CN104570687A - 柔弹性指针 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种弹性钟表指针(1)，其包括与柔性条带(3)成一体的第一驱动管件(2)。弹性指针(1)是单件式的，柔性条带(3)包括在第一管件(2)和第一末端(6)之间的第一柔性部段(5)，该第一末端(6)与第一管件(2)相距可变的距离，该距离取决于对该柔性条带(3)施加的应力。本发明还涉及包括此类型弹性指针(1)的钟表显示机构(10)。该机构包括用于围绕枢轴线(D)驱动弹性指针(1)的第一管件(2)的第一驱动小齿轮(21)，和用于对弹性指针(1)施加应力以改变弹性指针(1)的至少一个所述末端(6、61)相对于枢轴线(D)的位置的第二小齿轮(23)或凸轮。本发明还涉及包括此类型显示机构(10)的手表(30)。

Description

柔弹性指针
技术领域
本发明涉及一种弹性钟表指针，该指针包括与柔性条带成一体的第一驱动管件。
本发明还涉及一种包括至少一个此类型的弹性指针的钟表显示机构。
本发明还涉及一种包括至少一个此类型的显示机构的钟表机芯。
本发明还涉及一种包括至少一个此类型的钟表机芯和/或至少一个此类型的显示机构的钟表。
本发明还涉及一种包括至少一个此类型的钟表机芯和/或至少一个此类型的显示机构的科学仪器。
本发明涉及用于钟表或科学仪器的、使用移动机械部件的模拟显示机构领域。
背景技术
对于通过一个或多个面向刻度盘或刻度标记的指示器实现的某些量的模拟显示，区分所显示的量的特定取值范围是必要的。例如，对于当前时间显示(其通常通过指针的12小时旋转实现)，区分上午小时时间和下午小时时间是有利的。
已知通过缩放仪(pantograph)系统配置指针，以使指针根据其角位置产生可变的径向延伸。然而，除了生产的难度和成本之外，此类型的机构很脆弱，并且基本上适合静态使用，而不适合用于诸如手表的可能经受震动的物体或诸如测量仪表的科学仪器。
CITIZEN名下的日本专利申请No.2011 163914A公开了一种无线电控制的钟表，该钟表包括覆盖天线的带挖空部分的指针。
MATSUMOTO名下的日本实用新型No.S62104115U也公开了带挖空部分的指针。
发明内容
针对提供一种具有根据指示器的位置和控制而具有可变的径向延伸量的指示器的问题，本发明提出了一种可靠并且非常有效的解决方案。
为此目的，本发明涉及一种弹性钟表指针，该弹性指针包括与柔性条带成一体的第一驱动管件，其特征在于，所述弹性指针是单件式的，并且具有可变的几何结构；所述柔性条带包括在至少一个末端处端对端相连的多个柔性部段，其中的第一部段在所述第一管件和第一末端之间是柔性的，并且在第一压缩位置和第一放松位置之间是可变形的，其中，在所述第一压缩位置所述第一末端与所述第一管件相距第一近距离，而在所述第一放松位置所述第一末端与所述第一管件相距第一远距离，所述第一远距离比所述第一近距离大；所述弹性指针包括同样与所述柔性条带成一体的第二驱动管件；所述第一管件和所述第二管件在所述弹性指针的自由状态下相互隔开，并且在所述弹性指针的受到应力的工作状态下沿着公共轴线彼此同轴地安装，所述受到应力的工作状态是其中所述第一管件和所述第二管件可以各自占据不同的角位置的受到应力状态；所述柔性条带在所述第二管件和作为所述末端之一的中间末端之间包括至少一个第二柔性部段；所述第二柔性部段在第二压缩位置和第二放松位置之间是可变形的，其中，在所述第二压缩位置所述中间末端与所述第二管件相距第二近距离，而在所述第二放松位置所述中间末端与所述第二管件相距第二远距离，所述第二远距离比所述第二近距离大。
本发明还涉及一种包括至少一个此类型弹性指针的钟表显示机构，其特征在于，该机构包括围绕枢轴线驱动所述至少一个弹性指针的所述第一管件的第一装置，和对所述至少一个弹性指针施加应力以改变所述至少一个弹性指针的至少一个所述末端相对于所述枢轴线的位置的第二装置。
本发明还涉及一种包括至少一个此类型显示机构的钟表机芯。
本发明还涉及一种钟表，其包括至少一个此类型钟表机芯，和/或包括至少一个具有此类型显示机构的打点机构或音乐盒。
本发明还涉及一种包括至少一个此类型钟表机芯和/或至少一个此类型显示机构的科学仪器。
附图说明
当参考附图阅读下文的详细描述时，本发明的其它特征和优点将显而易见，在附图中：
图1示出包括根据本发明的长度可变的弹性指针的示例性显示机构的示意性平面图，该指针的远端沿着非圆形轨迹，特别是随驱动心轴的两圈回转的螺旋形轨迹，以及在这两圈回转之后以最大延伸量瞬间径向返回。
图2示出根据本发明的具有可变的径向延伸量的单件式弹性指针的示意性平面图。
图2A示出包括柔性条带的所述弹性指针的休息状态/放松状态，该柔性条带具有两个通过末端相互连接的弹性部段，条带的端部与第一管件和第二管件成一体。
图2B示出在应力状态下的图2A的弹性指针，其中，两个端部管件以一定的角位移/角度偏移相互同轴地叠置，这使得弹性指针长而窄。
图2C示出在另一应力状态下的图2A和2B的相同弹性指针，其中，两个端部管件以比图2B更大的角位移相互同轴地叠置，新的角位移使得弹性指针短而宽。
图3是示出根据横坐标轴上的回转角度，角位移在纵坐标轴上的变化的曲线图。
图4示出包括此类型的弹性指针的显示机构的示意性局部透视图，该弹性指针受第一驱动装置驱动，并由第二应力施加装置施加应力以改变指针的径向延伸量。
图5示出根据本发明的具有可变的径向延伸量的单件式弹性指针的示意性平面图。
图5A示出具有两个叠置的管件的所述弹性指针的休息状态。
图5B示出在长位置的图5A的弹性指针，其中，力矩趋向于将两个管件更紧密地移动到一起。
图5C示出在短位置的图5A和5B的相同弹性指针，其中，力矩趋向于将两个管件更紧密地移动到一起。
图6A和6B以平面图和透视图示出具有通过柔性条带附连至管件的实心部分的变型指针。
图7以A、B、C、D示出根据本发明的弹性指针的末端的多种可能的示例性轨迹。
图8以A、B、C示出具有用于改变弹性指针的长度的非恒定传动比的多种传动装置。
图9示出根据本发明的一种弹性指针变型，其末端包括在路径中和/或在凸轮上被引导的触针。
图10是钟表的框图，该钟表包括机芯，该机芯又包括具有根据本发明的弹性指针的显示机构。
具体实施方式
本发明涉及用于钟表或科学仪器的显示指示器。根据本发明，该显示指示器是形状记忆指示器，其瞬间形状取决于应用于显示指示器的特定区域的至少一个驱动装置。
在本文中，以旋转指示器、特别是弹性指针这一特定的非限制性实例来描述本发明。然而，该原理可适用于特别是在空间中具有非圆形的运动轨迹(例如具有线性光标或诸如此类)的指示器。
类似地，下文描述了包括齿轮系的驱动装置，但是本发明同样可适用于电子或电气仪器、石英手表或其它装置的模拟显示装置。
本发明的原理是创建一种显示机构，其中，至少一个指示器(特别是指针，例如手表的时针)具有可变的长度或可变的径向延伸量。
图1示出根据本发明的弹性指针1的端部末端的轨迹，弹性指针1安装在12小时完成一圈回转的传统手表机芯中，对此将在下文更详细地描述。该轨迹包括两个完整的螺旋线圈。该轨迹使得可以在一个表盘上在外圈代表白天和在内圈代表晚上，或上午和下午，或诸如此类。该螺旋轨迹由此用2圈包含24小时。
本发明因此涉及一种弹性显示指示器，更特别地是长度可变的单件式柔性且弹性的指针1。该弹性钟表指针1包括与柔性条带3成一体的第一驱动管件2。本发明以柔性指示器应用于指针进行更具体的描述，但是很明显，本发明可适用于其它平面或三维的指示器形状。
根据本发明，该弹性指针1是单件式/一体式的，并且具有可变的几何形状。
柔性条带3包括在至少一个末端6、61处端对端相连的多个柔性部段5。在这些柔性部段5中，第一部段51在第一管件2和第一末端61之间是柔性的，该第一部段51可以在第一压缩位置(其中，第一末端61与第一管件2相距第一近距离)和第一放松位置(其中，第一末端61与第一管件2相距第一远距离)之间变形，所述第一远距离比所述第一近距离大。
弹性指针1还包括同样与柔性条带3成一体的第二驱动管件4。
在弹性指针1的自由状态下，第一管件2和第二管件4相互间隔开。在弹性指针1的受到应力的工作状态下，第一管件2和第二管件4沿着公共轴线A彼此同轴地安装，该工作状态是受到应力的状态，其中，第一管件2和第二管件4可以占据不同的角位置。
柔性条带3包括在第二管件4和中间末端(该中间末端是末端6、61中的一个)之间的至少一个第二柔性部段53。在图中所示的特定实施例中，该中间末端与所述第一末端一致。
第二柔性部段53可以在第二压缩位置(其中，中间末端与第二管件4相距第二近距离)和第二放松位置(其中，中间末端与第二管件4相距第二远距离)之间变形，该第二远距离比第二近距离大。
很明显，每个末端6(特别是第一末端)与第一管件2相距可变的距离，该距离取决于对柔性条带3施加的应力和/或该末端自身经受的应力。
在一些变型中，如图6B所示，一个部段5在第一端部52处承载第一管件2，另一部段5在第二端部54处承载第二管件4，在弹性指针1的自由状态下，第一端部52和第二端部54相互远离或相互构成非零的角度。
本发明通过包括两个部段5之间的单个末端6、第一部段51和第二部段53的简单的指针变型1来描述和说明，但是本发明可适用于更复杂的几何结构。图2A的弹性指针1仅包括通过第一末端61相互连接的第一部段51和第二部段53，其中该第一部段51在第一端部52处承载第一管件2，该第二部段53在第二端部54处承载第二管件4。在弹性指针1的自由状态下，第一端部52和第二端部54相互远离，并与第一末端61形成非零角度。
在附图所示的特定的非限制性应用中，特别是针对所述指针的图1中，在弹性指针1的受到应力的工作状态下，第一管件2和第二管件4可以相对于彼此移动并且沿着公共轴线A同轴，至少一个末端6、61和公共轴线A之间的距离随着第一管件2的第一角位置和第二管件4的第二角位置之间的角偏差θ而变化。
通过用诸如连杆、凸轮等的其它驱动装置代替第一管件2或第二管件4，可以设想其它变型。
对于本发明的一个优选实施方案，其中，指针1因此包括第一管件2和第二管件4，在弹性指针1受到应力的状态下，第一管件2和第二管件4可以相对于彼此移动，至少一个末端6和第一管件2之间的距离随着第一管件2和第二管件4之间的距离和/或第一管件2和第二管件4之间的角偏差θ而变化。第一管件2和第二管件4由此可以遵循任何类型的运动：线性的、枢转的、组合的或在空间中的，这为本发明提供了实现任何期望的显示类型的多种可能性。特别地，可以使指针1的此类型的末端6产生三维运动，例如在由半球形或类似的镜面(glass)界定的空间中移动：在平面XY上驱动第一管件2的装置限定了经过垂直于平面XY的轴线Z的平面P，驱动第二指针4的装置在该平面P上限定了指针1的末端6的径向移动性(即自由度)。此类型的应用特别对于天文表和天文钟是有利的，并且可以在诸如椭圆形或其它轨道的空间中绘出轨迹。
本发明还涉及包括至少一个此类型的弹性指针1的钟表显示机构10。该显示机构10包括围绕枢轴线D驱动所述至少一个弹性指针1的第一管件2的第一装置11，和对所述至少一个弹性指针1施加应力以改变所述至少一个弹性指针1的至少一个末端6相对于枢轴线D的位置的第二装置12。
在特定实施例中(例如图9中所示)，第二应力施加装置12包括用于所述末端6或所述末端6的延伸部的至少一个引导路径或凸轮14。弹性指针1因而有利地包括在至少一个末端6上的触针7，该触针7布置成跟随凸轮路径或类似路径。
优选地，如图4中所示，机构10包括具有第二管件4的至少一个弹性指针1，并且第二应力施加装置12包括驱动所述第二管件4的第二装置13。
在所示的变型中，驱动第二管件4的第二装置13与驱动第一管件2的第一装置11同轴。
有利地，在受到应力的工作状态下，弹性指针1布置成在第一驱动装置11和第二驱动装置13上固定不变地施加力矩，从而趋向于占据第一驱动装置11和第二驱动装置13之间的任何操作间隙。
在一个特定应用中，第一驱动装置11和第二驱动装置13是枢转驱动装置，并且第一驱动装置11和第二驱动装置13的枢转速度彼此不同。优选地，第一管件2的给定行程(特别地但非限制性地，第一管件2的整数圈回转)上的偏差通过第一驱动装置11和第二驱动装置13之间的跳变补偿。
显示机构10有利地包括控制装置15，该控制装置15用于控制第一驱动装置11和第二驱动装置13的枢转速度，以及至少第一管件2的角位置。这些控制装置15布置成在机构10中包括的所述至少一个弹性指针1的至少一个末端6上施加特定的轨迹。
图2A至2C示出本发明的原理：图2A示出弹性指针1，该弹性指针1由硅或类似材料或微加工材料(micro-material)通过“DRIE”或“LIGA”方法制成，大体制造过程：由两个在公共末端6处接合的柔性部段5构成弹性指针1。在这些部段5的自由端52、54处具有第一管件2和第二管件4。优选地，这些部段5共同构成单个的柔性条带3。
通过以特定角度α叠置第一管件2和第二管件4来构成弹性指针1，该弹性指针1的轴部分是中空的。当角度α变化时，两个柔性部段5发生变形。结果，弹性指针1的表观长度发生变化。
图1中的弹性指针1的螺旋形轨迹意味着，角度的变化Δα遵循图3的曲线图：每两圈回转，弹性指针1都累积角度差Δα，该角度差Δα必须通过瞬间跳变被重置为零。
图4中所示的显示机构10的简单示例完成了此功能。图4的连续的箭头表示元件枢转方向，而不连续的箭头表示力矩或力的施加方向。第一驱动装置11包括用于第一管件2的第一驱动小齿轮21，所述第一小齿轮21由第一驱动轮22驱动。第二驱动装置13包括用于第二管件4的第二驱动小齿轮23，所述第二小齿轮23由第二驱动轮24驱动。在此特定示例中，传动比使得当第一管件2转过2圈时，第二管件4仅完成1.8圈。在此示例中的0.2圈的角度差必须适配于指针，反之亦然，并且在两圈中线性地、连续地获得。为完成瞬间跳变，第二驱动轮24包括不具有齿(其构成凹口)的扇区25，在由图1和3中的双箭头所示的运动中，该扇区25使得弹性指针1可以在第二圈回转结束时被再次张紧。由弹性指针1持续施加的力矩允许缺齿部分在弹性指针1不暂停的情况下通过。
弹性指针在“长或短”状态下被固定不变地预加应力是重要的。弹性指针因此在轮系上持续地施加力矩，如图5A至5C所示：
-在图5A中处于休息位置：第一管件2和第二管件4叠置，这种构型在运动期间从不发生；
-在图5B中，处于长位置：力矩趋向于将两个管件更紧密地移动到一起；
-在图5C中，处于短位置：力矩趋向于将两个管件更紧密地移动到一起。
弹性指针1被持续施加应力的事实允许在螺旋形轨迹结束时执行跳变(图1和3中的双箭头)，防止轮系中的任何间隙，并且还允许在死区时间中执行跳变。实际上，由于弹性指针1中的力矩占据/补偿齿之间的间隙以及扇区25中的空档/空白空间，因此轮系不会停止。在图4的示例的特定情况中，角度差Δα是0.2圈。该角度差Δα取决于弹性指针1的设计，反之亦然。
柔弹性指针1可以具有其它形状。在不同情况下，单件式的柔性且弹性的指针1优选地包括两个管件，通过改变这两个管件的角度，显示机构10可以改变弹性指针1的长度或径向延伸量。
图6A和6B示出具有实心部分60的指针1的变型，实心部分60通过两个层级上的柔性条带520和540附连至管件2和4，该柔性条带520和540分别围绕管件2和4卷绕。
此类型的长度可变的弹性指针1允许形状有很大的自由，如图7A至7D中所示，可以分别沿螺旋形、同心圆形、正方形、卵形或交叉凸角形(lobe)或其它形状形成末端6的轨迹，这些轨迹是非限制性的。
至于驱动装置，可以限定特定的齿组件以机械地得到某些轨迹。一种非圆形轨迹是通过两个管件之间的传动比限定的。非圆柱形齿轮(例如两个卵圆形凸轮)具有非恒定的传动比，该传动比周期性地改变弹性指针1的长度。图8A至C示出可适用于此复杂功能的特定驱动装置的非限制性示例。图8中得到的可变传动比是创新性的，并允许轨迹有很大的设计自由。
本发明还涉及一种包括至少一个此类型的显示机构10的钟表机芯20。
本发明还涉及一种钟表30，其包括至少一个此类型的钟表机芯20，和/或包括至少一个具有此类型显示机构10的打点机构或音乐盒机构。在一个有利的应用中，钟表30是手表。
本发明还涉及一种科学仪器30，其包括至少一个此类型钟表机芯20和/或包括至少一个此类型显示机构10。
根据本发明的柔性且弹性的指针1易于使用“DRIE”或“LIGA”或类似方法由硅或类似类型的材料制成，并且该指针1不需要组装。这些技术是有利的，因为它们允许多层级生产，例如，根据图6B的指针可以包括具有第一管件2和相邻的第一部段520的第一层级(实心部分60由该第一层级通过第二层级的延伸构成)，第二部段540和第二管件4在该第二层级上构造。
包括此类型指示器的显示机构10允许更广泛地开发科学仪器或钟表30的机芯20或机构的可能性，其中，所述机芯20或机构在更宽的取值范围上具有更精确的显示。
本发明适合于制造形状记忆指示器，以将使用者的注意力吸引至特定的情况。因此可以参考明显铰接的指针，该指针在其行程的一部分中转变至其构成部段大体上对齐的位置，并且该指针在范围变化期间或在钟表或科学仪器(例如当检测到危险阈值等情况时的闹钟或警报器)的机构或回路的工作期间完全变形，以便通过折线呈现特定形状。另一应用是在类似情况中，小孔中的人或物体的剪影的动画。

Claims (16)

1.一种弹性钟表指针(1)，包括与柔性条带(3)成一体的第一驱动管件(2)，其特征在于，所述弹性指针(1)是单件式的，并且具有可变的几何结构；所述柔性条带(3)包括在至少一个末端(6；61)处端对端相连的多个柔性部段(5)，其中，第一部段(51)在所述第一管件(2)和第一末端(61)之间是柔性的，并且能够在第一压缩位置和第一放松位置之间变形，其中，在所述第一压缩位置所述第一末端(61)与所述第一管件(2)相距第一近距离，而在所述第一放松位置所述第一末端(61)与所述第一管件(2)相距第一远距离，所述第一远距离比所述第一近距离大；所述弹性指针(1)包括同样与所述柔性条带(3)成一体的第二驱动管件(4)；所述第一管件(2)和所述第二管件(4)在所述弹性指针(1)的自由状态下相互间隔开，并且在所述弹性指针(1)受到应力的工作状态下沿着公共轴线(A)彼此同轴地安装，所述受到应力的工作状态是其中所述第一管件(2)和所述第二管件(4)能够各自占据不同的角位置的受到应力的状态；所述柔性条带(3)包括在所述第二管件(4)和作为所述末端(6；61)之一的中间末端之间的至少一个第二柔性部段；所述第二柔性部段(53)能够在第二压缩位置和第二放松位置之间变形，其中，在所述第二压缩位置所述中间末端与所述第二管件(4)相距第二近距离，而在所述第二放松位置所述中间末端与所述第二管件(4)相距第二远距离，所述第二远距离比所述第二近距离大。
2.根据权利要求1所述的弹性指针(1)，其特征在于，所述弹性指针(1)仅包括通过所述第一末端(61)相互连接的所述第一部段(51)和第二部段(53)，该第一部段(51)在第一端部(52)处承载所述第一管件，该第二部段(53)在第二端部(54)处承载所述第二管件(4)；在所述弹性指针(1)的所述自由状态下，所述第一端部(52)和所述第二端部(54)相互远离，并与所述第一末端(61)形成非零角度。
3.根据权利要求1所述的弹性指针(1)，其特征在于，在所述弹性指针(1)的所述受到应力的工作状态下，所述第一管件(2)和所述第二管件(4)能够相对于彼此移动并且沿着所述公共轴线(A)是同轴的，至少一个所述末端(6、61)和所述公共轴线(A)之间的距离随着所述第一管件(2)的第一角位置和所述第二管件(4)的第二角位置之间的角偏差(θ)而变化。
4.根据权利要求1所述的弹性指针(1)，其特征在于，至少一个所述末端(6)包括触针(7)，该触针(7)布置成遵循凸轮路径。
5.一种钟表显示机构(10)，包括至少一个根据权利要求1所述的弹性指针(1)，其特征在于，该钟表显示机构包括围绕枢轴线(D)驱动所述至少一个弹性指针(1)的所述第一管件(2)的第一装置(11)，和对所述至少一个弹性指针(1)施加应力以改变所述至少一个弹性指针(1)的所述至少一个末端(6、61)相对于所述枢轴线(D)的位置的第二应力施加装置(12)。
6.根据权利要求5所述的钟表显示机构(10)，其特征在于，所述第二应力施加装置(12)包括用于所述末端(6)或所述末端(6)的延伸部的至少一个引导路径(13)或凸轮(14)。
7.根据权利要求5所述的钟表显示机构(10)，其特征在于，所述第二应力施加装置(12)包括驱动所述第二管件(4)的第二装置(13)。
8.根据权利要求7所述的钟表显示机构(10)，其特征在于，驱动所述第二管件(4)的所述第二装置(13)与驱动所述第一管件(2)的所述第一装置(11)同轴。
9.根据权利要求7所述的钟表显示机构(10)，其特征在于，在所述受到应力的工作状态下，所述弹性指针(1)布置成在所述第一驱动装置(11)和所述第二驱动装置(13)上固定不变地施加力矩，从而趋向于补偿所述第一和第二驱动装置之间的操作间隙。
10.根据权利要求8所述的钟表显示机构(10)，其特征在于，所述第一驱动装置(11)和所述第二驱动装置(13)的枢转速度不同；所述第一管件(2)的给定行程上的偏差由所述第一驱动装置(11)和所述第二驱动装置(13)之间的跳变补偿。
11.根据权利要求10所述的钟表显示机构(10)，其特征在于，所述第一驱动装置(11)和所述第二驱动装置(13)的枢转速度不同；所述第一管件(2)的整数圈回转上的偏差由所述第一驱动装置(11)和所述第二驱动装置(13)之间的跳变补偿。
12.根据权利要求7所述的钟表显示机构(10)，其特征在于，该钟表显示机构包括控制装置(15)，该控制装置(15)用于控制所述第一驱动装置(11)和所述第二驱动装置(13)的枢转速度以及至少所述第一管件(2)的角位置，所述控制装置(15)设置成对所述至少一个弹性指针(1)的至少一个所述末端(6、61)施加特定轨迹。
13.一种钟表机芯(20)，包括至少一个根据权利要求5所述的钟表显示机构(10)。
14.一种钟表(30)，包括至少一个根据权利要求13所述的钟表机芯(20)，和/或包括至少一个打点机构或音乐盒机构，所述打点机构或音乐盒机构包括根据权利要求5所述的钟表显示机构(10)。
15.根据权利要求14所述的钟表(30)，其特征在于，该钟表是手表。
16.一种科学仪器(30)，包括至少一个根据权利要求13所述的钟表机芯(20)，和/或包括至少一个根据权利要求5所述的钟表显示机构(10)。
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