JP7227324B2 - コンパス機能付きの環状流体システム - Google Patents
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Description
本発明は、付加機能を備える腕時計のような装着可能な物に関する。この付加機能は、典型的には磁気コンパス機能であり、さらに随意的に、気圧計や温度計、そして、レベル指示機能である。
球体が液体によって満たされる球状のナビゲーション用コンパスはすでに知られている。また、周辺気圧に応じて体積を変える閉じたベローズを用いる気圧計、そして、液体の熱膨張を利用する温度計も知られている。これらのデバイスの一部が腕時計に組み入れられたことがある。
しかし、これらのデバイスは、表盤の箇所における携行型時計ケース内において非常にかさばるため、通常の腕時計の美観が大きく変わってしまい、魅力が損なわれてしまうように考えられている。
本発明は、腕時計のような装着される物において、電子システムを使用せず、補助電源を必要とせず、携行型時計用ムーブメントを受ける中央部分の空き空間を確保しつつ、磁気コンパスの機能、そして随意的に、気圧計や温度計の機能を提供することを目的とする。
このために、本発明は、携行型時計（例、腕時計、懐中時計）のベゼルに匹敵する環状の構成を与えるデバイスであって、強磁性材料又は磁気的に分極された材料がないことだけでなく、携行型時計の中央部分に制約をもたらさずに、例えば、携行型時計用ムーブメントを、この中央部分内に収容するようなデバイスに関する。本発明が目指す主な機能は、磁気コンパスを備えることである。
本発明は、適切な流体によって満たされる環状管内で、静摩擦係数がほぼゼロであるような、重力平衡状態で浮遊する環状構造を作ることに関し、このアセンブリーは、コンパス機能を備える環状の「ルディオン（ludion）」流体システムと呼ばれる。
この可動環状構造は、地球の磁場に置かれたときに力のモーメントを受けるように分極している少なくとも１つの磁石又は磁化部分を備える。
この力のモーメントが当該構造に作用して、当該構造を地球の磁気ベクトルの方向に向きを整列させる。当該向きの整列は、低い静摩擦力のおかげで、ほぼ完璧に行われ、その時定数は、当該可動構造が浸される流体の性質、また、可動構造の質量、磁力の大きさ、可動構造を収容する環状管の壁と可動構造の間の空間のような様々な要因に依存する。
静的摩擦力がほぼゼロなのは、環状管によって満たされる流体の密度と等しくなるように可動構造の密度を調整することで得られる重力バランスと、この流体の潤滑性に基づいている。
便利に用いるためには、９５％の角度的変位を約３秒以内に可能にするために（粘性力が角速度に比例するものと仮定）、地球の磁気ベクトルに対する可動構造の向きの整列の時定数は約１秒よりも短くなければならない。
本発明の文脈の範囲内で、気圧計や温度計のような副次的な機能も考えることができる。それらは、気体の法則にしたがって閉じた気体が圧縮可能であるという性質を利用したり、温度に応じて流体が膨張するという性質を利用したりする。
本発明は、腕時計のような装着可能な物において、革新的な美しさがある一又は複数の有用な機能を実現することを可能にし、これらの機能は、特に、携行型時計のベゼルに搭載することができ、したがって、表盤の美しさを損なわない。添付の図面を参照しながら例として示している好ましい実施形態についての以下の説明を読むことで、本発明の他の特徴及び利点を理解することができる。
本発明は、コンパスの機能、そして随意的に、温度計や気圧計の機能、そして、レベル指示機能、を備えた環状流体デバイスに関する。
図１に示している第１の実施形態において、本発明に係るデバイスは、磁気コンパスの機能のみを備える。
このデバイス１は、両端が閉じられた環状管２を備え、この管２の壁の断面は、円形、正方形のような断面である。この管２は、当該デバイスの外側ケーシングを表しており、これは、例えば、携行型時計ケース内に組み入れられる。この管の壁は、少なくとも、携行型時計ケース又は他の物に組み入れられた後に外部から見えるように意図された部分において、光透過性である。壁の厚みは、その可視部分において変わっていることができ、これによって、下において説明するように、この管内の浮遊システム３によって指示される基本方位１５の視覚化のために有利な光学的効果を発生させる。また、管の内壁を、例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）のような過フルオロポリマー層、又はパリレンのような薄い機能層で覆って、摩擦力を低減させることもできる。
この管２の中には、浮遊システム３、例えば、剛体のトーラス状のもの、が配置される。浮遊システム３は、空いた空間を埋める適当な流体４内にて浸っている。浮遊システム３は、管２の中心軸５のまわりを前記環状管２に対して自由に回転するように取り付けられ、この環状管２は、この環状管２が中に配置される物体と一体化される。
この浮遊システムは、単一の環状の堅固な物体によって構成していることができ、また、リングによって接続されるいくつかの要素によって構成していることができる。この堅固な物体、又はリングによって接続される要素の断面は、それらを収容する環状管の内側断面よりも小さい。環状管の内壁との摩擦の影響を軽減するために、また、意図した用途における美的基準を満たすために、様々な断面形状を考えることができる。他にも、より薄いリングが環状管内にていくつかのガイド要素が接続されるような形態も可能である。図４の例においては、リングによって接続される要素は、球３ａの形である。
環状管２の内側にて浮遊する浮遊システム３は、この浮遊システム３と一体化された一又は複数の永久磁石要素６を備える。この数は、図４の例では２、図１の例では４、図９の例では６、図６Ａでは８、図６Ｃでは１２である。図６Ｄに示している代替形態において、浮遊システム３は、完全に磁化されたリング（磁性要素６）によって形成することができ、そのリングは、例えば、薄い磁性層によって覆われる。前記磁石は、図１及び６Ａに模式的に示しているように同じ方向に並べることができ、また、図５、６Ｂ及び６Ｃに模式的に示しているように異なる方向に並べることもできる。磁石６は、図５に模式的に示しているように、外部の磁気ベクトルの方向、すなわち、地球の磁場の方向に、向きを整列させるような力のモーメントを浮遊システム３が受けるようにすることを可能にする。これらの磁石は、例えば、浮遊システムの材料によってオーバーモールドされる。これらの磁石は、例えば、サマリウムとコバルトの合金によって作られた磁石である。好ましくは、これらの磁石は、浮遊システムの周部にわたって軸対称に分布する。球体のような要素をリングによって接続する図４の構成においては、磁石は、球体の中に配置することができ、前記リング上に配置することができ、また、前記リングであることができる。図示していない代替形態において、磁化可能な粒子を浮遊システムの材料に組み込み、その後に磁化することができる。好ましいことに、この浮遊システムは、プラスチック材料、典型的には、ＡＢＳ（アクリロニトリルブタジエンスチレン）、によって作られる。
トーラスの密度、より一般的には、浮遊システムの密度、を調整して、流体にて浮くようにするために、トーラスには、さらに、空気によって満たされる一又は複数の空洞３ｄがあるようにすることができ、これによって、トーラスを包囲する流体４における重力バランスを調整することができる（図５）。
好ましくは、浮遊システムの外面は、例えば、ＰＴＦＥのような過フルオロポリマー層、又はパリレンのような薄い機能層によって覆われて、摩擦力を低減させる。
また、図５に示しているように、浮遊システム３は、さらに、中心軸５に平行な軸のまわりを回転可能な水平方向の車と呼ばれる車３ｂ、及び／又は中心軸５に垂直な軸のまわりを回転可能な鉛直方向の車と呼ばれる車３ｃを備えることができる。これらの水平及び垂直方向の車は、環状管２の壁に対して隙間があるように取り付けられ、中心軸５に平行な方向と垂直な方向の摩擦を低減することが意図されている。
浮遊システムには、意図した用途に応じて選択される美的外観に対応する装飾を施すことができる。
好ましい実施形態において、この装飾は、リン光又は蛍光の部分を含む。上述したように、浮遊システムは、さらに、図において１５と付記した少なくとも１つの基本方位によってマーキングされる。
環状管の内壁と浮遊システムの間の空洞を埋めるために、適切な流体を選択する。この流体の主な特徴は、光透過性があり、粘度が低く、かつ、浮遊システムの密度と実質的に等しい適切な密度を有することである。動的粘度は、典型的には０．３～１０ｍＰａ・ｓの範囲内である。
この流体は、他の機能性ラジカルがグラフト化されていてもよいＨ－Ｃ－Ｏの炭化水素鎖（有機溶媒）又はシリコーンオイルによって構成していることができる。
磁北を正確に示すためには、静摩擦力が発生させる静摩擦モーメントは、浮遊システムと地球の磁場との相互作用によって与えられる磁気モーメントよりもはるかに小さくなければならない。
最後に、動的摩擦力は、浮遊システムの迅速なポジショニングを可能にするほど小さくなければならず、その時定数は、典型的には１秒以下である。
図２に示している第２の実施形態において、本発明に係るデバイスは、コンパス機能に加えて、気圧計機能も備える。
第１の実施形態に関連して説明した環状管２に、第２のキャピラリー管７がグラフトされる。内側断面が小さいこのキャピラリー管は、内径が典型的には５０μｍから５００μｍであり、環状管と流体連通している。このキャピラリー管の外側形状は、その後面に対して発生する異なる色の線が、上述の環状管から到来する光透過性の流体によって満たされた部分において、強いコントラストを発生させる光学的効果によって、見えるようにするように計算される。
キャピラリー管７の自由端の側に、気体又は圧縮可能な混合気体、例えば、空気、によって満たされた拡張空間１３があり、また、流体４に大気圧を伝達するために環状管２上に膜８がある。このようにして、流体は大気圧に応じてキャピラリー内を動くことができ、大気圧の指示を提供することができる。
図３に示している第３の実施形態において、本発明に係るデバイスは、コンパスの機能に加えて温度計の機能も備える。
このデバイスは、第２の実施形態に関連して説明した追加機能を備えるが、流体の熱膨張によって第２の実施形態に関連して説明した表示キャピラリー内において流体が変位することを可能にするように膜を備えず、これによって、大気圧の代わりに温度の指示を提供する。
第４の実施形態において、本発明に係るデバイスは、さらに、磁気コンパス機能の使用を改善させるために、バブルレベルタイプのレベル指示機能を備える。このレベル指示機能は、温度計や気圧計の機能に加えて備えることができる。
第１の実施形態に関連して説明した環状管２内の浮遊システム３には、その一部に、目視可能で流体と連通するように意図される空欠部１６があり、これによって、一又は複数の気泡の通過を可能にし、また、レベルの指示を提供する。すなわち、ユーザーが装着している本発明に係るデバイスの姿勢の指示を提供する（図７）。また、好ましいことに、環状管２の上部に空欠部１６を設けて、流体に円形断面の通路を設けることもできる。代わりに、環状管２のみに空欠部１６を設けることもできる。
計時器の用途においては、本発明に係るデバイスを携行型時計ケース内の複数の場所に配置することができる。図８Ａ及び８Ｂは、携行型時計ケース内においてデバイスを配置することのできる様々な位置を模式的に示している。すべてを網羅してはいないが、このデバイスを、位置ａ及びｂではベゼル９に、位置ｃではミドル部１０に、位置ｄ及びｅでは風防１１に、位置ｆ、ｇ及びｈでは表盤１２に、それぞれ配置することができる。
前記のように、環状管の壁の一部のみを光透過性にして、携行型時計ケースの外側から当該浮遊システムを見ることを可能にすることができる。このような例を図９に示しており、これにおいては、ベゼル９に配置される当該浮遊システムは、携行型時計ケース１４の１２時の位置にある壁の光透過性の部分２ａを通してのみ見ることができる。この場合、当該浮遊システムのマーキングは、当該浮遊システムの角位置にかかわらず少なくとも１つの基本方位１５を光透過性の壁を通して見えるように十分なマーキングでなければならない。
１ 環状流体デバイス
２ メイン管とも呼ばれる環状管。
ａ 壁の光透過性の部分
３ 浮遊システム、浮遊構造、又はトーラス
３ａ 球
３ｂ 水平方向の車
３ｃ 鉛直方向の車
３ｄ 凹部又は空洞
４ 流体
５ 管の中心軸
６ 磁性要素
７ 副次的な管とも呼ばれるキャピラリー管
８ 膜
９ ベゼル
１０ ミドル部
１１ 風防
１２ 表盤
１３ 拡張空間
１４ 携行型時計ケース
１５ 基本方位
１６ 空欠部
２ メイン管とも呼ばれる環状管。
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１２ 表盤
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１４ 携行型時計ケース
１５ 基本方位
１６ 空欠部
Claims (18)
- 閉じた内部空間を形成する環状管（２）と、
前記閉じた内部空間内に配置される流体（４）と、
閉じた内部空間内にて前記流体（４）内に浸された浮遊システム（３）と、及び
前記浮遊システム（３）と一体化された少なくとも１つの永久的に分極された磁性要素（６）と
を備える環状流体デバイス（１）であって、
前記浮遊システム（３）は、前記環状管（２）の中心軸（５）のまわりを前記環状管（２）に対して自由に回転することができるように構成しており、
前記浮遊システム（３）には、４つの基本方位（１５）のうちの少なくとも１つの基本方位を含むマーキングがあり、
前記磁性要素（６）は、前記中心軸（５）のまわりを回転することによって外部の磁力ベクトルの方向に前記浮遊システム（３）の向きを整列させるような力のモーメントを前記浮遊システム（３）が受けることを可能にし、
気圧計又は温度計の機能を付加するように、前記環状管（２）と流体連通するキャピラリー管（７）を備え、
前記環状管（２）は、その壁（２ａ）の少なくとも一部において光透過性であり、これによって、前記環状管（２）の外側から前記浮遊システム（３）の前記マーキングを見ることができる
ことを特徴とするデバイス（１）。 - 前記気圧計の機能のために前記流体（４）に大気圧を伝達するように、前記環状管（２）上に配置される膜（８）を備える
ことを特徴とする請求項１に記載のデバイス（１）。 - 閉じた内部空間を形成する環状管（２）と、
前記閉じた内部空間内に配置される流体（４）と、
閉じた内部空間内にて前記流体（４）内に浸された浮遊システム（３）と、及び
前記浮遊システム（３）と一体化された少なくとも１つの永久的に分極された磁性要素（６）と
を備える環状流体デバイス（１）であって、
前記浮遊システム（３）は、前記環状管（２）の中心軸（５）のまわりを前記環状管（２）に対して自由に回転することができるように構成しており、
前記浮遊システム（３）には、４つの基本方位（１５）のうちの少なくとも１つの基本方位を含むマーキングがあり、
前記磁性要素（６）は、前記中心軸（５）のまわりを回転することによって外部の磁力ベクトルの方向に前記浮遊システム（３）の向きを整列させるような力のモーメントを前記浮遊システム（３）が受けることを可能にし、
前記環状管（２）は、その壁（２ａ）の少なくとも一部において光透過性であり、これによって、前記環状管（２）の外側から前記浮遊システム（３）の前記マーキングを見ることができ、
前記浮遊システム（３）及び／又は前記環状管（２）には、前記流体（４）と連通する空欠部（１６）があり、
前記空欠部（１６）は、その内部空間において、レベル指示を提供するように一又は複数の気泡をトラップし、
前記浮遊システム（３）と前記環状管（２）のそれぞれに空欠部（１６）がある場合に、それらの対応する２つの空欠部（１６）どうしは反対側にあるか又は同じ側にて対向している
ことを特徴とするデバイス（１）。 - 閉じた内部空間を形成する環状管（２）と、
前記閉じた内部空間内に配置される流体（４）と、
閉じた内部空間内にて前記流体（４）内に浸された浮遊システム（３）と、及び
前記浮遊システム（３）と一体化された少なくとも１つの永久的に分極された磁性要素（６）と
を備える環状流体デバイス（１）であって、
前記浮遊システム（３）は、前記環状管（２）の中心軸（５）のまわりを前記環状管（２）に対して自由に回転することができるように構成しており、
前記浮遊システム（３）には、４つの基本方位（１５）のうちの少なくとも１つの基本方位を含むマーキングがあり、
前記磁性要素（６）は、前記中心軸（５）のまわりを回転することによって外部の磁力ベクトルの方向に前記浮遊システム（３）の向きを整列させるような力のモーメントを前記浮遊システム（３）が受けることを可能にし、
前記環状管（２）は、その壁（２ａ）の少なくとも一部において光透過性であり、これによって、前記環状管（２）の外側から前記浮遊システム（３）の前記マーキングを見ることができ、
前記浮遊システム（３）は、前記中心軸（５）に平行な軸のまわりを自由に回転する水平方向の車と呼ばれる車（３ｂ）、及び／又は前記中心軸（５）に垂直な軸のまわりを自由に回転する鉛直方向の車と呼ばれる車（３ｃ）を備え、
前記水平方向の車（３ｂ）及び鉛直方向の車（３ｃ）は、前記環状管（２）の壁に対して隙間があるように取り付けられ、前記中心軸（５）に平行な方向と垂直な方向における摩擦を低減するように意図されている
ことを特徴とするデバイス（１）。 - 前記浮遊システム（３）は、トーラス状である
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のデバイス（１）。 - 前記浮遊システム（３）は、いくつかの部分が接続されたリング状のものである
ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載のデバイス（１）。 - 前記部分は、球（３ａ）の形である
ことを特徴とする請求項６に記載のデバイス（１）。 - 前記磁性要素（６）は、前記浮遊システム（３）の材料によってオーバーモールドされた磁石である
ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載のデバイス（１）。 - 前記浮遊システム（３）の周部にて軸対称に分布するいくつかの永久的に分極された磁性要素（６）を備える
ことを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載のデバイス（１）。 - 前記少なくとも１つの永久的に分極された磁性要素（６）は、前記浮遊システム（３）の材料内にて分布する粒子によって形成される
ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載のデバイス（１）。 - 前記浮遊システム（３）を覆う磁性層によって構成している単一の永久的に分極された磁性要素（６）を備える
ことを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載のデバイス（１）。 - 前記流体（４）の密度は、前記浮遊システム（３）の密度と実質的に等しい
ことを特徴とする請求項１～１１のいずれか一項に記載のデバイス（１）。 - 前記流体（４）は、Ｈ－Ｃ－Ｏ系炭化水素鎖又はシリコーンオイルによって構成している
ことを特徴とする請求項１～１２のいずれか一項に記載のデバイス（１）。 - 前記流体（４）の粘度は、０．３～１０ｍＰａ・ｓである
ことを特徴とする請求項１～１３のいずれか一項に記載のデバイス（１）。 - 請求項１～１４のいずれか一項に記載のデバイスを備える
ことを特徴とする装着可能な物。 - 携行型時計ケース（１４）である
ことを特徴とする請求項１５に記載の装着可能な物。 - 前記デバイス（１）は、前記携行型時計ケース（１４）のベゼル（９）、ミドル部（１０）、表盤（１２）又は風防（１１）に配置される
ことを特徴とする請求項１６に記載の装着可能な物。 - 前記デバイス（１）は、前記浮遊システム（３）が前記環状管（２）の前記光透過性の壁（２ａ）の部分を通して見えるようにベゼル（９）に配置される
ことを特徴とする請求項１７に記載の装着可能な物。
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