CN107015472A - 钟表指针 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于突然加速的特殊指针。所述指针(2)安装成围绕轴(10)枢转，以便能够指示一条信息。所述指针由至少部分非晶态的金属合金制成。

Description

钟表指针

本申请是申请日为2011年6月21日、名称为“钟表指针”的发明专利申请No.201180040718.8的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种钟表指针，其中，所述指针安装成围绕轴线枢转，以便指示一条信息。

本发明的技术领域是精密机械技术领域。

背景技术

钟表具有指针是已知的。这些指针由棒构成，该棒的长度比宽度大得多，该宽度本身比厚度大得多。这些指针包括用于将它们压在轴上的开口，以便安装成能够枢转。为了具有细而结实的指针，提供由结晶金属例如钢、铜、金或甚至硅或陶瓷形成的指针。这些指针可以通过激光或水射流机加工或切割薄片产生。它们也可以是模制而成、烧结而成或通过材料生长或沉积形成。然后，这些指针被例如用于指示小时、分钟和秒，但是也用于执行某些功能，例如计时功能或日历功能。

事实上，这些指针受到各种应力。这些应力中的一种是指针本身的重量。事实上，通常将指针在其一个端部压在其轴上。考虑到指针的小尺寸，由于其自身的重量，其轻微弯曲是完全正常的。重量应力还施加到充当用于指针的配重的不平衡件(balourd)上。

指针还受到加速应力。这些应力首先是由于由钟表机芯控制的位移产生的。上述位移与时间指示或所述钟表的功能——例如计时功能——相关，并且可以后退。指针返回到零发生在后退显示的情况下或在使用计时功能期间。上述返回到零包括指针突然返回到其初始位置。在上述返回到零的操作期间，指针的加速可达到1.10⁶rad·s^-2。在指针的加速期间以及在指针的减速和停止期间，这种加速涉及施加到指针上的高应力。

其次，与加速相关的应力可以是由于施加到表上的震动引起的。事实上，例如，当表落下时，表加速。在该落下期间累积的能量在所述表与地接触时传递到指针上。然后，这些震动可使指针或不平衡件变形，这会在指针的位移期间产生问题。

由结晶材料制成的指针的缺点是，当施加高应力时，它们的机械抵抗力低。事实上，每种材料由其杨氏模量E表征，杨氏模量也称作弹性模量(通常用GPa表示)，杨氏模量表征它的抗变形能力。每种材料还由其弹性极限σ_e表征(通常用GPa表示)，弹性极限表示材料弹形变形所承受的最大应力。因此，对于给定的尺寸，可以通过建立它们的弹性极限与它们的弹性模量的比值σ_e/E来比较材料，所述比值表示每种材料的弹性变形。因此，该比值越高，材料的弹性变形就越高。典型地，对于合金，例如Cu-Be，杨氏模量E等于130GPa，弹性极限σ_e等于1GPa，因此σ_e/E为约0.007，即，很小的比值。因此，由结晶金属或合金制成的指针具有有限的弹性变形。因此，在返回到零或震动期间，施加到所述指针上的应力可以很高，以致于该指针发生塑性变形，即，它们扭曲。因此，上述变形引起信息的可读性和可靠性的问题。

在结晶贵金属的情况下，这种变形现象甚至会严重。事实上，它们具有甚至更差的机械特性。贵金属尤其是具有低的弹性极限，与经典地用于指针生产的结晶合金的约1GPa相比，Au、Pt、Pd和Ag的合金的弹性极限为约0.5GPa。假定这些贵金属的弹性模量约为120GPa，这造成σ_e/E比值为约0.004，也就是说，比非贵合金甚至更低的数值。因此，增加了由于在显著加速——例如返回到零——期间施加的应力引起变形的风险。因此，不鼓励本领域技术人员使用这些贵金属制造钟表指针。然而，由于它们具有显著的特殊美学价值并散发出质量上乘的感觉，因此这些贵金属需求高。

此外，目前的方法例如冲压、激光切割或通过沉积生长是受到限制的。它们不允许形成三维的指针。事实上，在冲压或激光切割的情况下，指针由薄片形成。在通过LIGA型材料生长制造指针的情况下，缺点是，指针的壁是直的，因此不可能存在带角度型的倾斜。

发明内容

本发明的目的是，通过提出一种用于突然加速的金属指针来克服现有技术的缺点，该金属指针在其位移期间不会变形，以便具有精确的可读性和显著的耐用性。

在此基础上，本发明涉及上述指针，该指针的特征是，它是由完全非晶态的金属合金制成，该金属合金包括选自由金、铂、钯、铼、钌、铑、银、铱或者锇组成的群组中的至少一种金属元素。

本发明的第一优点是，能够形成由贵金属制成的、可以承受震动或突然加速的指针。因此，形成由贵金属制成的、与由非贵金属或结晶贵金属形成的指针具有类似尺寸、但在显著加速期间没有变形风险的指针变得可能。事实上，令人吃惊地，非晶态的贵金属具有比它们的结晶等同物更有趣的弹性特性。增加弹性极限σ_e，允许增加σ_e/E比值，从而材料超过其就不会返回到材料的初始形状的应力增加。

本发明的另一优点是，使得能够极易实现成型，以允许以更高的精度制造形状复杂的零件。事实上，非晶态的贵金属具有如下的特殊特性：在每种合金所特有的给定温度范围[Tg-Tx](其中，Tx是结晶温度，Tg是玻璃化转变温度)内，非晶态金属可以软化但仍然保持非晶态一定时间段。因此，可以在相对低的压应力下和中等温度下对这些金属进行成型，从而允许使用简化的方法。此外，因为合金的粘度在温度范围[Tg-Tx]内作为温度的函数急剧下降并且合金因此模制底版件(négatif)的所有细节，所以使用这种材料附加地使得能够以高精度重复加工精细的几何形状。底版件理解为是指在空腔中具有与所希望的构件的轮廓互补的轮廓的模具。于是，这使得可以形成三维的指针，现有技术的技术不允许或仅非常困难地形成三维的指针。

该指针的有利实施例是从属权利要求的主题。

在第一有利实施例中，所述指针利用走针机构固定在其轴上。

在第二有利实施例中，所述指针和所述走针机构形成单个零件。

在第三有利实施例中，所述指针设置成由后退运动驱动。

本发明还提出提供一种包括根据本发明的至少一个指针的计时机构。

本发明还提出提供一种根据本发明的指针用于一种场合的应用，其中，在给定时刻，所述指针受到至少250000rad·s^-2的加速，并优选约1.10⁶rad·s^-2的加速。

本发明还提出提供一种用于制造根据本发明的指针的方法，所述方法包括以下步骤：

a)提供待成形的指针的底版件；

b)提供金属合金，该金属合金包括至少一种金属元素并能够至少部分凝固成非晶态相；

c)使所述金属合金在所述底版件中成型，以便获得所述指针；

d)使所述指针与所述底版件分离。

在第一有利实施例中，步骤c)包括以下步骤：

●用所述材料形成预制件，其中，所述金属合金至少部分凝固成非晶态相，和将所述预制件放置在所述底版件(8)上；

●将所述预制件加热到在所述金属合金的玻璃化转变温度和结晶温度之间的范围内的温度；

●向所述预制件施加压力，以便用所述金属合金填充所述底版件；

●冷却所述金属合金，使得它保持其至少部分非晶态相。

在第二有利实施例中，步骤c)包括以下步骤：

●将所述金属合金加到其熔点以上；

●将所述金属合金注入所述底版件中；

●将整体冷却，使得所述金属合金至少部分凝固成非晶态相。

在第三有利实施例中，该方法包括在冷却所述材料的步骤之前去除过多的材料的步骤。

在另一有利实施例中，所述指针利用走针机构固定在其轴上，并且所述指针和所述走针机构是在所述成型步骤c)期间形成的单个零件。

在另一有利实施例中，所述指针利用走针机构固定在其轴上，并且所述指针在所述成型步骤c)期间固定到所述走针机构上。

在另一有利实施例中，所述至少一种贵金属元素选自由金、铂、钯、铼、钌、铑、银、铱或者锇组成的群组。

附图说明

从下面对附图所示的仅经由非限制性示例给出的本发明的至少一个实施例的详细说明中，可以更清楚地发现根据本发明的指针的目的、优点和特征，其中：

图1示意性地示出具有计时功能的钟表；

图2至图4示意性地示出钟表指针的剖视图；

图5示出结晶材料和非晶态材料的变形曲线；

图6至图9示意性地示出根据本发明的方法；

图10至图14示意性地示出根据本发明的方法的变型方案；和

图15是根据本发明的指针的变型方案的平面图。

具体实施方式

图1示出钟表1，该钟表1包括指示在所述钟表的表盘上的信息的若干指针2。这些指针2可以是指示小时、分钟或秒的指针。它们可由连续的或后退的位移驱动，其中，所述位移可包括突然的加速。突然加速理解为是指，在有限时间内发生的并且是非常大幅度的不管是否是可预见的忽然加速，其中，所述加速紧跟着零位移、恒定加速或低加速。可承受的突然加速最小为250 000rad·s^-2，并优选为1.10⁶rad·s^-2。这些指针2还可以是计时机构或日历机构或其它机构的指针。如在图2中示出的指针2由棒3构成，该棒3具有比该棒3的宽度大得多的长度，并且该宽度本身比厚度大得多。棒的第一端部31用于指示一条信息。该第一端部31优选是最细的端部。设置开口4，以允许指针压在其轴10上。该开口4设置成靠近形成指针2的棒的第二端部32。该第二端部32可设置成用作不平衡件，以在指针2的位移期间确保指针2的良好的平衡。还可以设想，第二端部32设置成圆形的并包含有开口4，该开口4允许第二端部32压在其轴10上，如图1所示。

指针2通过直接压在所述轴10上而安装在轴10上，如图2所示，或者指针2连接到走针机构5上，该走针机构5本身压在轴10上，如图4所示。走针机构5可以直接由具有指针2的单个零件构成，如图3所示。

有利地，指针2中的至少一个由含有至少一种金属元素的至少部分非晶态的材料制成。该金属元素可以是贵金属元素，例如金、铂、钯、铼、钌、铑、银、铱或者锇。至少部分非晶态的金属合金理解为是指，该材料能够至少部分凝固成非晶相，即，它能够至少局部失去其所有的结晶结构。

事实上，这些非晶态金属合金的优点源于这样的事实：在它们成形期间，形成这些非晶态材料的原子不会按照像结晶材料一样的特定结构布置。因此，即使结晶金属的杨氏模量E和非晶态金属的杨氏模量是基本上相同的，弹性极限σ_e也是不同的。因此，非晶态金属与结晶金属的显著区别是：非晶态金属的弹性极限σ_eA是结晶金属的弹性极限σ_eC的基本上两倍，如图5所示。该图示出非晶态金属(虚线)和结晶金属(实线)的应力σ随应变ε变化的曲线。此外，可储存的最大弹性能量计算为弹性极限σ_e的平方和杨氏模量E之间的比值。由于非晶态金属的弹性极限是结晶金属的基本上两倍，因此非晶态金属可存储的弹性能量是结晶金属的基本上四倍。这意味着非晶态金属在到达弹性极限σ_e之前可承受更大的应力。

首先，相对于由结晶金属制成的指针来说，由非晶态金属制成的指针2可提高其可靠性。事实上，施加在指针2上的应力与指针2的转动惯量相关，该指针2的转动惯量取决于质量和长度。因此，指针越长或在指针2的端部处的质量越大，指针2的转动惯量就越高。指针2在返回到零或震动之后的位移期间累积的动能取决于转动惯量。该动能决定在返回到零运动期间或在震动期间施加在指针2上的应力。高动能导致高应力，并因此导致变形的显著风险。

由于非晶态金属的弹性极限σ_e高于结晶金属的弹性极限σ_e，因此为获得塑性变形而需要施加的应力较高。因此，对于相当的动能，由非晶态金属制成的指针2比由结晶金属制成的指针2发生塑性变形的风险更小。

材料还可以由其比强度来表征，比强度是弹性极限与密度之比。非晶态金属具有比结晶金属更高的比强度，这是因为，一方面，对于相同类型的合金，非晶态金属的弹性极限是结晶金属的两倍，另一方面，对于给定的组分，非晶态结构的密度比结晶结构的低约10％。这种情况的结果是：由非晶态金属合金或非晶态金属制成的指针比由相同组分的金属合金制成的但是具有结晶结构的相同尺寸的指针更轻。因此，由于转动惯量与质量相关，所以由非晶态金属制成的指针的转动惯量更低。动能以及因此施加在由非晶态金属制成的指针上的应力较低，从而指针在塑性变形之前能够承受更高的应力。

密度与非晶态金属在塑性变形之前承受更高应力的能力相结合的优点允许使用非晶态贵金属合金。事实上，非晶态贵金属合金的弹性极限是其结晶等同物的两倍。因此，所述非晶态贵金属合金在塑性变形之前能够比其结晶等同物承受更高的应力。应力与动能相关，动能本身与转动惯量相关，转动惯量取决于质量和长度。因此，由于非晶态金属合金——不论是否是贵金属的——的密度比它们的结晶等同物的低，所以它们的位移呈现出较低的动能以及因此较低的应力。因此，与由结晶贵金属合金制成的指针具有相同尺寸的由非晶态贵金属制成的指针具有较低的质量，其位移将产生较低的应力。由于应力较低并且最大的承受应力较高，所以使用非晶态贵金属合金形成必须承受显著的和突然的加速的指针是可能的，这与本领域技术人员的偏见相反。

其次，非晶态金属的特性使得可设想更多变化形式的指针2。事实上，转动惯量用于确定指针的动能和指针在其返回到零期间将受到的应力。该转动惯量取决于指针2的质量和长度。因此，这些参数被考虑进来限制指针2发生塑性变形的风险。

由于非晶态金属能够承受较高的应力，即，较高的动能以及因此较高的转动惯量，因此可以增加指针2的质量和长度而没有发生塑性变形的风险。更具体地，可以增加在指针2的第一端部处的质量，这允许使用更大形状的指针2。因此，可以这样设置：所述第一端部包括具有较大尺寸的区域，该区域例如允许使用发光材料，或者计时机构的长秒针采用宝玑针2的形式。还可以增加在可用作不平衡件的第二端部32处的质量。

在非晶态金属的特性允许增加指针2的尺寸的同时，它们也允许形成具有较小尺寸的指针2。事实上，对于同等的应力，指针2可以具有较小的长度和/或较小的质量，而不产生塑性变形，这是由较高的弹性极限造成的。上述尺寸减小还可以应用于指针2的用于平衡所述指针2的不平衡件。

因此，不管是否是贵金属的，非晶态金属具有在不增加塑性变形的风险的情况下允许指针2的尺寸增加或减小的双重优点。指针的尺寸和/或质量的减小可以通过在指针2上设置凹槽11实现，该凹槽11可以是贯通的，或者不是贯通的，如从图15中明显看到的。这些凹槽11允许通过移除材料来降低指针2的质量，并因此允许减小转动惯量，同时提供有趣的视觉效果。

可设想若干方法来使用非晶态金属制造指针2。

首先，可以使用冲压或切割的传统方法。因此，非晶态金属首先设置成薄片的形式。然后，通过压制冲压这些薄片或通过水射流或激光切割这些薄片。

然而，可以使用非晶态贵金属的性能用于成形。事实上，非晶态金属非常容易成型，这使得可以较高精度制造具有复杂形状的零件。这是因为非晶态金属的如下的特殊特性：在每种合金所特有的给定温度范围[Tg-Tx](例如，对于Zr_41.24Ti_13.75Cu_12.5Ni₁₀Be_22.5合金，Tg＝350℃，Tx＝460℃)内，非晶态金属可以软化但仍然保持非晶态一定时间段。因此，可以在相对低的应力下和中等温度下对这些金属进行成型，从而允许使用例如热成形等简化的方法。因为合金的粘度在温度范围[Tg-Tx]内作为温度的函数急剧下降并且合金因此模制底版件的所有细节，所以使用这种材料附加地使得能够以高精度重复加工精细的几何形状。例如，对于基于铂的材料，在大约300℃的温度下发生成型，在此温度下合金的粘度达到10³Pa.s，应力为1MPa，而在温度Tg下，其粘度达到10¹²Pa.s。模件的使用具有产生不允许切割或冲压的三维的高精度零件的优点。

使用的方法是非晶态预制件的热成形。该预制件7通过将旨在形成非晶态合金的金属元素在炉中熔化获得。上述熔化在受控的气氛中实施，使得合金和氧的任何组合尽可能地低。一旦这些元素熔化，则将它们铸造成半成品——例如尺寸接近指针的尺寸的棒——的形式，然后快速冷却，以便保持至少部分非晶态。一旦制成预制件7，就实施热成形，以便获得最终零件。上述热成形通过在其玻璃化转变温度Tg和其结晶温度Tx之间的温度范围内压制一段预先确定的时间实施，以保持完全或部分非晶态的结构。这样做是为了保持非晶态贵金属的弹性性能特性。因此，指针2的最后成型的不同步骤是：

a)将具有指针2的底版件的模件8加热到选取的温度，如图6所示，

b)将非晶态金属预制件7插到热模件之间，如图7所示，

c)向模件8施加闭合力，以便将模件8的几何形状复制到非晶态贵金属预制件7上，如图8所示，

d)等待选取的最大时间，

e)打开模件8，

f)将指针2快速冷却至Tg以下，以便材料保持其至少部分非晶态，和

g)从模件8取出指针2，如图9所示。

热成形允许简化所述指针2的形成，尤其是对于形成图15中所示的指针的凹槽11来说。

此外，可以使用热成形技术形成直接具有走针机构5的指针2，如从图6至图9中清楚看到的。因此，这意味着，走针机构5和指针2仅由同一零件制成，如从图3中清楚看到的。因此，形成模具(moule)的模件(matrice)8设置成具有指针2及其一体的走针机构5的底版的形状。因此，实施步骤a)至g)，以形成所述指针2。因为指针2和其走针机构5制成单个零件的这种配置，所以所述指针2和其走针机构5之间的固定没有问题。

在变型方案中，形成直接固定在走针机构5上的指针2。图4示出的走针机构5由圆柱形零件构成，该圆柱形零件具有内径d，该内径d等于轴10的直径，走针机构5压在该轴10上。走针机构5具有外径D，该外径D大于内径d，并且外径D在整个走针机构5上可以是不均匀。该走针机构5的外轮廓具有环形凹槽6，指针2定位在该凹槽6中。直径在上述内径和外径之间的上述凹槽使得指针2能够被轴向保持。将走针机构5放置在模件8之间，指针2将在该模件8中形成，如图11所示。然后实施上述步骤a)至g)，步骤a)至g)在图12、图13和图14中示出。结果是，指针2直接模制在走针机构5上并因此直接固定在走针机构5上。可这样设置：环形凹槽的壁具有突出部分或其它结构，以改善指针2在走针机构5中的保持并尤其是环形保持。

应当理解，可以对以上讨论的本发明的各个实施例进行对本领域技术人员来说显而易见的各种改变和/或改进和/或组合，而不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围。

当然，应当理解，指针2或形成走针机构5和指针2的零件可通过铸造或通过注射形成。该方法包括在具有最终零件的形状的模具中铸造通过将金属元素熔化获得的合金。一旦模具已填充，就将模具快速冷却到低于Tg的温度，以防止合金结晶并因此获得由非晶态或部分非晶态的贵金属制成的指针2。

Claims (7)

1.一种设置成围绕轴(10)安装以便能够指示一条信息的指针(2)的应用，所述指针由包括至少一种金属元素的至少部分非晶态的金属合金制成，其特征在于，所述指针用于这样一种场合，其中在给定时刻，所述指针受到至少250000rad·s^-2的加速。

2.根据权利要求1所述的指针的应用，其特征在于，所述指针利用走针机构(5)固定在所述轴(10)上。

3.根据权利要求1所述的指针的应用，其特征在于，所述指针和所述走针机构(5)形成单个零件。

4.根据权利要求1所述的指针的应用，其特征在于，所述指针设置成由后退运动驱动。

5.根据权利要求1所述的指针的应用，其特征在于，所述指针由完全非晶态的金属合金制成。

6.根据权利要求1所述的指针的应用，其特征在于，所述金属元素选自由金、铂、钯、铼、钌、铑、银、铱或者锇组成的群组。

7.根据权利要求1所述的指针的应用，其特征在于，所述指针用于这样一种场合，其中在给定时刻，所述指针受到约1.10⁶rad·s^-2的加速。