ПРЕПЯТСТВУЮЩИЙ ОТСОЕДИНЕНИЮ МЕХАНИЗМ ЧАСОВ Российский патент 2017 года по МПК G04B99/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к ограничивающему или передаточному механизму часов для ограничения или передачи углового хода подвижного компонента ходового механизма часов, при этом вышеуказанный подвижный механизм включает в себя, по меньшей мере, один выступающий штифт или зуб, и вышеуказанный ограничивающий или передаточный механизм часов включает в себя ограничивающие или передаточные средства, которые крепятся с помощью, по меньшей мере, одного гибкого мультистабильного или бистабильного элемента к другому компоненту ходового механизма или к жесткому конструкционному элементу вышеуказанного ходового механизма, и вышеуказанный механизм образует препятствующий отсоединению механизм для ограничения углового хода баланса ходового механизма часов; вышеуказанный баланс включает в себя ось и штифт или схожий элемент, выступающий от вышеуказанной оси, и вышеуказанный препятствующий отсоединению механизм включает в себя, по меньшей мере, один гибкий мультистабильный или бистабильный элемент, на котором размещен, по меньшей мере, один препятствующий отсоединению стопорный элемент, который крепится с помощью гибких и упругих соединительных элементов к жесткому конструкционному элементу вышеуказанного ходового механизма часов, и один конец вышеуказанного препятствующего отсоединению стопорного элемента согласно угловому положению вышеуказанного баланса может препятствовать траектории движения вышеуказанного штифта и выполнять функцию стопорного элемента, если вышеуказанный баланс превышает свой нормальный угловой ход.

Изобретение также относится к ходовому механизму часов, включающему в себя, по меньшей мере, один регулирующий элемент, который имеет баланс и который включает в себя, по меньшей мере, один препятствующий отсоединению механизм этого типа.

Изобретение также относится к часам, включающим в себя, по меньшей мере, один ходовой механизм этого типа или, по меньшей мере, один препятствующий отсоединению механизм этого типа.

Изобретение относится к области спусковых механизмов часов.

Уровень техники

Разработчики механических часов уделяют постоянное внимание улучшению хода часов и исследованиям в области повышения их эффективности с целью обеспечения максимального запаса энергии в сочетании с исправностью, точностью и защищенностью в наиболее сложных условиях использования. Ключом к успеху являются сборка с регулировкой и спусковой механизм.

В частности, в механических часах спусковые механизмы должны удовлетворять нескольким критериям надежности. Одно из защитных устройств, препятствующий отсоединению механизм, предназначено для предотвращения углового перемещения баланса на угол, превышающий нормальный угол поворачивания.

В патенте ЕР №1801668 В1 от имени Montres Breguet SA предлагается механизм, конструкция которого отличается тем, что он включает в себя шестерню, установленную на оси баланса. Эта шестерня входит в зацепление с зубчатым колесом, по меньшей мере, один радиус которого упирается в неподвижный упор, если смещение баланса превышает нормальный угол поворачивания. Однако механизм оказывает влияние на инерцию баланса и может нарушать колебания. Кроме того, в шестерне, образующей механизм, присутствует трение, что также нарушает работу регулирующего механизма.

В патентной заявке ЕР №1 666990 А2 от имени Montres Breguet SA описывается другой препятствующий отсоединению механизм, действующий на основе расширения пружины баланса; стопорное плечо, прикрепленное к наружному витку пружины баланса, вставлено между пальцем, объединенным с балансом, и двумя колонками, объединенными с полосой баланса. Стопорение происходит только в случае расширения пружины баланса на угол, превышающий нормальный рабочий угол. Этот механизм ограничивает только угол поворачивания в одном направлении поворачивания.

Вкратце, каждый из известных защитных механизмом имеет, по меньшей мере, один из следующих недостатков: нарушение колебаний в результате изменения инерции регулирующего элемента, отрицательное влияние на эффективность в результате трения или ограничение угла поворачивания только в одном направлении поворачивания.

В патентной заявке ЕР №24500756 А1 от имени Nivarox описывается препятствующее отсоединению устройство для спускового механизма с поворотным подвижным компонентом, на котором установлен палец, который может перемещаться по криволинейной траектории совместно с балансом. Этот поворотный подвижный компонент может включать в себя плечо с бистабильным рычагом, в частности, с упругим бистабильным рычагом.

В патентной заявке ЕР №2037335 А2 от имени Enzler-Von-Gunten описывается палетный спуск, который имеет два плеча, снабженные палетными камнями и палетной вилкой, при этом сборка выполняется как одно целое с двумя гибкими крепежными плечами, которые образуют воображаемую поворотную ось палетного спуска и обеспечивают поворачивание паллеты, когда они изгибаются, и средние оси двух этих полос пересекаются с этой воображаемой осью.

В международной заявке №WO 2011/120180 А1 от имени ROLEX описывается блокирующее устройство для анкерного колеса. Это устройство включает в себя блокиратор с двумя паллетами, связанный с конструкцией с помощью двух упругих пластин для образования воображаемой оси. Третья упругая пластина действует на этот блокиратор с боковой стороны.

В швейцарской патентной заявке № СН 703333 А2 от имени FRAGNIERE приводится описание якоря с бистабильной возвратной пружиной, прикрепленной к рычагу якоря между вилкой и поворотной осью.

В патентной заявке ЕР № 1710636 А1 от имени ROCHAT описывается механизм, подобный ходу со спусковой пружиной, с системой, включающей в себя бистабильную пружину.

В патентной заявке ЕР № 2450757 А1 от имени NIVAROX описывается препятствующий отсоединению механизм спускового механизма с дистабильным компонентом, включающий в себя противоударные средства ограничения амплитуды.

В международной заявке № WO 2013/144236 от имени NIVAROX описывается гибкий спусковой механизм с подвижной рамкой, установленной на бистабильных гибких пластинах.

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы повысить эффективность работы часов и устранить вышеуказанные проблемы, лишь немного нарушая колебания баланса при незначительной потере эффективности или без потери эффективности и ограничении углового хода баланса в обоих направлениях поворачивания.

Препятствующий отсоединению механизм по изобретению спроектирован на основе принципа сохранения положения баланса подобно балансу швейцарского анкерного спуска: элемент изменяет положение, когда баланс движется и позиционирует препятствующий отсоединению стопорный элемент таким же образом, как и в случае со швейцарским анкерным спуском, в качестве выходящих и входящих ограничительных или стопорных штифтов с помощью вилки и рожков.

Изобретение относится к ограничивающему или передаточному механизму часов для ограничения или передачи углового хода подвижного компонента ходового механизма часов, при этом вышеуказанный подвижный механизм включает в себя, по меньшей мере, один выступающий штифт или зуб; отличающемуся тем, что вышеуказанный ограничивающий или передаточный механизм часов включает в себя ограничивающие или передаточные средства, которые крепятся с помощью, по меньшей мере, одного гибкого мультистабильного или бистабильного элемента к другому компоненту вышеуказанного ходового механизма или к жесткому конструкционному элементу вышеуказанного ходового механизма.

В конкретном применении этот механизм является препятствующим отсоединению механизмом для ограничения углового хода баланса ходового механизма часов, при этом вышеуказанный баланс включает в себя ось и штифт, выступающий от вышеуказанной оси. Препятствующий отсоединению механизм по изобретению спроектирован на основе принципа сохранения положения баланса подобно швейцарскому анкерному спуску: элемент изменяет положение, когда баланс движется и позиционирует препятствующий отсоединению стопорный элемент таким же образом, как и в случае со швейцарским анкерным спуском, в качестве выходящих и входящих ограничительных или стопорных штифтов с помощью вилки и рожков. По изобретению этот препятствующий отсоединению механизм включает в себя, по меньшей мере, один гибкий мультистабильный или бистабильный элемент, на котором расположен, по меньшей мере, один препятствующий отсоединению стопорный элемент и который крепится с помощью гибких и упругих соединительных элементов к жесткому конструкционному элементу вышеуказанного ходового механизма часов.

Изобретение относится к ограничивающему или передаточному механизму часов для ограничения или передачи углового хода подвижного компонента ходового механизма часов, при этом вышеуказанный подвижный компонент включает в себя, по меньшей мере, один выступающий штифт или зуб, и вышеуказанный ограничивающий или передаточный механизм часов включает в себя ограничивающие или передаточные средства, которые крепятся с помощью, по меньшей мере, одного гибкого мультистабильного или бистабильного элемента к другому компоненту вышеуказанного ходового механизма или к жесткому конструкционному элементу вышеуказанного ходового механизма, и вышеуказанный механизм образует препятствующий отсоединению механизм для ограничения углового хода баланса ходового механизма часов; вышеуказанный баланс включает в себя ось и штифт, выступающий от вышеуказанной оси, и вышеуказанный препятствующий отсоединению механизм включает в себя, по меньшей мере, один гибкий мультистабильный или бистабильный элемент, на котором размещен, по меньшей мере, один препятствующий отсоединению стопорный элемент, который крепится с помощью гибких и упругих соединительных элементов к жесткому конструкционному элементу вышеуказанного ходового механизма часов, и один конец вышеуказанного препятствующего отсоединению стопорного элемента согласно угловому положению вышеуказанного баланса может препятствовать траектории движения вышеуказанного штифта и выполнять функцию стопорного элемента, если вышеуказанный баланс превышает свой нормальный угловой ход; отличающийся тем, что вышеуказанный препятствующий отсоединению стопорный элемент имеет два плеча, соответствующие концы которых препятствуют траектории движения вышеуказанного штифта.

Изобретение также относится к ходовому механизму часов, который включает в себя, по меньшей мере, один регулирующий механизм с балансом и который имеет, по меньшей мере, один препятствующий отсоединению механизм этого типа; и отличающийся тем, что вышеуказанный ходовой механизм включает в себя конструкцию, к которой крепится вышеуказанный гибкий мультистабильный или бистабильный элемент вышеуказанного препятствующего отсоединению механизма, или которая образована с помощью вышеуказанного мультистабильного или бистабильного элемента.

Изобретение также относится к часам, включающим в себя, по меньшей мере, один ходовой механизм этого типа или, по меньшей мере, один препятствующий отсоединению механизм этого типа.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные характеристики и преимущества изобретения станут понятными после изучения приведенного ниже подробного описания со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:

Фиг.1 - схематичный вид спереди ограничивающего или передаточного механизма часов по изобретению, выполненного в форме препятствующего перемещению механизма по изобретению, прикрепленного к конструкции ходового механизма и попеременно взаимодействующего со штифтом баланса с помощью одного из нескольких содержащихся в нем плеч; на фигуре показаны два плеча;

Фиг.2 - вид, аналогичный виду из Фиг.1 того же механизма, дополненного противоударным механизмом;

Фиг.3 - схематичный вид трех состояний балки с заделанными концами: 3А - исходное состояние, 3В - первый режим изгибания, 3С - второй режим изгибания;

Фиг.4 - схематичный вид спереди предварительно напряженной балки с заделанными концами, изогнутой во втором режиме из Фиг.3С под действием гибкой оси;

Фиг.5 - схематичный вид спереди варианта выполнения изобретения по принципу из Фиг.4; балка, изготовленная по варианту выполнения как единое целое, находится в изогнутом и предварительно напряженном состоянии с помощью смещенных от центра винтов;

Фиг.6 - вариант из Фиг.5; предварительное напряженное состояние достигается с помощью карманов из двуокиси кремния в кремниевой рамке. На Фиг.6А и 6В детально показан участок перед окислением кремния и после такого окисления, имеющий большие отличия в сечении, которое значительно изменилось после образования двуокиси кремния и воздействия изгибающего напряжения или силы на прямолинейную балку меньшего сечения;

Фиг.7 - другой принцип создания предварительного напряженного состояния, используя различие в сопротивлении изгибу между сетью параллельных балок, выполненных из окисленного кремния, и одной предварительно напряженной изогнутой балкой. Фиг.7А, 7В, 7С - последовательные этапы по способу окисления и изгибания балки;

Фиг.8 - вариант препятствующих отсоединению стопорных плеч, включающих в себя гибкие противоударные участки;

Фиг.9 - частичный схематичный вид часов в форме наручных часов, включающих в себя ходовой механизм с препятствующим отсоединению устройством по изобретению;

Фиг.10 - конфигурация, в которой фактическая мультистабильная или бистабильная ось препятствующего отсоединению механизма перемещается поступательно;

Фиг.11 - детальный вид препятствующего отсоединению механизма включающего в себя, по меньшей мере, два уровня для удерживания плеч препятствующей отсоединению системы в плоскости штифта баланса: первый верхний уровень с плечами, взаимодействующими с вышеуказанным штифтом, и второй нижний уровень с копьем, взаимодействующим с выемкой;

Фиг.12 - конструкция, которая может деформироваться за счет окисления силикона в варианте конструкции из Фиг.7А.

Фиг.13 - сечение конструкции из отдельного кристалла кварца для изготовления препятствующего отсоединению механизма по изобретению;

Фиг.14 - механизм по изобретению с функцией отталкивания между штифтом баланса и плечами препятствующего отсоединению механизма, выполняемой магнитами, расположенными в вертикальной ориентации и в сечении по пунктирной линии;

Фиг.15 - схожий вариант выполнения, ориентированный в плоскости магнитного поля;

Фиг.16 - схематичный вид, подобный виду из Фиг.10, в более общем случае, где перемещение может быть перемещением любого типа и является бистабильным;

Фиг.17А и 17В - предварительное напряженное состояние, полученное посредством образования оксидной пленки (до и после) в витке;

Фиг.18А и 18В (и детальные виды на Фиг.19А и 19В) - предварительное напряженное состояние, полученное посредством раскрытия углов на вершине зигзагообразного профиля с помощью образования оксидной пленки (до и после);

Фиг.20А и 20В - изменение угла, полученное посредством изменения (до и после) радиуса кривизны окисленных стенок в зоне, имеющей очень небольшой радиус кривизны;

Фиг.21 - схематичный вид гибкой бистабильной полосы, взаимодействующей с обоими концами отдельной массы;

Фиг.22 - вид сверху другого применения, в котором ограничивающий или передаточный механизм часов является палетным механизмом между балансом и анкерным колесом.

Осуществление изобретения

Настоящее изобретение относится к ограничивающему или передаточному механизму 1000 часов для ограничения или передачи углового хода подвижного компонента 2000 ходового механизма 10 часов, при этом вышеуказанный подвижный механизм 2000 включает в себя, по меньшей мере, один выступающий штифт или зуб 4000, в частности, радиально выступающий зуб 5001 или выступающий в осевом направлении штифт 4. По изобретению этот ограничивающий или передаточный механизм 1000 часов включает в себя ограничивающие или передаточные средства 6000, которые крепятся с помощью, по меньшей мере, одного мультистабильного гибкого элемента, в частности, мультистабильного или бистабильного элемента 5, к другому компоненту ходового механизма 10 или к жесткому конструкционному элементу 7 ходового механизма 10.

В конкретном применении этот ограничивающий или передаточный механизм 1000 является препятствующим отсоединению механизмом 1, который предназначен для предотвращения быстрого движения баланса 2 часов. Баланс включает в себя ось 3 и штифт 4 или схожий элемент, выступающий от вышеуказанной оси 3.

Этот препятствующий отсоединению механизм 1 включает в себя, по меньшей мере, один монолитный гибкий мультистабильный или бистабильный элемент, который далее носит название «гибкий мультистабильный или бистабильный элемент 5», на котором размещен, по меньшей мере, один препятствующий отсоединению стопорный элемент 6,

который крепится с помощью гибких и упругих соединительных элементов к жесткому конструкционному элементу 7, такому как нижняя платина, полоса или схожий элемент ходового механизма 10 часов, в котором предусмотрен регулирующий элемент, к которому относится баланс 2.

В конкретном варианте конструкция 7 содержит систему самовыравнивания с осью баланса 2.

Этот гибкий мультистабильный или бистабильный элемент 5 поддерживает, по меньшей мере, один препятствующий отсоединению стопорный элемент 6, один конец 63 или 64 которого согласно угловому положению баланса 2 может препятствовать траектории движения штифта 4 и выполнять функцию стопорного элемента, если баланс 2 превышает свой нормальный угловой ход.

На Фиг. 1 схематично показано, в частности, предпочтительное неограничивающее применение, в котором гибкий мультистабильный или бистабильный элемент 5 и, по меньшей мере, один препятствующий отсоединению стопорный элемент 6 совместно образуют монолитный компонент. В этом преимущественном варианте выполнения изобретения препятствующий отсоединению стопорный элемент 6 включает в себя два плеча 61, 62, соответствующие концы которых могут согласно положению баланса 2 препятствовать траектории движения штифта 4 и выполнять функцию стопорного элемента, если баланс 2 превышает свой нормальный угловой ход. Этот вариант выполнения с двумя плечами, как показано, ограничивает угол поворачивания баланса 2 в обоих направлениях поворачивания вышеуказанного баланса. На Фиг. 1 пунктирными линиями показано положение препятствования движению баланса 2, ограничивающее его угловой ход.

Гибкий мультистабильный или бистабильный элемент 5 показан здесь с гибкими и упругими соединительными элементами, которые образованы, по меньшей мере, двумя тонкими полосами 51, 52, прикрепленными у первого конца конструкции 7 и соединенными с помощью второго конца с телом гибкого элемента. В частном случае из Фиг. 1 две тонких полосы 51, 52 соединены с помощью вторых концов с телом гибкого элемента в V-образной форме и определяют фактическую ось, вокруг которой может поворачиваться препятствующий отсоединению стопорный элемент 6. Таким образом, в случае с Фиг. 1 и 2 элемент 5 по изобретению является гибкой мультистабильной или бистабильной осью. Этот вариант выполнения не является исключительным. На Фиг. 10 показан более общий случай, когда препятствующий отсоединению стопорный элемент 6 перемещается поступательно. На Фиг. 16 показан более общий случай, когда перемещение может быть перемещением любого типа и является мультистабильным или бистабильным.

Предпочтительно, по меньшей мере, два гибких плеча 51, 91, 52, 92 установлены как предварительно напряженные и изгибаются относительно конструкции 7 или относительно рамки 56, содержащейся в гибком мультистабильном или бистабильном элементе.

Каждая из полос 51, 52 может находиться в нескольких состояниях в зависимости от воздействующих на них напряжений или сил. Каждая из этих полос рассчитана на функционирование посредством изгибания и может быть адаптирована к различным геометриям в зависимости от режима изгибания, как показано на Фиг.3, т.е. исходного положения на Фиг.3А, первого режима изгибания с вогнутой или выпуклой формой на Фиг.3В и второго режима изгибания с S-образной или Z-образной формой на Фиг.3С. Гибкий мультистабильный или бистабильный элемент 5 может включать в себя гибкие элементы, формы которых отличаются от формы показанных здесь гибких полос 51, 52 без отклонения от изобретения.

В конкретном варианте выполнения гибкий мультистабильный или бистабильный элемент 5 также может быть выполнен как одно целое с конструктивным элементом 7.

В конкретном варианте выполнения, показанном на Фиг.8, гибкие элементы 65. 66 могут быть включены в состав плеч 61, 62 стопорного элемента 6 препятствующего отсоединению механизма 1 для предотвращения чрезмерного ударного воздействия.

Гибкий мультистабильный или бистабильный элемент 5 может быть выполнен по технологии изготовления кремниевых приборов, технологиям LIGA, MEMS и т.п. Он имеет очень низкую инерцию по сравнению с инерцией баланса 2, и его приведение в действие лишь незначительно нарушает колебания баланса 2.

На Фиг.2 показан противоударный механизм для защиты гибких полос 51 и 52 гибкого мультистабильного или бистабильного элемента 5. Этот механизм является полезным или даже необходимым в случаях, когда препятствующие отсоединению стопорные элементы 6 должны ограничивать амплитуду баланса 2. Противоударный механизм предназначен для поглощения ударов в противоударных стопорных элементах 81, 82, которые взаимодействуют при контакте с плечами 61, 62, и препятствования передачи этих ударов на гибкие плечи 51, 52 во избежание поломки вышеуказанных плеч. На Фиг.5 показан противоударный стопорный элемент 83, соосный с гибкой осью. В этом примерном варианте выполнения противоударные стопорные элементы 81 и 82 включают в себя, по существу, цилиндрические выступы, которые взаимодействуют с канавками, по существу, сопрягаемой формы в плечах 61 и 62.

Гибкий мультистабильный или бистабильный элемент 5 может быть выполнен согласно нескольким принципам. На Фиг.3 показан принцип мультистабильного или бистабильного состояния в этом конкретном случае. Предусматривается использование нормальных режимов изгибания балки 9, подвергаемой воздействию напряжений, в частности, второго режима, показанного на Фиг.3С.

Как показано на Фиг.4, в преимущественном варианте выполнения для прикладывания силы к балке 9 с целью ее изгибания во втором режиме ось 90 воздействует на балку 9 для получения узловой точки посередине балки (центр вращения добавленной оси). Центр 50 вращения мультистабильной или бистабильной оси 5 является центром вращения добавленной оси 90.

На Фиг.5 показан весь препятствующий отсоединению механизм 1, выполненный согласно этому принципу. Гибкий мультистабильный или бистабильный элемент 5 включает в себя, по меньшей мере, одну предварительно напряженную балку 9, изогнутую по второму режиму, где балка 9 принимает S-образную или Z-образную форму, и ось 90 воздействует на вышеуказанную балку 9 для получения узловой точки в средней зоне, преимущественно посередине балки. Предпочтительно, в случае из Фиг.5 гибкий мультистабильный или бистабильный элемент 5 выполнен посредством изгибания двух предварительно напряженных балок 91 и 92 (которые совместно образуют балки 9) за счет прикладывания к ним напряжений, используя два смещенных от центра винта 94 и 95. Третья балка 93, прикрепленная к конструкции 7 или к рамке 56 гибкого мультистабильного или бистабильного элемента 5, воздействует на балку 9, образованную из балок 91 и 92, с целью деформирования во втором режиме и служит в качестве оси 90 из Фиг.4. Противоударный стопорный элемент 83 расположен в центре вращения 50 мультистабильного или бистабильного элемента 5.

На Фиг.11 показан противоударный стопорный элемент 6, включающий в себя, по меньшей мере, два уровня для удерживания плеч 61, 62 препятствующей отсоединению системы в плоскости штифта 4 баланса: первый верхний уровень с плечами 61 и 62, взаимодействующими со штифтом 4, и второй нижний уровень с копьем 67, взаимодействующим с выемкой 21 баланса 2.

Для устранения каких-либо контактов или уменьшения контактного давления препятствующий отсоединению механизм 1 по изобретению также может преимущественно включать в себя средства для создания отталкивающей силы или момента между балансом 2 и плечами 61, 62 препятствующего отсоединению механизма 1.

На Фиг.14 показан случай, когда функция отталкивания выполняется магнитами, расположенными в вертикальной ориентации на штифте 4 и концах 63, 64 плеч 61, 62. На

Фиг. 15 показан схожий вариант выполнения с ориентацией в плоскости магнитного поля, при этом показаны северный и южный полюса этих магнитов.

В схожей конфигурации вместо магнитов или в добавление к ним для прикладывания отталкивающих сил могут использоваться электреты (электростатические заряды).

Это должно увеличивать эффективность препятствующего отсоединению механизма 1 и сводить к минимуму нарушение функционирования баланса 2. Препятствующий отсоединению механизм 1 действует следующим образом:

- во время первой фазы баланс 2, выполняя колебания, передает энергию мультистабильному или бистабильному элементу 5;

- во время второй фазы после точки равновесия механизм возвращает часть энергии балансу 2, посылая небольшой импульс.

Этот механизм функционирует аналогично рожкам швейцарского анкерного хода, при этом предусматриваются высвобождение и передача импульса.

В конкретном варианте выполнения баланс 2 и/или, по меньшей мере, плечи 61, 62 препятствующего отсоединению стопорного элемента 6 или весь препятствующий отсоединению механизм 1, когда он представляет собой одно целое, в преимущественном варианте выполнения изготовлен по технологии изготовления кремниевых приборов из кремниевой пластины с созданием пленки двуокиси кремния или без создания такой пленки и с поверхностным слоем, содержащим в конкретном случае или магниты или магнитные частицы, с одной стороны, или электреты, с другой стороны. Этот специальный слой может быть получен гальваническим способом или распылением катода или другим пригодным способом микроструктурирования.

В предпочтительном случае, когда гибкий мультистабильный или бистабильный элемент изготавливается по технологии изготовления кремниевых приборов, напряжения в полосах, образующих балки 91 92, могут создаваться посредством окисления кремния. Фактически, окись кремния занимает большой объем, когда она образуется из кремния, как показано на Фиг. 6, где в кремниевой рамке 56 образованы карманы 54, 55 из SiO₂. В примере на Фиг. 5 и 6 показано, что эта рамка 56 также может образовывать конструкцию 7 или может быть соединена с ней очень простым способом, используя обычную технологию механического крепления.

На Фиг. 6А и 6В детально показан участок перед окислением кремния и после такого окисления, имеющий большие отличия в сечении, которое значительно изменилось после образования двуокиси кремния, в результате чего прямая балка Р, имеющая меньшее сечение, чем торец Т балки, образующий расширение балки, подвергается воздействию

изгибающих напряжений.

Другим средством создания изгибающих напряжений в этих полосах является окисление кремниевой конструкции конкретной формы, показанной на Фиг.7. Окисление кремния создает поверхностные напряжения, которые имеют эффект увеличения длины окисленной балки. На Фиг.7 показан другой принцип создания предварительного напряжения, используя различие в сопротивлении изгибу между сетью параллельных окисленных кремниевых балок и одной предварительно напряженной изогнутой балкой, и показан простой механизм, где в левой части параллельная конструкция 94 имеет группу параллельных балок 95, которые после окисления (пунктирные линии) будут оказывать воздействие с целью изгибания на находящийся в правой части гибкий элемент 9, который должен подвергаться напряжениям, в данном случае балку 9, 91, 92 и т.п., которая должна быть деформирована, при этом сопротивление изгибу параллельной конструкции 94 намного превышает сопротивление изгибу гибкого элемента 96, который должен подвергаться воздействию напряжений. На Фиг.7А, 7В, 7С показаны последовательные этапы способа окисления и изгибания балки Р, расположенной между двумя проемами F1, F2 в рамке С. На Фиг.7А показана основная конструкция, полученная посредством формообразования с помощью травления кремния, в момент, когда она находится в печи. На Фиг.7В показано образование двуокиси кремния SiO₂ внутри проемов F1 и F2 и, тем самым, на боковых сторонах балки Р, посредством выдерживания конструкции известным способом в течение нескольких часов при 1100°С, при этом образование двуокиси кремния SiO₂ происходит за счет частичного расхода кремния в направлении наружной стороны компонента и, соответственно, в тонкой балке Р, и с течением времени в ходе этой обработки при 1100°С доля двуокиси кремния SiO₂ увеличивается, и доля кремния уменьшается. На Фиг.7С показано сжатие конструкции после охлаждения до окружающей температуры примерно 20°С. Боковые элементы M1, M2 рамки С, параллельные балке Р и, по существу, образованные из кремния, и небольшого количества двуокиси кремния, сжимаются в большей степени, чем балка Р, которая, по существу, образована из двуокиси кремния, имеющей более низкий коэффициент расширения, чем кремний. Соответственно, балка Р подвергается воздействию изгибающих напряжений и приобретает бистабильное состояние.

Другой вариант показан ан Фиг.12.

На Фиг.17А и 17В также показано предварительное напряженное состояние, полученное посредством образования оксидной пленки в витке.

На Фиг.18А и 18В (и детально на Фиг.19А и 19В) показано предварительное напряженное состояние, полученное посредством раскрытия углов на вершине зигзагообразного профиля согласно такому же принципу: создание кремниевой оксидной пленки вынуждает эти углы раскрываться, и перемещение усиливается посредством зигзагообразной геометрии конструкции. На Фиг.20А и 20В показано изменение угла, полученное посредством изменения радиуса кривизны окисленных стенок в зоне, имеющей очень небольшой радиус кривизны.

Изобретение также относится к способу, посредством которого образуется гибкая мультистабильная или бистабильная полоса.

В первом варианте, показанном на Фиг.21, гибкая мультистабильная или бистабильная полоса 5 взаимодействует с обоими концами E1, E2, по меньшей мере, одной массы и, в частности, отдельной массы MU. Способ включает в себя ряд следующих операций:

- выполняется травление кремниевого компонента S, в котором гибкая балка Р малого сечения образует соединение между концами E1, E2, имеющими, по меньшей мере, одну массу MU большого сечения (по меньшей мере, в десять раз превышающего малое сечение), при этом вышеуказанная, по меньшей мере, одна масса MU образует жесткую рамку С;

- этот компонент S подвергается в печи образованию двуокиси кремния SiO₂ по известному способу посредством поддержания температуры 1100°С градусов в течение нескольких часов;

- период, равный нескольким часам, регулируется таким образом, чтобы первое соотношение RA между сечением балки Р, образованной из двуокиси кремния SiO₂, и сечением балки Р, образованной из кремния, составляло более 1; кремний в балке Р может быть полностью окислен, при этом балка становится гибким элементом 5. Второе соотношение RB между сечением массы MU, образованной из двуокиси кремния SiO₂, и сечением массы MU, образованной из кремния, намного ниже первого соотношения RA. Соотношение RA/RB составляет значение от 2 до 10000 и предпочтительно от 10 до 1000 и в предпочтительном применении более 100;

- выполняется охлаждение до окружающей температуры, примерно до 20°С, так чтобы вынудить балку Р изгибаться во время охлаждения, по меньшей мере, массы MU, сжатие которой во время охлаждения превышает сжатие балки Р. На Фиг.7А, 7В, 7С показано внедрение второго варианта способа образования гибкой мультистабильной или бистабильной полосы, используя, по меньшей мере, две массы. Способ включает в себя ряд следующих операций:

- выполняется травление кремниевого компонента S, в котором гибкая балка Р малого сечения образует соединение между, по меньшей мере, двумя массами M1, M2 большого сечения (по меньше мере, в десять раз превышающего малое сечение), при этом вышеуказанные, по меньшей мере, две массы M1, M2 образуют совместно или с другими конструкционными элементами жесткую рамку С;

- этот компонент S подвергается в печи образованию двуокиси кремния SiO₂ по известному способу посредством поддержания температуры 1100°С градусов в течение нескольких часов;

- период, равный нескольким часам, регулируется таким образом, чтобы первое соотношение RA между сечением балки Р, образованной из двуокиси кремния SiO₂, и сечением балки Р, образованной из кремния, составляло более 1; кремний в балке Р может быть полностью окислен, при этом балка становится гибким элементом 5. Второе соотношение RB между сечением каждой из масс массы каждой из масс M1 и M2, образованной из двуокиси кремния SiO₂, и сечением соответствующей массы, образованной из кремния, намного ниже первого соотношения RA. Соотношение RA/RB составляет значение от 2 до 1000 и предпочтительно от 10 до 1000 и в предпочтительном применении более 100;

- выполняется охлаждение до окружающей температуры, примерно до 20°С, так чтобы вынудить балку Р изгибаться во время охлаждения двух масс M1 и M2, сжатие которых во время охлаждения превышает сжатие балки Р.

В другом варианте выполнения конструкция препятствующего отсоединению механизма 1 выполнена из отдельного кристалла кварца. Как показано на Фиг.13, верхняя и нижняя поверхности сердцевины кристалла кварца покрыты слоем, полученным при более высокой температуре, чем температура окружающей среды, при этом коэффициент а меньше коэффициента α_х,у кварца. Коэффициент α_х,у кварца составляет 7,5 млн^-1/°С.

Показанный здесь препятствующий отсоединению механизм 1 ограничивает направление поворачивания баланса в обоих направлениях поворачивания. Он лишь незначительно нарушает колебания баланса 2.

Изобретение может использоваться в часовых механизмах, которые не имеют препятствующего отсоединению механизма.

В другом конкретном применении ограничивающий или передаточный механизм 1000 часов является палетным спуском 3000 для анкерного механизма, в частности, но без ограничения, швейцарским анкерным спуском согласно такому же принципу для взаимодействия с балансом 2 и с анкерным колесом 5000. Этот палетный спуск 3000 включает в себя, по меньшей мере, один гибкий мультистабильный и, в частности, мульистабильный или бистабильный элемент 5. Спуск может быть выполнен по варианту выполнения как гибкий спуск, имеющий постоянное усилие согласно патентной заявке ЕР №12183559.9 того же заявителя. Взаимодействие палетного спуска 3000 с балансом 2 достигается с помощью рожков 3001, схожих с концами 63. 64, плеч 61 и 62 препятствующего отсоединению стопорного элемента 6, описанного выше. Эти рожки 3001, расположенные на первой части 3100 палетного спуска, соединены с помощью, по меньшей мере, одной гибкой мультистабильной и, в частности, мультистабильной или бистабильной полосы 5 или с неподвижной конструкцией 7 или, предпочтительно со второй частью 3200 палетного спуска, включающего в себя палетные камни 3002, взаимодействующие с зубьями 5001 анкерного колеса 5000. Аналогично, эти палетные камни 3002 преимущественно образованы подобно плечам 61 и 62 и соединены с помощью, по меньшей мере, одной гибкой мультистабильной и, в частности, мультистабильной или бистабильной полосы 5 или с неподвижной конструкцией 7 или, предпочтительно с первой частью 3100 палетного спуска, включающего в себя рожки 3001.

Согласно конкретному преимущественному способу для улучшения хода и эффективности работы часов между рожками 3001 и балансом 2, с одной стороны, и/или камнями 3002 налеты и анкерным колесом 5000, с другой стороны, обеспечивается взаимодействие без какого-либо контакта или с уменьшенным контактом, и с этой целью поверхности рожков 3001 и/или камней, на которые оказывается воздействие, намагничиваются или наэлектролизовываются для взаимодействия с отталкиванием противолежащих поверхностей баланса и/или, соответственно, анкерного колеса, которые выполнены из соответствующего материала и/или преимущественно намагничиваются и/или, соответственно, наэлектролизовываются надлежащим образом. В патентной заявке №РСТ/ЕР 2011/057578 от имени Swatch Group Research and Development Ltd описывается этот тип бесконтактной передачи или передачи с ослабленным контактом, комбинация которой с механизмом, имеющим гибкую мультистабильную полосу и, в частности, палетный спуск, обеспечивает требуемые преимущества.

Изобретение также относится к ходовому механизму 10 часов, который включает в себя, по меньшей мере, один регулирующий элемент, имеющий баланс, и который включает в себя, по меньшей мере, один ограничивающий или передаточный механизм 1000 часов по изобретению. В этом случае ходовой механизм 10 включает в себя конструкцию 7, к которой крепится гибкий мультистабильный или бистабильный элемент 5 вышеуказанного ограничивающего или передаточного механизма 1000 часов или вышеуказанный гибкий мультистабильный или бистабильный элемент 5 фактически образует эту конструкцию.

Изобретение также относится к часам 100, в частности часам, включающим в себя, по меньшей мере, один ходовой механизм 10 этого типа или, по меньшей мере, один ограничивающий или передаточный механизм 1000 часов этого типа.

Считается, что эквивалентные механизмы на основе обычных осей и пружин, соответствующие гибким мультистабильным или бистабильным осям, образуют часть настоящего изобретения.

Способы, используемые для изготовления устройства, не ограничиваются до технологии изготовления кремниевых приборов и также включают в себя технологии LIGA, MEMS и другие способы микроструктурирования.

Препятствующий отсоединению механизм (1) для ограничения хода часового баланса (2), включающего в себя штифт (4), выступающий от оси (3); этот механизм включает в себя гибкий мультистабильный или бистабильный элемент (5), на котором размещен препятствующий отсоединению стопорный элемент (6), который крепится с помощью гибких и упругих соединительных элементов к жесткому конструкционному элементу (7) ходового механизма (10) часов. Один конец (63, 64) вышеуказанного препятствующего отсоединению стопорного элемента (6) согласно угловому положению вышеуказанного баланса (2) предназначен для препятствования траектории движения штифта (4) и выполнения функции стопорного элемента, если баланс (2) превышает свой нормальный угловой ход. Каждый препятствующий отсоединению стопорный элемент (6) включает в себя два плеча (61, 62), соответствующие концы (63, 64) которых могут препятствовать траектории движения штифта (4). 3 н. и 13 з.п. ф-лы, 31 ил.

1. Передаточный механизм (1000) часов с ограничением для ограничения и передачи углового хода подвижного компонента (2000) ходового механизма (10) часов, причем вышеуказанный подвижный компонент (2000) включает в себя по меньшей мере один выступающий штифт или зуб (4000), при этом вышеуказанный передаточный механизм (1000) часов включает в себя ограничивающее и передаточное средство (6000), которое прикреплено с помощью по меньшей мере одного гибкого мультистабильного или бистабильного элемента (5) к другому компоненту вышеуказанного ходового механизма (10) или к жесткому конструкционному элементу (7) вышеуказанного ходового механизма (10), причем вышеуказанный механизм (1000) образует препятствующий отсоединению механизм (1) для ограничения углового хода баланса (2) ходового механизма (10) часов, при этом вышеуказанный баланс (2) включает в себя ось (3) и штифт (4), выступающий от вышеуказанной оси (3), причем вышеуказанный препятствующий отсоединению механизм (1) включает в себя по меньшей мере один гибкий мультистабильный или бистабильный элемент (5), на котором размещен по меньшей мере один препятствующий отсоединению стопорный элемент (6) и который прикреплен с помощью гибких и упругих соединительных элементов к жесткому конструкционному элементу (7) вышеуказанного ходового механизма (10) часов, при этом один конец (63, 64) вышеуказанного препятствующего отсоединению стопорного элемента (6) согласно угловому положению вышеуказанного баланса (2) предназначен для препятствования траектории движения вышеуказанного штифта (4) и выполнения функции стопорного элемента, если вышеуказанный баланс (2) превышает свой нормальный угловой ход, отличающийся тем, что вышеуказанный препятствующий отсоединению стопорный элемент (6) включает в себя два плеча (61, 62), соответствующие концы (63, 64) которых могут препятствовать траектории движения вышеуказанного штифта (4).

2. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что вышеуказанный гибкий мультистабильный или бистабильный элемент (5) прикреплен с помощью по меньшей мере двух гибких полос (51, 91; 52, 92), образующих вышеуказанные гибкие и упругие соединительные элементы, к вышеуказанному жесткому конструкционному элементу (7).

3. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что вышеуказанный препятствующий отсоединению стопорный элемент (6) включает в себя по меньшей мере два уровня для удерживания вышеуказанных плеч (61, 62) в плоскости вышеуказанного штифта (4), причем на первом верхнем уровне с помощью вышеуказанных плеч (61, 62), взаимодействующих с вышеуказанным штифтом (4); и на втором нижнем уровне с помощью копья (67), взаимодействующего с выемкой (21) в вышеуказанном балансе (2).

4. Механизм по п. 3, отличающийся тем, что вышеуказанный гибкий мультистабильный или бистабильный элемент (5) включает в себя гибкие элементы (65, 66), составляющие одно целое с вышеуказанными плечами (61, 62) вышеуказанного стопорного элемента (6), для предотвращения чрезмерного ударного воздействия.

5. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что вышеуказанный гибкий мультистабильный или бистабильный элемент (5) и вышеуказанный по меньшей мере один препятствующий отсоединению стопорный элемент (6) совместно образуют монолитный компонент.

6. Механизм по п. 2, отличающийся тем, что вышеуказанные по меньшей мере две гибкие полосы (51, 91; 52, 92) установлены как предварительно напряженные и изогнуты относительно вышеуказанной конструкции (7) или относительно рамки (56), содержащейся в гибком мультистабильном или бистабильном элементе (5).

7. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что его конструкция выполнена с центральной сердцевиной из отдельного кристалла кварца, верхняя и нижняя поверхности которой покрыты слоем, имеющим коэффициент α меньше коэффициента α_x, _y кварца, который равен 7,5 млн^-1/°С.

8. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что вышеуказанный гибкий мультистабильный или бистабильный элемент (5) включает в себя по меньшей мере одну предварительно напряженную балку (9), изогнутую по второму режиму, где балка (9) принимает S-образную или Z-образную форму, и ось (90) выполнена с возможностью воздействия на вышеуказанную балку (9) для получения узловой точки посередине балки.

9. Механизм по п. 8, отличающийся тем, что вышеуказанный гибкий мультистабильный или бистабильный элемент (5) выполнен посредством изгибания двух предварительно напряженных балок (91, 92), при этом третья балка (93), прикрепленная к вышеуказанной конструкции (7) или к рамке (56)вышеуказанной гибкой мультистабильной или бистабильной конструкции (5), выполнена с возможностью воздействия на вышеуказанную балку (9), образованную из вышеуказанных двух балок (91, 92) с целью деформирования в вышеуказанном втором режиме, причем вышеуказанная третья балка (93) образует вышеуказанную ось (90).

10. Механизм по п. 9, отличающийся тем, что вышеуказанный гибкий мультистабильный или бистабильный элемент (5) выполнен из кремния, при этом карманы (54, 55) из двуокиси кремния SiO₂ образованы в рамке (56)вышеуказанного гибкого мультистабильного или бистабильного элемента (5) и обеспечивают предварительное напряженное состояние вышеуказанных двух балок (91, 92).

11. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что вышеуказанный гибкий мультистабильный или бистабильный элемент (5) включает в себя по меньшей мере одну предварительно напряженную балку (9, 91, 92), изогнутую по второму режиму, где вышеуказанная балка принимает S-образную или Z-образную форму, при этом вышеуказанный гибкий мультистабильный или бистабильный элемент (5) выполнен из кремния и имеет параллельную конструкцию (94), включающую в себя группу окисленных параллельных балок (95), которые обеспечивают поперечное изгибание и продольное изгибание гибкого элемента (96), который должен подвергаться воздействию напряжений, в данном случае вышеуказанной балки (9, 91, 92), при этом сопротивление продольному изгибу вышеуказанной параллельной конструкции (94) намного превышает сопротивление изгибу вышеуказанного гибкого элемента (96), который должен подвергаться воздействию напряжений.

12. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что этот механизм включает в себя противоударный механизм для вышеуказанного гибкого мультистабильного или бистабильного элемента (5), включающий в себя противоударные элементы (81, 82), которые взаимодействуют при контакте с плечами (61, 62) по меньшей мере одного вышеуказанного препятствующего отсоединению стопорного элемента (6).

13. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что этот механизм включает в себя противоударный механизм для вышеуказанного гибкого мультистабильного или бистабильного элемента (5), включающий в себя противоударный элемент (83), расположенный в центре (50) поворачивания вышеуказанной гибкой мультистабильной или бистабильной оси (5).

14. Механизм по п. 1, отличающийся тем, что вышеуказанный гибкий мультистабильный или бистабильный элемент (5) выполнен как единое целое с вышеуказанной конструкцией (7).

15. Часовой механизм (10), который включает в себя по меньшей мере один регулирующий элемент, имеющий баланс (2), и по меньшей мере один механизм по п. 1, отличающийся тем, что вышеуказанный часовой механизм (10) включает в себя конструкцию (7), к которой прикреплен один вышеуказанный гибкий мультистабильный или бистабильный элемент (5) вышеуказанного препятствующего отсоединению механизма (1) или которая образована с помощью вышеуказанного гибкого мультистабильного или бистабильного элемента (5).

16. Часы (100), включающие в себя по меньшей мере один часовой механизм (10) по п. 15 или по меньшей мере один механизм по п. 1.