для того, чтобы производить максимальное количество балансирных пружин из одной кремниевой пластины, исключая при этом касание витков каждой балансирной пружины ни при сжатии, ни при расширении. Следует отметить, что материал балансирной пружины не ограничен материалом на основе кремния. Также следует понимать, что та же самая логика применима к балансирной пружине, выполненной по технологии LIGA, т.е. с использованием электропроводящего материала.

Используемый термин «кремниевый» означает материал, включающий в себя монокристаллический кремний, легированный монокристаллический кремний, поликристаллический кремний, легированный поликристаллический кремний, пористый кремний, диоксид кремния, кварц, кремнезем, нитрид кремния или карбид кремния. Конечно, если материал на основе кремния находится в кристаллической фазе, может быть использована любая ориентация кристаллической структуры.

На фиг. 2, показана балансирная пружина 1 согласно изобретению, выполненная в виде единой детали в виде сплошной полосы 3, намотанной сама на себя между внутренним витком SI и наружным витком SE. Полоса 3 балансирной пружины 1 в нейтральном состоянии, показанном на фиг. 2, между концом 5 внутреннего витка SI и началом второго витка S2, содержит первую область А, в которой шаг между внутренним витком SI и вторым витком S2 уменьшается.

В продолжение первой области А балансирная пружина 1 содержит вторую область В, в которой шаг между каждым витком и сечение полосы 3 непрерывно увеличиваются таким образом, что, когда балансирная пружина 1 находится в сжатом состоянии, т.е., когда конец 5 внутреннего витка SI повернут по существу на -360° относительно центра балансирной пружины 1, как показано на фиг. 1, расстояние между каждым витком от второго витка S2 до предпоследнего витка SP является по существу постоянным.

Желательно, чтобы во второй области В шаг между витками непрерывно увеличивался на постоянную величину, как показано на фиг. 4. Кроме того, как показано на фиг. 5, желательно, чтобы во второй области В сечение полосы 3 также непрерывно увеличивалось на постоянную величину. Например, сечение полосы 3 может иметь переменную толщину в диапазоне от 10 до 75 мкм и постоянную высоту в диапазоне между 50 мкм и 250 мкм.

Предпочтительно балансирная пружина в продолжение второй области В между началом предпоследнего витка SP и концом 7 наружного витка SE содержит третью область С, в которой шаг между предпоследним витком SP и наружным витком SE непрерывно увеличивается таким образом, что когда балансирная пружина 1 находится в расширенном состоянии, т.е. когда конец 5 внутреннего витка SI произвел поворот по существу на +360° относительно центра балансирной пружины 1, как показано на фиг. 3, расстояние между последними витками является минимально допустимым для предотвращения какого-либо контакта, особенно между предпоследним витком SP и наружным витком SE.

Предпочтительно, чтобы, как показано на фиг. 4, шаг между каждым витком в третьей области С непрерывно увеличивался на вторую постоянную величину. Как показано на фиг. 4, это вторая постоянная величина больше первой постоянной величины, относящейся ко второй области В.

Помимо этого, как показано на фиг. 5, предпочтительно, чтобы третья область С включала в себя первый участок С1, сечение которого увеличивается по существу идентично сечению во второй области В, и продолжающий первый участок C1 второй участок С2, сечение которого увеличивается по мере приближения к концу 7 наружного витка SE, причем увеличение сечения на втором участке С2 больше, чем увеличение сечения на первом участке С1. Это сечение может иметь, например, переменную толщину в диапазоне от 25 до 100 мкм и постоянную высоту в диапазоне между 50 мкм и 250 мкм.

На фиг. 4 показан первый график, показывающий зависимость шага Р между витками балансирной пружины от номера витка. Можно видеть, что в первой области А балансирной пружины 1 этот шаг уменьшается по существу постоянно до начала второй области В. Во второй области В шаг постоянно увеличивается вплоть до третьей области С. В этой последней области С шаг постоянно увеличивается вплоть до конца 7 наружного витка SE. Как видно на фиг. 4, постоянное увеличение шага в третьей области С намного более сильно выражено, чем постоянное увеличение шага в области В.

В качестве дополнения на фиг. 5 представлен второй график показывающий зависимость толщины Е витков балансирной пружины от номера витка. Можно видеть, что в первой области А балансирной пружины 1 толщина увеличивается вплоть до начала второй области В, где она уменьшается вновь до величины, близкой к величине сечения в начале первой области А. Во второй области В толщина постоянно увеличивается вплоть до второго участка С2 третьей области С. На втором участке С2 шаг между витками постоянно увеличивается вплоть до конца 7 наружного витка SE. Как видно на фиг. 5, постоянное увеличение сечения на втором участке С2 намного более сильно выражено, чем постоянное увеличение шага в области В.

Наконец, на фиг. 6 представлен график зависимости изменения ΔР расстояния между витками балансирной пружины от номера витка. Более конкретно, кривая, помеченная квадратами ☐, относится к балансирной пружине в сжатом состоянии, показанном на фиг. 1, кривая, помеченная треугольниками Δ, относится к балансирной пружине в нейтральном состоянии, показанном на фиг. 2, а кривая, помеченная кружками О, относится к балансирной пружине и в расширенном состоянии, показанном на фиг. 3.

Можно видеть, что в расширенном состоянии балансирной пружины (кривая, помеченная кружками О) в первой области А расстояние между витками уменьшается вплоть до начала второй области В. После этого во второй и третьей областях В и С расстояние ΔР между витками является по существу постоянным вплоть до конца 7 балансирной пружины 1.

В нейтральном состоянии балансирной пружины (кривая, помеченная треугольниками Δ) в первой области А расстояние ΔР между витками уменьшается вплоть до начала третьей области С. В частности, в области А уменьшение, по существу непрерывное, намного более сильно выражено, чем в области В, где уменьшение является более умеренным с по существу постоянным наклоном. После этого в третьей области С расстояние ΔР между витками непрерывно увеличивается до конца 7 балансирной пружины 1.

Наконец, в сжатом состоянии балансирной пружины (кривая, помеченная квадратами ☐) в первой области А расстояние ΔР между витками уменьшается вплоть до начала второй области В. Во второй области В балансирной пружины 1 расстояние ΔР между витками является постоянным и минимальным значению, что полезно. В третьей области С расстояние между витками непрерывно увеличивается к концу 7 наружного витка SE.

Следует отметить, что на фиг. 6 минимальные значения кривых с кружками О и квадратами ☐ показаны не идентичными. Однако они могли бы быть геометрически идентичными.

Аналогичным образом, значения, показанные на фиг. 4-6, используются просто в качестве примеров. В зависимости от конфигураций балансирной пружины и/или резонатора, которому она принадлежит, минимальное заданное значение могло бы отличаться от 20 мкм, что в качестве примера показано на фиг. 6. Понятно, что это минимальное значение для кривых с кружками О и квадратами ☐ могло бы каждое быть выбрано таким образом, чтобы оно было меньше или больше 20 мкм.

Понятно, что преимуществом балансирной пружины 1 в соответствии с изобретением является то, что эти ее особенности придают пружине максимальную компактность в нейтральном состоянии, обеспечивая при этом наличие постоянного минимального расстояния между витками в сжатом состоянии и, возможно, также в расширенном состоянии. Как правило, балансирная пружина 1 в нейтральном состоянии имеет 8,5 витков и максимальный радиус, т.е. расстоянии между геометрическим центром балансирной пружины 1 и концом 7 наружного витка SE, около 1,3 мм. В результате исследований было обнаружено, что расстояние между геометрическим центром балансирной пружины 1 и концом 5 внутреннего витка SE составляет приблизительно 0,5 мм. Таким образом, размер балансирной пружины может быть минимизирован без потери ее хронометрических свойств. Такая балансирная пружина дает возможность оптимизировать количество балансирных пружин, вытравливаемых на одной пластине, уменьшая тем самым стоимость одной штуки.

Конечно, настоящее изобретение не ограничено проиллюстрированным примером его осуществления и допускает различные варианты и изменения, которые придут на ум специалистам в данной области техники. В частности, геометрические характеристики, т.е. вариации шага и сечения, такие, как например толщина и количество витков, могут изменяться в зависимости от предусмотренных вариантов применения.

Например, количество витков могло бы быть уменьшено, чтобы еще больше уменьшить размер балансирной пружины.

Также ясно, что угол сжатия или расширения в 360° мог бы быть меньше, не выходя при этом за рамки объема изобретения. Действительно, этот угол был выбран, потому что с точки зрения механики этот угол теоретически не может быть превышен. Однако важный аспект заключается не в угле, при котором расстояние является минимальным, а скорее в обеспечении того, чтобы минимальное расстояние никогда не выходило за заданные пределы. Таким образом, угол может намеренно быть выбран меньшим, поскольку, исходя из условий перемещения, этот угол не будет превышен при нормальном функционировании.

Кроме того, указанные на фиг. 4 значения по ординате не являются ограничивающими. Таким образом, в зависимости от сечения во второй области В максимальный шаг в первой области А и/или в третьей области С может варьироваться. Понятно, что при этом сохраняются только изменения шага, но не обязательно с теми же самыми минимальным и/или максимальным значениями.

Аналогичным образом, указанные на фиг. 5 значения по ординате не являются ограничивающими. Таким образом, в зависимости от сечения во второй области В максимальная толщина в первой области А и/или в третьей области С может варьироваться. Понятно, что при этом сохраняются только изменения толщины, но не обязательно с теми же самыми минимальным и/или максимальным значениями.

Хотя расчеты были сделаны исходя из изменения толщины, ясно, что это изменение должно пониматься как изменение сечения, то есть высоты и/или толщины полосы балансирной пружины.

1. Цельная балансирная пружина (1), содержащая сплошную полосу (3), намотанную саму на себя между внутренним витком (SI) и наружным витком (SE), которая в нейтральном состоянии включает в себя: первую область (А), расположенную между концом внутреннего витка (SI) и вторым витком (S2), в которой шаг непрерывно уменьшается, а сечение непрерывно увеличивается; и продолжающую первую область вторую область (В), в которой шаг между каждым витком непрерывно увеличивается, а сечение полосы (3), начинаясь со значения меньшего, чем в конце первой области (А), затем непрерывно увеличивается таким образом, что, когда угол сжатия балансирной пружины (1) достигает 360°, расстояние между каждым витком от второго витка (S2) до предпоследнего витка (SP) является постоянным.

2. Цельная балансирная пружина (1) по п. 1, характеризующаяся тем, что во второй области (В) шаг между каждым витком непрерывно увеличивается на постоянную величину.

3. Цельная балансирная пружина (1) по п. 1, характеризующаяся тем, что во второй области (В) сечение полосы (3) непрерывно увеличивается на постоянную величину.

4. Цельная балансирная пружина (1) по п. 1, характеризующаяся тем, что в первой области (А) между концом (5) внутреннего витка (SI) и местом сочленения этой области (А) со второй областью (В) шаг между каждым витком непрерывно уменьшается на постоянную величину.

5. Цельная балансирная пружина (1) по п. 1, характеризующаяся тем, что в первой области (А) между концом (5) внутреннего витка (SI) и местом сочленения этой области (А) со второй областью (В) сечение полосы (3) непрерывно уменьшается на постоянную величину.

6. Цельная балансирная пружина (1) по п. 1, характеризующаяся тем, что содержит третью область (С), продолжающую вторую область (В) и находящуюся между началом предпоследнего витка (SP) и концом (7) наружного витка (SE), в которой шаг непрерывно увеличивается таким образом, что, когда угол расширения балансирной пружины (1) достигает 360°, расстояние между вторым витком (S2) и наружным витком (SE) является минимальным для предотвращения любого контакта между ними.

7. Цельная балансирная пружина (1) по п. 6, характеризующаяся тем, что в третьей области (С) шаг непрерывно увеличивается на постоянную величину.

8. Цельная балансирная пружина (1) по п. 7, характеризующаяся тем, что третья область включает в себя первый участок (C1), сечение которого увеличивается по существу так же, как во второй области (В), и продолжающий его второй участок (С2), на котором сечение увеличивается к концу наружного витка (SE), причем это увеличение больше, чем увеличение сечения на первом участке (C1).

9. Цельная балансирная пружина (1) по п. 1, характеризующаяся тем, что она выполнена из материала на основе кремния.

10. Резонатор, характеризующийся тем, что содержит балансир, взаимодействующий с цельной балансирной пружиной (1) по любому из пп. 1-9.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к компоненту на кремниевой основе, характеризующемуся по меньшей мере одной уменьшенной поверхностью контакта, который, будучи полученным при использовании способа, объединяющего по меньшей мере одну стадию протравливания наклонной боковой стенки с протравливанием вертикальных боковых стенок от компании «Bosch», улучшает, в частности, трибологию компонентов, полученных в результате проведения механической микрообработки пластины на кремниевой основе.

Регулирующий часовой механизм (200), содержащий спусковой колесный узел (10), на который действует вращающий крутящий момент, и по меньшей мере один резонатор (100), содержащий жесткую структуру (110), прикрепленную к платине (1) упругим возвращающим средством (120), на котором установлен по меньшей мере один инерционный рычаг (130), взаимодействующий с данным спусковым колесным узлом (10) с помощью магнитных и/или электрически заряженных дорожек, расположенных как на данном инерционном рычаге (130), так и на данном спусковом колесном узле (10), с целью формирования синхронизирующего устройства между спусковым колесным узлом (10) и резонатором (100); причем синхронизирующее устройство защищено от нарушения синхронизации в случае случайного возрастания крутящего момента механическим антидесинхронизационным механизмом, содержащим механические инерционные рычажные упоры (132), установленные на спусковом колесном узле (10), и по меньшей мере один механический инерционный рычажный упор (132), установленный на инерционном рычаге (130), которые в случае возрастания крутящего момента упираются друг в друга и останавливаются.

Микросистема (10) для настройки частоты генератора колебаний часов, содержащая колесно-инерционный блок (20), включающий в себя эксцентричный дисбаланс (22) и зубчатый венец (21) и установленный с возможностью поворота относительно подложки (60) микросистемы (10), которая включает в себя привод, приводящий в действие первую активную собачку (38), предназначенную для привода зубчатого венца (21), и средство фиксации зубчатого венца (21) в положении, причем указанный привод представляет собой термомеханический привод (30), осуществляющий преобразование потока световой энергии в перемещение дальнего конца (380) термомеханического привода (30), на котором установлена первая активная собачка (38), или который непосредственно управляет движением первой активной собачки (38), причем микросистема (10) может быть встроена в часы (1), содержащие кристалл (2), который может пропускать излучение с заранее заданным диапазоном длины волны и пропускает световой луч (3) для настройки микросистемы (10).

Изобретение относится к волоску, предназначенному для установки в балансе часового механизма, и к способу изготовления такого волоска. Способ изготовления такого волоска включает в себя: этап создания заготовки из ниобиево-титанового сплава, содержащего: - ниобий: остаток до 100 вес.%; - титан: от 40 до 60 вес.%; - следы элементов из группы, включающей в себя O, H, C, Fe, Ta, N, Ni, Si, Cu, Al, каждый из которых составляет от 0 до 1600 млн-1 по весу и которые вместе составляют от 0 до 0,3 вес.%; этап β-закаливания указанной заготовки заданного диаметра, так чтобы титан указанного сплава находился в основном в форме твердого раствора с β-фазным ниобием, а содержание α-фазного титана было меньше или равно 5% по объему; по меньшей мере один этап деформации указанного сплава, чередующийся с по меньшей мере одним этапом термообработки, так чтобы полученный ниобиево-титановый сплав имел предел упругости, больший или равный 600 МПа, и модуль упругости, меньший или равный 100 ГПа.

Изобретение относится к спиральной пружине для баланса, изготовленной из сплава ниобия и титана с по существу однофазной структурой, и способу ее изготовления. Способ включает в себя этап, на котором изготавливают заготовку из сплава на основе ниобия, состоящего из ниобия – остаток до 100 мас.

Соединительный подвижный элемент (8) для синхронизации двух резонаторов (21, 22), каждый из которых включает в себя согласующий палец (71, 72), периодически следующий по плоской замкнутой траектории, включает в себя пазы под пальцы (71, 72), равноудаленные от оси (D) на конструкции (85), поворачивающейся вокруг оси (D) в результате передаваемого ей крутящего момента, при этом пазы являются копланарными пазами, расположенными радиально относительно оси (D) для приема пальцев (71, 72) и попарно симметрично относительно главного, прямого, паза (94), проходящего через ось (D), в плоскости, перпендикулярной оси (D) и в которой скользит главный ползун (93), взаимодействующий с несколькими штангами (91, 92), каждая из которых шарнирно прикреплена одной стороной к одному из пальцев (71, 72), а другой стороной шарнирно прикреплена к главному ползуну (93).

Изобретение относится к часам, содержащим часовой механизм, взаимодействующий с индикаторным устройством, часовой механизм содержит источник механической энергии и систему передачи энергии от источника энергии к по меньшей мере одному резонатору, включающему первое распределительное устройство, управляемое по меньшей мере одним резонатором.

Антиблокировочное устройство (1) для балансира (2), колеблющегося относительно оси (D1), положение которой зафиксировано относительно пластины (3). Оно содержит ограничительный штифт (5) на пластине (3), бистабильное устройство (8), содержащее ротор (9), который выполнен синхронным с балансиром (2) и рычагом (11), колеблющимся относительно другой оси (D2) ротора (9) между двумя крайними положениями средств (12) индексации, запоминающих положение балансира (2), причем траектория рычага (11) частично пересекается с ограничительным штифтом (5) при колебании балансира (2); ограничитель (15) для ограничения амплитуды в случае удара, который содержит упорное устройство (16) между рычагом (11) и ограничительным штифтом (5), выполняющим прерывание колебания при нормальной дуге балансира, и которое под давлением вызывает изменение положения средств (12) индексации и остановку балансира (2) в случае удара.

Изобретение относится к области часовой промышленности и направлено на создание стабилизирующей детали, не чувствительной к изменениям температуры и при производстве которой минимизируются трудности сборки, что обеспечивается за счет того, что цельная стабилизирующая деталь, включающая в себя маятник, изготовленный в первом слое материала на основе кремния и взаимодействующий с волоском, изготовленным во втором слое (21) материала на основе кремния, а также маятниковую пружину, установленную соосно на коронке, согласно изобретению содержит часть, образующую прокладку, которая изготовлена в третьем слое материала на основе кремния и закреплена между указанной коронкой и маятником, чтобы образовать указанную стабилизирующую деталь в виде цельной детали.

Изобретение относится к области часовой промышленности и направлено на создание маятника, свойства которого в зависимости от температуры могут быть легко отрегулированы, при этом простого в изготовлении, что обеспечивается за счет того, что составной маятник образован в слое материала на основе кремния и включает в себя ступицу, соединенную с ободом, по меньшей мере, одной спицей.

Изобретение относится к компактной балансирной пружине переменного сечения. Балансирная пружина выполнена цельной и содержит сплошную полосу, намотанную саму на себя между внутренним витком и наружным витком. Эта полоса имеет такие геометрические характеристики, что, когда угол сжатия балансирной пружины достигает 360°, расстояние между каждым витком от второго витка до предпоследнего витка является постоянным. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Наверх