ПРУЖИНА БАЛАНСА, ЗАКРЕПЛЯЕМАЯ УПРУГОЙ ШАЙБОЙ Российский патент 2019 года по МПК G04B99/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к пружине баланса, приспособленной для сборочной системы, раскрытой в патентных документах ЕР 13 187833 и ЕР 13187836, а именно, к пружине баланса, упруго закрепляемой на оси посредством шайбы.

Уровень техники

Современные узлы, содержащие пружины баланса, изготовленные из материала на кремниевой основе, крепятся при помощи клея. В частности, муфта, составляющая единое целое с пружиной баланса, раскрытая, например, в патентном документе ЕР 2184653, устанавливается на оси и крепится в контактных точках посредством клея. Указанный процесс является чрезвычайно затруднительным и, соответственно, связан с большими затратами.

Раскрытие изобретения

Задачей изобретения является преодоление всех недостатков известного уровня техники или некоторых из них посредством создания пружины баланса, составляющей единое целое с муфтой, приспособленной для монтажа с помощью сборочной системы, раскрытой в патентных документах ЕР 13187833 и ЕР 13187836.

Изобретение относится к пружине баланса, включающей в себя полосу, скрученную вокруг себя в несколько витков, причем внутренний виток составляет единое целое с муфтой, содержащей ободок, проходящий, по существу, в виде многоугольника, причем ободок в каждой из вершин указанного многоугольника содержит выступающий участок, проходящий радиально по направлению к внутреннему витку, точка крепления внутреннего витка к муфте находится на одном из выступающих участков муфты, которые симметричны относительно оси, проходящей через центр муфты и указанную точку крепления, а расстояние между центром муфты и концом каждого выступающего участка, по существу, одинаковое для образования внешнего контура на каждом выступающем участке, содержащем две проходящие в осевом направлении стенки, по существу, параллельно друг другу, а также параллельно отрезку прямой, соединяющей центр муфты с концом указанного выступающего участка.

Следовательно, внешний контур муфты оптимизирован, чтобы упругая шайба в основном закрепляла или зажимала пружину баланса на вершинах ободка муфты.

Действительно, независимо от того зажаты или не зажаты выступающие участки шайбой, две, по существу, параллельные стенки, ориентированные, по существу, ортогонально периферийной стенке шайбы, предпочтительно, предотвращают износ. Согласно другим предпочтительным вариантам изобретения:

- ободок изогнут в сторону центра муфты между вершинами указанного многоугольника так, что образуются по меньшей мере три точки зажима для установки на оси;

- расстояние между указанными двумя стенками каждого выступающего участка является, по существу, постоянным;

- ободок содержит утолщенный участок, проходящий радиально от внутренней стенки ободка в сторону центра муфты, на вершине указанного многоугольника, содержащей указанную точку крепления, для предотвращения смещения указанной точки крепления при деформации ободка;

- ободок проходит, по существу, в виде треугольника, четырехугольника, пятиугольника или шестиугольника;

- ободок проходит, по существу, в виде треугольника и содержит на участке между двумя вершинами указанного треугольника, который относительно центра муфты расположен напротив точки крепления, четвертый выступающий участок, проходящий радиально по направлению к внутреннему витку так, что центр тяжести муфты расположен в центре муфты;

- внутренний виток пружины баланса изогнут в виде кривой Гроссманна, а наружный виток пружины баланса частично утолщен;

- пружина баланса выполнена из материала на основе кремния;

- пружина баланса дополнительно имеет стойкий, влагонепроницаемый слой для снижения чувствительности пружины баланса к климатическим изменениям.

Кроме того, изобретение относится к часовому резонатору, на оси которого установлен баланс и пружина баланса согласно любому из описанных вариантов осуществления изобретения.

Согласно другим предпочтительным вариантам изобретения:

- пружина баланса установлена на оси между упругой шайбой и заплечиком оси;

- пружина баланса установлена на оси между упругой шайбой и балансом;

- упругая шайба в основном зажимает пружину баланса на вершинах ободка муфты.

Краткое описание чертежей

Другие варианты и преимущества будут понятны из последующего описания, приведенного в качестве неограничивающего примера, со ссылкой на чертежи.

На фиг. 1 показана пружина баланса в соответствии с изобретением, вид в перспективе;

фиг. 2 - часть пружины баланса, показанной на фиг. 1, в которой муфта упруго деформирована;

фиг. 3 - муфта в соответствии с первым вариантом осуществления изобретения, вид сверху;

фиг. 4 и 5 - варианты шайб для установки на оси пружины баланса в соответствии с изобретением;

фиг. 6 и 7 - примеры резонаторов в соответствии с изобретением;

фиг. 8 - муфта в соответствии со вторым вариантом осуществления изобретения, вид сверху;

фиг. 9 - муфта в соответствии с третьим вариантом осуществления изобретения, вид сверху;

фиг. 10 - муфта в соответствии с четвертым вариантом осуществления изобретения, вид сверху.

Осуществление изобретения

Как отмечалось выше, изобретение относится к пружине баланса, составляющей единое целое с муфтой, приспособленной для сборочной системы, раскрытой в патентных документах ЕР 13187833 и ЕР 13187836. Указанная сборочная система предназначена для деталей, изготовленных из материала, практически, не имеющего области пластической работы, то есть с очень ограниченной областью пластической работы, с элементами, содержащими материал другого типа.

В области хорологии указанная сборочная система имеет важное значение в связи с увеличением применения хрупких материалов, подобных материалам на основе кремния, таким как легированный или нелегированный монокристаллический (или поликристаллический) кремний, подобных кварцу или диоксиду кремния, монокристаллическому или поликристаллическому корунду или, в общем, а также в связи с широким применением оксида алюминия, нитрида кремния и карбида кремния.

Однако, как правило, используют обычные стальные оси или опоры, которые изготавливают с учетом ограничений, поскольку они трудно совмещаются с деталями, изготовленными из материала, не имеющего области пластической работы. В результате проведенных испытаний было установлено, что при плотной посадке стальной оси или опоры систематически происходит образование трещин в хрупких деталях, то есть в деталях, изготовленных из материала, не имеющего области пластической работы или с очень ограниченной областью пластической работы. Например, не подвергается сомнению, что металлическая ось или опора, установленная в отверстии кремниевого элемента, создает напряжения сдвига, систематически вызывающие образование трещин в элементе.

Таким образом, пружина 1 баланса содержит полосу 3, скрученную вокруг себя в несколько витков, причем внутренний виток Pi составляет единое целое с муфтой 5, 25, 45, 65, имеющей ободок 7, 27, 47, 67, выполненный, по существу, в виде многоугольника. Согласно примерам, показанным на фиг. 3, 8, 9 и 10, ободок 7, 27, 47, 67 образует многоугольник в виде, по существу, постоянного по величине треугольника или ромба L₁, L₂, L₃, L₄, L₅, L₆, L₇, L₈.

Следует отметить, что согласно изобретению в каждой из вершин многоугольника, образованного ободком 7, 27, 47, 67, предпочтительно, имеется выступающий участок 2, 4, 8, 22, 24, 26, 28, 42, 44, 48, 62, 64, 68 соответствующей ширины L'₂, L'₄, L'₆, L'₈, который проходит радиально по направлению к внутреннему витку Pi для формирования участков S₁, S₂, S₃, S₄ наружного контура муфты 5, 25, 45, 65, наиболее удаленных от центра С муфты 5, 25, 45, 65, причем, центр С является центром окружности, вписанной в отверстие муфты 5, 25, 45, 65.

Для лучшего понимания изобретения далее приведено подробное описание вариантов его осуществления, представленных на фиг. 3, 8 и 9. Однако идеи изобретения, изложенные в описании указанных вариантов, также относятся к варианту осуществления изобретения, представленному на фиг. 10, и, в общем, распространяются на многоугольник, имеющий более трех сторон, такой как четырехугольник, ромб или квадрат, пятиугольник, либо шестиугольник, не отступая от объема изобретения.

Таким образом, как показано на фиг. 3, 8 и 9, точка S₁ крепления внутреннего витка P₁ к муфте 5, 45, 65 находится на одном 2, 52, 72 из выступающих участков 2, 4, 8, 42, 44, 48, 62, 64, 68 муфты 5, 45, 65. Также следует отметить, что муфта 5, 45, 65 симметрична относительно оси, проходящей через центр С муфты 5,45, 65 и точку крепления S₁.

Кроме того, в соответствии с изобретением концы S₁, S₂, S₃ всех выступающих участков 2, 4, 8, 42, 44, 48, 62, 64, 68 удалены от центра С муфты 5, 45, 65, по существу, на одинаковое расстояние для образования наружного контура каждого выступающего участка 2, 4, 8, 42, 44, 48, 62, 64, 68, содержащего, соответственно, две проходящие в осевом направлении стенки 2₁-2₂, 4₁-4₂, 8₁-8₂, 42₁-42₂, 44₁-44₂, 48₁-48₂, 62₁-62₂, 64₁-64₂, 68₁-68₂, по существу, параллельные друг другу, а также параллельные отрезку прямой, соединяющей центр С муфты, соответственно, с концом S₁, S₂, S₃ каждого выступающего участка 2, 4, 8, 42, 44, 48, 62, 64, 68.

Как показано на фиг. 3, расстояние между двумя стенками 2₁-2₂ выступающего участка 2 меньше расстояния между стенками 4₁-4₂, 8₁-8₂, соответственно, выступающих участков 4 и 8, тогда как на фиг. 8 и 9 показано, что расстояние между двумя стенками 42₁-42₂, 44₁-44₂, 48₁-48₂, 62₁-62₂, 64₁-64₂, 68₁-68₂, соответственно, выступающих участков 42, 44, 48, 62, 64, 68, по существу, является одинаковым.

Таким образом, независимо от того зажаты или не зажаты выступающие участки 2, 4, 8, 42, 44, 48, 62, 64, 68 шайбой 10, две, по существу, параллельные стенки 2₁-2₂, 4₁-4₂, 8₁-8₂, 42₁-42₂, 44₁-44₂, 48₁-48₂, 62₁-62₂, 64₁-64₂, 68₁-68₂, ориентированные, по существу, перпендикулярно периферийной стенке шайбы 10, предпочтительно, предотвращают износ муфты 5, 45, 65. Фактически, является очевидным, что при отсутствии указанных выступающих участков 2, 4, 8, 42, 44, 48, 62, 64, 68 ободка 7, 47, 67, как показано пунктиром на фиг. 3, край шайбы 10 был бы расположен тангенциально краю ободка 7, 47, 67, то есть они были бы перпендикулярны друг другу, в результате чего, создавался бы риск слишком больших локальных напряжений.

Согласно изобретению участки между вершинами многоугольника, образованного ободком 7, 27, 47, 67, предпочтительно, изогнуты к центру С муфты 5, 25, 45, 65 в результате чего, образуются по меньшей мере три точки Q₁, Q₂, Q₃, Q₄ зажима или закрепления, в которых ободок примыкает к оси 11, 11'. Ободок 47, показанный на фиг. 8, изогнут сильнее, чем ободок 7, 27, 67, показанный, соответственно, на фиг. 3, 9 и 10.

Кроме того, предпочтительно, в соответствии с изобретением ободок 7, 27 также включает в себя утолщенный участок 2', 22', имеющий ширину Lʺ₂ и проходящий радиально от внутренней стенки ободка 7, 27 к центру С муфты 5, 25, на вершине треугольника, содержащей точку S₁ крепления, для предотвращения смещения указанной точки S₁ крепления при деформации F₁ ободка 7, 27, вызванной приемом оси 11, 11', сечение которой больше сечения отверстия между точками Q₁, Q₂, Q₃, Q₄ зажима или закрепления. Однако ободок 47, 67, показанный на фиг. 8 и 9, не имеет утолщенного участка. Таким образом, очевидно, что утолщенный участок не является существенной особенностью изобретения.

Кроме того, на фиг. 3, 8 и 9 показано, что на участке 12, 52, 72 между двумя вершинами треугольника, который относительно центра С муфты 5, 45, 65 расположен напротив указанной точки S₁ крепления и включает выступающие участки 4-8, 44-48 и 64-68, выполнен четвертый выступающий участок 6, 46, 66 шириной L'₆, проходящий к внутреннему витку P₁ в радиальном направлении, чтобы центр тяжести муфты 5, 45, 65 располагался в центре С отверстия муфты 5,45, 65.

В соответствии с альтернативным вариантом по отношению к утолщенному участку 2', 22' для предотвращения смещения точки S₁ крепления в результате деформации F₁ ободка 7, 27, 47, 67 можно изменить ширину участков между вершинами многоугольника, образованного ободком 7, 27, 47, 67, то есть ширина участков ободка может быть разной или переменной.

На фиг. 9 показан пример с переменной шириной. Таким образом, муфта 65 имеет увеличенную приблизительно на 10% от ширин L1 и L3 локальную толщину, то есть в точках Q1, Q2, Q3 зажима или закрепления, по сравнению с остальной частью ободка 67, т.е. по сравнению с шириной L₂, L₄, L₅, L₆, L₇ и L₈.

В качестве примера, если бы ободок, показанный на фиг. 3, не содержал утолщенного участка 2', муфта 5 имела бы эксцентриситет в направлении цифры 6 на циферблате. Однако, показанный на фиг. 8 ободок 47 с подобной геометрией, но без утолщенного участка, не имеет эксцентриситета. Альтернативой утолщенному участку 2', 22 для предотвращения смещения указанной точки S₁ крепления в результате деформации F₁ ободка 7 может являться увеличение ширины L₁, L₃ ободка 7 и/или уменьшение ширины L₅, L₇ ободка 7, и/или уменьшение размера четвертого выступающего участка 6, и/или изгибание ободка 7 (как в муфте 45).

Вообще говоря, в зависимости от вида многоугольника, образованного в муфте 5, 25, 45, 65, можно изменить жесткость муфты для поддержания центра пружины 1 баланса коаксиальным относительно оси 11 за счет изменения толщины участков ободка 7, 27, 47, 67 и/или изменения длины участков ободка 7, 27, 47, 67 между вершинами многоугольника, и/или за счет изменения ширины выступающих участков 2, 4, 6, 22, 24, 26, 28, 42, 44, 48, 62, 64, 68 или утолщенных участков 2', 22' ободка 7, 27, 47, 67, и/или посредством выполнения отверстий в ободке 7, 27, 47, 67.

Также на фиг. 3 показано, что расстояние C-I₁-Lʺ₂, по существу, равно расстояниям С-I₂ и С-I₃, а расстояния L2-L'₂, L4-L'₄ и L₈-L'₈, по существу, равны между собой. Следовательно, расстояния C-S₁, C-S₂ и C-S₃, показанные на фиг. 3, по существу, равны между собой, что более отчетливо показано на фиг. 8-10.

Как упоминалось выше, пружина 1 баланса может быть сформирована неограничивающим способом из материала на основе кремния, например, из легированного или нелегированного монокристаллического кремния, легированного или нелегированного поликристаллического кремния, легированного или нелегированного монокристаллического кремния, покрытого оксидом кремния, легированного или нелегированного поликристаллического кремния, покрытого оксидом кремния, либо из оксида кремния, кварца, диоксида кремния, нитрида кремния, покрытого оксидом кремния, карбидом кремния, либо из карбида кремния, покрытого оксидом кремния, без риска разрушения материла при упругом зажиме шайбой 10, 10'. В альтернативном варианте пружина 1 баланса может быть сформирована неограничивающим способом из монокристаллического корунда, поликристаллического корунда или из оксида алюминия.

Такая шайба 10, 10' показана на фиг. 4 и 5. Предназначенная для зажима пружины 1 баланса шайба 10 согласно первому варианту ее осуществления представляет собой цельное кольцо, говоря точнее, выполнена в виде диска с отверстием 18, имеющего верхнюю поверхность 19 и нижнюю поверхность 16. Кроме того, чтобы предотвратить износ и избежать формирования заусенцев, в процессе изготовления шайбы 10 на кромках могут быть выполнены фаски 15.

Предназначенная для зажима пружины 1 баланса шайба 10' согласно второму варианту ее осуществления представляет собой кольцо, говоря точнее, выполнена в виде диска с отверстием 18', имеющего верхнюю поверхность 19' и нижнюю поверхность 16'. Верхняя поверхность 19' используется для зажима пружины 1 баланса и содержит коническую поверхность 17', примыкающую к отверстию 18'. Кроме того, чтобы предотвратить износ, в процессе изготовления шайбы 10' на кромках могут быть выполнены фаски 15'.

Предпочтительно, изгиб внутреннего витка Pi пружины 1 баланса соответствует кривой Гроссмана, а наружный виток Ре пружины 1 баланса частично утолщен для улучшения соосности витков при сжатии и расширении пружины.

Кроме того, пружина 1 баланса, предпочтительно, содержит стойкий, влагонепроницаемый слой, снижающий чувствительность пружины баланса к климатическим изменениям.

Изобретение также относится к показанному на фиг. 6 и 7 резонатору 21, 21' для часов, на оси 11, 11' которого установлен баланс 13, 13' и пружина 1 баланса согласно любому из описанных выше вариантов осуществления изобретения.

Таким образом, представленный на фиг. 6 резонатор 21 согласно первому варианту осуществления изобретения содержит пружину 1 баланса, которая установлена на оси 11 между упругой шайбой 10 и балансом 13. Однако представленный на фиг. 7 резонатор 21' согласно второму варианту осуществления изобретения содержит пружину 1 баланса, которая установлена на оси 11' между упругой шайбой 10 и заплечиком 14' оси 11'.

Каждый из вариантов упругих шайб 10, 10' может быть использован в любом из вариантов осуществления настоящего изобретения. Следует отметить, что шайба 10, 10' закрепляет пружину 1 баланса, зажимая, главным образом, ободок 7, 27, 47, 67 муфты 5, 25, 45, 65 на вершинах F₂, а также на четвертом выступающем участке 6, 26, 46, 66.

Несомненно, изобретение не ограничивается поясняющими примерами, при этом возможны различные варианты и модификации, которые понятны специалистам в данной области техники. Точнее говоря, конструкция и размеры пружины 1 баланса не ограничиваются примерами на фиг. 1-10. Безусловно, конструкция и размеры пружины 1 баланса в зависимости от применения могут варьироваться, в частности, это касается выступающих участков 2, 4, 6, 8, 22, 24, 26, 28, 42, 44, 48, 62, 64, 68, и/или ободка 7, 27, 47, 67, и/или утолщенного участка 2', 22', и/или изгиба ободка 7, 27, 47, 67.

Изобретение относится к пружине (1) баланса, содержащей полосу (3), скрученную вокруг себя в несколько витков (P₁, P_E), причем внутренний виток (P₁) составляет единое целое с муфтой (5), имеющей ободок (7), проходящий, по существу, в виде многоугольника. Согласно изобретению, внешний контур каждого выступающего участка (2, 4, 8) вершин многоугольника содержит две проходящие в осевом направлении стенки (2₁-2₂, 4₁-4₂, 8₁-8₂), по существу, параллельно друг другу, а также параллельно отрезку прямой, соединяющей центр (С) муфты (5) с концом (S₁, S₂, S₃) указанного выступающего участка (2, 4, 8). 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Пружина (1) баланса, включающая в себя полосу (3), скрученную вокруг себя в несколько витков (P₁, P_E), причем внутренний виток (P₁) составляет единое целое с муфтой (5, 25, 45, 65), содержащей ободок (7, 27, 47, 67), проходящий, по существу, в виде многоугольника, отличающаяся тем, что ободок (7, 27, 47, 67) в каждой из вершин указанного многоугольника содержит выступающий участок (2, 4, 8, 22, 24, 26, 28, 42, 44, 48, 62, 64, 68), проходящий радиально по направлению к внутреннему витку (P₁), причем точка (S₁) крепления внутреннего витка (P₁) к муфте (5, 25, 45, 65) находится на одном из выступающих участков (2, 4, 8, 22, 24, 26, 28, 42, 44, 48, 62, 64, 68) муфты (5, 25, 45, 65), которые симметричны относительно оси, проходящей через центр (C) муфты (5, 25, 45, 65) и указанную точку крепления, при этом расстояние между центром (C) муфты (5, 25, 45, 65) и концом (S₁, S₂, S₃, S₄) каждого выступающего участка (2, 4, 8, 22, 24 26, 28 42, 44, 48, 62, 64, 68), по существу, одинаковое для образования внешнего контура на каждом выступающем участке (2, 4, 8, 22, 24, 26, 28, 42, 44, 48, 62, 64, 68), содержащем две проходящие в осевом направлении стенки (2₁-2₂, 4₁-4₂, 8₁-8₂, 42₁-42₂, 44₁-44₂, 48₁-48₂, 62₁-62₂, 64₁-64₂, 68₁-68₂), по существу, параллельно друг другу, а также параллельно отрезку прямой, соединяющей центр (C) муфты (5, 25, 45, 65) с концом (S₁, S₂, S₃, S₄) указанного выступающего участка (2, 4, 8, 22, 24, 26, 28, 42, 44, 48, 62, 64, 68); причем ободок содержит утолщенный участок (2’, 22’), проходящий радиально от внутренней стенки ободка (7, 27, 47, 67) в сторону центра (C) муфты (5, 25, 45, 65), на вершине указанного многоугольника, содержащей указанную точку (S₁) крепления, для предотвращения смещения указанной точки (S₁) крепления при деформации ободка (7, 27, 47, 67).

2. Пружина (1) баланса по п. 1, отличающаяся тем, что ободок (7, 27, 47, 67) изогнут в сторону центра (С) муфты (5, 25, 45, 65) между вершинами указанного многоугольника так, что образуются по меньшей мере три точки (Q₁, Q₂, Q₃, Q₄) зажима для установки на оси (11, 11’).

3. Пружина (1) баланса по п. 1, отличающаяся тем, что расстояние между указанными двумя стенками (2₁-2₂, 4₁-4₂, 8₁-8₂, 42₁-42₂, 44₁-44₂, 48₁-48₂, 62₁-62₂, 64₁-64₂, 68₁-68₂) каждого выступающего участка (2, 4, 8, 22, 24, 26, 28, 42, 44, 48, 62, 64, 68) является, по существу, постоянным.

4. Пружина (1) баланса по п. 1, отличающаяся тем, что ободок (7, 27, 47, 67) проходит, по существу, в виде треугольника, четырехугольника, пятиугольника или шестиугольника.

5. Пружина (1) баланса по п. 4, отличающаяся тем, что ободок (7, 47, 67) проходит, по существу, в виде треугольника и содержит на участке (12, 52, 72) между двумя вершинами (4, 8, 44, 48, 62, 64, 68) указанного треугольника, расположенном относительно центра (C) муфты (5, 45, 65) напротив точки крепления, четвертый выступающий участок (6, 46, 66), проходящий радиально по направлению к внутреннему витку (P₁) так, что центр тяжести муфты (5, 45, 65) расположен в центре (C) муфты (5, 45, 65).

6. Пружина (1) баланса по п. 1, отличающаяся тем, что внутренний виток (P₁) пружины (1) баланса изогнут в виде кривой Гроссманна, а наружный виток (P_E) пружины баланса частично утолщен.

7. Пружина (1) баланса по п. 1, отличающаяся тем, что пружина баланса выполнена из материала на основе кремния.

8. Пружина (1) баланса по п. 7, отличающаяся тем, что дополнительно имеет стойкий, влагонепроницаемый слой для снижения чувствительности пружины (1) баланса к климатическим изменениям.

9. Резонатор (21, 21') для часов, отличающийся тем, что на оси (11, 11') резонатора установлен баланс (13, 13') и пружина (1) баланса по любому из пп. 1-8.

10. Резонатор (21') по п. 9, отличающийся тем, что пружина (1) баланса установлена на оси между упругой шайбой (10, 10') и заплечиком (14') оси (11').

11. Резонатор (21') по п. 9, отличающийся тем, что пружина (1) баланса установлена на оси (11) между упругой шайбой (10, 10') и балансом (13).

12. Резонатор (21, 21') по п. 10, отличающийся тем, что упругая шайба (10, 10') в основном зажимает пружину (1) баланса на вершинах ободка (7, 27) муфты (5, 25).