CN101196724B - 包括重叠带形弹性结构的组件及装配该组件的时计 - Google Patents

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Abstract

制造在脆性材料板内的组件(18)，包括孔口(32)，用于轴向插入心轴(26)，孔口(32)的内壁(33)包括弹性结构(34)，其被蚀刻在板内来径向夹紧心轴(26)。每一个弹性结构(34)包括沿着相对于心轴(26)的切线方向延伸的第一直线弹性带(L1)。依照本发明，每一个弹性结构(34)由几个平行的弹性带的径向堆叠形成。本发明还提出了一种装配了这种组件(18)的时计。

Description

包括重叠带形弹性结构的组件及装配该组件的时计
技术领域
本发明涉及一种组件和包括这种组件的时计。
本发明尤其涉及一种在脆性材料板例如硅板上制造的组件，其特别是用于时计，该组件包括用于轴向插入心轴的孔口，该孔口的内壁包括蚀刻在该板中的弹性结构，并且每个至少包括一个支撑表面用于径向夹紧或挤压心轴，以使组件相对于心轴固定，其中，每一个弹性结构包括第一直线弹性带，其沿着相对于心轴的切向方向延伸，该支撑表面被安置在该第一弹性带的内面上。
技术背景
一般来说，在时计里，组件例如时计指针和齿轮通过被驱动进它们的旋转心轴里来固定，即中空的筒被推动到直径比该筒内径稍微大一点的销上。被采用材料，一般来说金属的弹性的和塑性属性被用来驱动入所述的元件。对于由脆性材料例如硅制成的部件来说，它没有可用的塑性范围，不可能像在机械表制造中使用的那些一样，驱动中空筒到常规旋转心轴上，具有±5微米数量级的直径公差。
然而，固定组件例如指针的方案必须提供足够的力来在振动的情况下在原位置保持该元件。例如，常规时计指针需要的力为一牛顿数量级。
为了克服这些问题，已经提议在组件例如硅平衡弹簧夹头中制造设置在该孔口周边的柔性带状弹性结构，以驱入类布置将夹头固定在心轴上，利用带的弹性形变以夹紧心轴并且保持夹头在心轴上。在欧洲专利No.1655642中具体公开了这种类型的固定方法的例子。
发明内容
本发明的目的是提供该解决方案的改进，特别是允许这种组件在时计机构中用作旋转元件，特别是用作时计指针。
因此，本发明提出一种前面描述类型的组件，其特征在于每一个弹性结构由几个平行的弹性带的径向堆叠形成，每一个弹性带通过成两个部分的直线分离器孔从相邻的弹性带径向分离，分离器孔的两个部分通过连接两个相邻弹性带的桥材料分离，并且其和支撑表面基本上径向对准，并且位于第一个带的相对侧上的该堆叠的最后一个弹性带被成单个部分的孔从板的剩余部分径向分离，该孔被称为间隙孔，其限定了该弹性结构的径向间隙空间。
根据本发明的组件提高了靠着心轴的夹紧力，以允许更好地分布与形成组件的材料中弹性形变相关的应力，并且允许更好地控制心轴上得到的夹紧力。尤其是，在维持每一个弹性带最低可能的刚性水平时，堆叠中每一个弹性带的返回力加在一起。在不超出材料弹性范围的情况下，弹性结构尤其是在支撑表面上获得明显弯曲。因此，根据本发明的弹性结构在他们弹性形变后提供了足够大的径向间隙，来补偿施加到心轴直径上的制作公差，如同时计中驱动指针使用的那些一样。
另外，根据本发明的弹性结构优化了用于执行夹紧和固定功能的组件中的可用体积。
关于本发明的其它特征：
-在每个弹性结构中，弹性带的长度从堆叠中的第一个弹性带到最后一个弹性带逐渐减小；
-每个弹性带的径向厚度大致在它的整个长度上是恒定的，并且，在每个弹性结构中，弹性带的径向厚度从堆叠中的第一个弹性带到最后一个弹性带逐渐减小；
-分离器孔的径向厚度对每一个分离器孔来说大致是恒定的，并且大致从一个分离器孔到下一个分离器孔是恒定的；
-间隙孔的最小径向厚度大于等于分离器孔的径向厚度；
-每一个分离器孔的端部的每个的轮廓为倒圆；
-第一个弹性带的支撑表面包括离散的突起元件，其增大心轴和支撑表面间的摩擦；
-孔口的内壁包括至少三个弹性结构，其规则地分布在心轴周围；
-孔口的内壁由两个弹性结构和一个固定支撑表面形成，两个弹性结构的第一个弹性带在它们之间限定了确定角，并且两个弹性结构的第一个弹性带在其固定端之一彼此结合；
-孔口内壁的外形为整体上的等腰三角形，并且固定支撑表面形成等腰三角形的底边；
-固定支撑表面设置于突出在孔口内部的切口部分的自由端；
-组件由旋转元件形成，该旋转元件可旋转地固定地安装在心轴上；并且
-组件由时计指针形成。
本发明也提出了一种时计，其特征在于它包括至少一个根据任一上述特征的组件。
附图说明
通过非限制性示例给出的，参照提供的附图，在读了下面的详细描述后，本发明的其它特征和优点将更加清楚地显见，其中：
-图1是一轴向截面图，其示意性地示出了装配有根据本发明教示制作的由时计指针所形成的组件的时计；
-图2至图4是顶视图，其示意性地分别示出了装配到图1所示时计且其具有重叠的弹性带结构的时针、分针和秒针；
-图5是图2一部分的放大图，其示出了时针安装环；
-图6是图4一部分的放大图，其示出了秒针安装环；和
-图7是和图6类似的视图，其示出了弹性结构的可选实施例，该弹性结构包括支撑表面上离散的突起元件。
具体实施方式
在下面的描述中，相同的或类似的元件将用相同的参考数字表示。
图1示意性地示出了根据本发明教示制造的时计10。
时计10包括安装在水晶玻璃16封闭的外壳14里的机芯12。机芯12驱动模拟显示装置绕轴线A1旋转，该模拟显示装置在此处由时针18、分针20和秒针22形成，这些指针在面盘24上方延伸。如下文中所见的，指针18、20、22以驱入类布置通过被弹性地夹到同轴圆柱形旋转心轴26、28、30来固定。
优选地，心轴26、28、30是时计机芯中常用的常规心轴，例如金属或者塑料心轴。
在下面的描述中，以一种非限制的方式，我们将利用沿着指针18、20、22的旋转轴线A1的轴向取向以及相对于轴线A1的径向取向。此外，取决于相对于轴线A1的径向取向将元件称为内部或者外部。
指针18、20、22形成组件，每一个指针18、20、22被制造在脆性材料，优选硅基晶体材料的板内。
图2、3、4为三个指针中的每一个指针，即分别为时针18、分针20和秒针22示出了优选的实施例。每一个指针18、20、22在此包括确定了孔口32的安装环31，通过轴向插入孔口32，将指针18、20、22固定到相关的心轴26、28、30上。孔口32的内壁33包括弹性结构34，其被蚀刻在形成安装环31的板内，并且每个包括至少一个支撑表面36来径向夹紧相关的心轴26、28、30，以在轴向和径向上保持指针18、20、22在心轴26、28、30上，并且使得心轴和相关的指针彼此可旋转地固定。
现在，如图2和以放大方式的图5所示，根据本发明的弹性结构34的第一优选实施例将通过检验时针18来描述。需要注意的是，这里的弹性结构34是以静态示出的，也就是说，在插入相关的心轴26、28、30而形变之前。
每一个弹性结构34都由具有大致恒定径向厚度的几个弹性的直线的并且平行的带Ln的径向堆叠形成，其每一个都沿着相对于相关的心轴26的切向方向延伸。在心轴26的侧面上，每一个弹性结构34的支撑表面36被布置在堆叠的第一弹性带L1的内面38上。在每一个弹性结构34内，每一个弹性带Ln通过成两个部分Ina、Inb的直线分离器孔In从相邻的弹性带Ln-1、Ln+1径向分离，分离器孔In的两个部分Ina、Inb被连接两个相邻弹性带Ln的桥材料Pn分离，并且该桥材料和支撑表面36基本上径向对准。因此，弹性带Ln之间的连续的系列桥材料Pn形成了径向连接梁40。
有利地，每一个分离器孔In端部有倒圆的轮廓，例如半圆形，由此阻止在弹性带Ln弯曲时端部机械应力积累，该机械应力积累可引起开裂。
在示出的示例中，形成弹性结构34的堆叠包括三个弹性带L1、L2、L3和两个分离器孔I1、I2。这里，分离器孔In的径向厚度大致是恒定的且相同的。
根据本发明的另外一个特征，堆叠的最后一个弹性带L3位于第一带L1的相对侧上，通过称作间隙孔42的成单个部分的孔42，最后一个弹性带被从形成指针18的板的剩余部分径向分离，间隙孔42为相关的弹性结构34限定了径向间隙空间。值得注意的是，一方面，通过蚀刻脆性材料板使用的方法所允许的最小径向槽厚度来确定间隙孔42的最小径向厚度，另一方面，通过弹性结构34的最大径向间隙来确定间隙孔42的最小径向厚度。这两个参数中较大的一个将被选为间隙孔42的最小径向厚度。优选地，间隙孔42的径向厚度大致是恒定的并且大于分离器孔In的径向厚度。
当心轴26被插入孔口32中时，施加在支撑表面36的作用力引起弹性结构34的所有弹性带Ln弹性形变，使得这些带Ln的中心部分径向地向外移动，减小了与梁40相对的间隙孔42的径向厚度。该弹性形变在心轴26上产生径向夹紧力，类似于驱入布置。
值得注意的是，连接梁40将所有的弹性带Ln相互连接在一起，使得当径向作用力施加到支撑表面36时，所有的弹性带将同时发生形变，且由此分布机械应力到几个地方来最小化断裂的危险。
优选地，在每一个弹性结构34中，弹性带Ln的长度从堆叠的第一个弹性带L1到最后一个弹性带L3逐渐地减小，其总体遵循安装环31的外部圆柱形壁44的曲率。
根据图5所示的实施例，每一个分离器孔In的径向厚度大致在其整个长度上是恒定的，且所有分离器孔In的径向厚度基本上是相等的。
为了在心轴26上得到最大夹紧力，在安装环31的给定材料体积内，最小化每一个分离器孔In的径向厚度。
有利地是，对每一个指针18、20、22，设置在孔口32周围的弹性结构34的数量被选为相关心轴26、28、30直径的函数，并且作为孔口32的内壁33和指针18、20、22的安装环31外壁44之间可用径向空间的函数。因此，心轴26、28、30的直径越大，前面所述的径向空间越小，弹性结构34的数量越大。
因此，在本实施例中，由于与时针18相关的心轴26的直径远大于与秒针22相关的心轴30的直径，并且由于安装环31的外部直径不按比例变化，所以我们为时针18选择弹性结构34的数量为4个，而为秒针22选择的弹性结构34的数量为2个。以中间的方式，这里分针20的弹性结构34的数量为3个。
值得注意的是，对于时针18和分针20来说，弹性结构34规则地分布在轴线A1周围，使得孔口32的内部轮廓形状整体上分别是正方形和三角形的。
现在我们具体参考图6描述秒针22的具体结构，它的孔口32只有两个弹性结构34和一个固定支撑表面46。依照本实施例，两个弹性结构34的第一弹性带L1在它们之间限定了锐角β并且它们大致在其一个固定端部结合。例如，角度β具有30度值。
固定支撑表面46沿相对于相关心轴30的切线方向延伸，并且它形成等腰三角形的底边，等腰三角形的其它两边由两个弹性结构34的第一弹性带L1的内面38形成。这里，固定支撑表面46被设置在整体上的梯形切口部分48的自由端，突出在孔口32中。切口部分48被蚀刻到形成指针22的板中，并且它在此包括两个侧壁50、52，其每一个平行于相对的弹性结构34的第一带L1延伸。
与秒针22相关的心轴30邻靠固定支撑表面46和弹性结构34的支撑表面36。
值得注意的是，孔口32的内壁33的轮廓具有整体上的等腰三角形形状。
依照图6所示的有利实施例，在每一个弹性结构34里，每一个弹性带Ln的径向厚度大致在其整个长度上是恒定的，并且弹性带Ln的径向厚度从堆叠的第一弹性带L1到最后一个弹性带L9逐渐减小，这里每一个弹性结构34包括9个从内部向外部长度减小的弹性带Ln。因此，弹性带L1的径向厚度适应其长度，这允许尽管它们有不同的长度，但所有弹性带Ln能够获得大致均匀的柔性。因此，本发明在用于固定的材料的整个体积内，即这里在整个安装环31内均匀化了机械应力。
当然这种弹性带Ln之间的厚度变化可应用于其它实施例的指针18、20、22中。
值得注意的是，形成每个堆叠的弹性带的数量适合作为各种参数的函数，尤其是作为可用的径向空间的函数，作为期望作用在相关心轴上的夹紧力的函数，作为用于制造相关的指针18、20、22的材料类型的函数。
图7示出了秒针22的可选实施例，它不同于前面实施例在于，每一个支撑表面36、46都具有离散的突起元件54，它提高了心轴30和支撑表面36、46之间的摩擦，以提高了心轴30和指针22之间的可旋转固定。三角形轮廓齿在此形成了这些离散的突起元件54。
当然这些变体可应用于设置在参考图2和图3描述的时针18和分针20的孔口32内的支撑表面36。
尽管本发明已经描述了关于指针18、20、22形成的组件，但它不限于这些实施例。因此，该组件也可以由其它类型的旋转元件形成，例如，在时计机芯中使用的齿轮。该组件也可以由非旋转元件例如脆性材料板形成，该脆性材料板为另一元件上的装配而设，该另一元件包括金属制成的固定心轴或者短轴。
本发明可适用于包括单层硅的硅板内制造的指针18、20、22，和在SOI(绝缘体上硅)型硅板中制造的指针18、20、22，该SOI型硅板包括由中间层的氧化硅分隔的硅顶层和硅底层。

Claims (14)

1.制作在脆性材料的板上的用于时计(10)的组件(18、20、22)，包括孔口(32)，用于轴向插入心轴(26、28、30)，该孔口(32)的内壁(33)包括被蚀刻到板中的弹性结构(34)，并且每一个包括至少一个支撑表面(36)，以径向夹紧心轴(26、28、30)，以便相对于心轴(26、28、30)固定组件(18、20、22)，其中每一个弹性结构(34)包括沿着相对于心轴(26、28、30)的切线方向延伸的第一直线弹性带(Ll)，支撑表面(36)被设置在第一弹性带(Ll)的内面(38)上，其特征在于，每一个弹性结构(34)由几条平行弹性带(Ln)的径向堆叠形成，每一条弹性带(Ln)通过成两个部分的直线分离器孔(In)从相邻的弹性带(Ln)径向分离，该分离器孔(In)的两个部分通过连接两个相邻弹性带(Ln)的桥材料(Pn)分离，且该桥材料(Pn)大致与支撑表面(36)径向对准，且位于第一弹性带(Ll)相对侧上的堆叠的最后一个弹性带(Ln)通过成单个部分的孔从板的剩余部分径向分离，该成单个部分的孔被称为间隙孔(42)，其为弹性结构(34)限定了径向间隙空间。
2.如权利要求1所述的组件(18、20、22)，其特征在于，在每个弹性结构(34)中，弹性带(Ln)的长度从堆叠中的第一弹性带(Ll)到最后一个弹性带(Ln)逐渐减小。
3.如权利要求2所述的组件(18、20、22)，其特征在于，每个弹性带(Ln)的径向厚度大致在其整个长度上是恒定的，且在每个弹性结构(34)中，弹性带(Ln)的径向厚度从堆叠中的第一弹性带(Ll)到最一个后弹性带(Ln)逐渐减小。
4.如权利要求3所述的组件，其特征在于，分离器孔(In)的径向厚度大致对于每个分离器孔(In)是恒定的，并且该径向厚度从一个分离器孔(In)到下一个分离器孔大致是恒定的。
5.如权利要求4所述的组件(18、20、22)，其特征在于，间隙孔(42)的最小径向厚度大于等于分离器孔(In)的径向厚度。
6.如权利要求1所述的组件(18、20、22)，其特征在于，每个分离器孔(In)的端部的每个的轮廓是倒圆的。
7.如权利要求1所述的组件(18、20、22)，其特征在于，第一弹性带(Ll) 的支撑表面(36)包括离散的突起元件(54)，其增大心轴(26、28、30)和支撑表面(36)之间的摩擦。
8.如权利要求1所述的组件(18、20、22)，其特征在于，孔口(32)的内壁(33)包括至少3个规则分布在心轴(26，28)周围的弹性结构(34)。
9.如权利要求4所述的组件(18、20、22)，其特征在于，孔口(32)的内壁(33)由两个弹性结构(34)和一个固定支撑表面(46)形成，两个弹性结构(34)的第一弹性带(Ll)在它们之间限定了确定角(β)，并且该两个弹性结构(34)的第一弹性带(Ll)在其固定端之一结合。
10.如权利要求9所述的组件(18、20、22)，其特征在于，孔口(32)的内壁(33)的轮廓具有整体上的等腰三角形形状，并且固定支撑表面(46)组成该等腰三角形的底边。
11.如权利要求1所述的组件(18、20、22)，其特征在于，固定支撑表面(46)被设置于突出在孔口内部的切口部分(48)的自由端。
12.如权利要求1所述的组件(18、20、22)，其特征在于，其由旋转元件(18、20、22)形成，该旋转元件可旋转地固定地安装到心轴(26、28、30)上。
13.如权利要求12所述的组件，其特征在于，该组件由时计指针(18、20、22)形成。
14.时计(10)，其特征在于，其包括依照前面任一权利要求所述的组件(18、20、22)。 
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