CN1253763C - 形成电子或机电装置的多个组成单元的堆叠组件 - Google Patents
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Abstract
提出了一种多个组成单元(32，33，36)的堆叠组件和具有形成机芯(3)的这种堆叠组件的计时装置(1)。组成单元通过装配孔安装在多个固定销(24)上，并通过在第一和第二平面(23，25)之间压入进行装配。为承受组件中第一元件(34)的厚度(e)变化，组件包括多个分别安装在固定销上的管形中间元件，称为阶梯管(8)，每一阶梯管插入到第一元件的装配孔中。每一阶梯管包括：以比第一元件的厚度更大的预设距离(d1)间隔开的第一和第二基准面(81，82)，组件支撑于基准面；位于第一和第二基准面之间的区段(85)，使得第一元件在组件内保持对接，区段(85)的长度(d2)在固定销的方向上能够承受第一元件的厚度变化。
Description
技术领域
本发明大体上涉及一种形成电子或机电装置的多个组成单元的堆叠组件，具体地涉及一种带有这种组件的超薄计时装置。
背景技术
对于本领域的技术人员来说，都知道多个机械、电子和/或机电组成单元的堆叠组件。这种组件尤其用在钟表领域，用于以堆叠形式连接形成计时装置机芯的不同组成单元，例如板、电子单元，此电子单元尤其包括带有计时装置的各种电子或电气元件的印制电路板。如有必要的话，还有支撑钟表传动机构的一个或多个驱动装置的支撑件。
在钟表领域，实现这种组件的方法有，例如，将各个组成单元堆叠在固定销上，然后将所有零件固定，例如用铆接方法，即让固定销的端部发生塑性变形。由于将组成单元的各个元件装配起来很容易实施，并尤其可以自动或半自动地进行，因此这种方法很有效。
然而这种堆叠单元组件具有缺点，即组件的垂直方向精度依赖于各个所装配的组成单元的精度和制造公差，尤其是形成组件的各元件的厚度。虽然制造具有较低公差的一定厚度的某些零件相对来说较容易，但每一所装配的组成单元并不能都保证具有这种精度和较小的公差。特别是，本领域的技术人员在生产具有较小范围公差的一定厚度的印制电路板时都会遇上很大困难。如果本领域的技术人员希望生产具有上述堆叠单元组件的计时装置，而其中至少一个组成单元包括厚度变化很大的元件，如包括印制电路板的电子单元，那么无法在需要高精度的某些应用中保证足够的精度和装配公差。
特别是，如果本领域的技术人员希望生产能达到某些严格标准如精度和装配公差标准的计时装置，尤其是厚度为关键因素的超薄计时装置时，在现有的技术方案中无法找到一种让人满意的方法。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种形成电子或机电装置，如计时装置的机芯，的多个组成单元的堆叠组件，其允许至少一个装配单元的组成元件的厚度有变化，从而保证组件具有较小公差范围的预定厚度。
本发明的另一个目的是提出一种组件，其在装配过程时不会带来任何明显的困难，而且不会增加装置的制造费用。
因此，在本发明的这种形成电子或机电装置的多个组成单元的堆叠组件中，各个组成单元通过装配孔安装在多个固定销上，并通过在第一和第二平面之间压入进行装配。这些单元中包括至少一个厚度无法保证具有足够精度的第一元件。所述组件包括多个分别安装在各个固定销上的管形中间元件，称为阶梯管，每一阶梯管插入到第一元件的装配孔中，每一阶梯管包括：以比第一元件厚度更大的设定距离间隔开的第一和第二基准面，所述组件支撑于此二基准面；位于第一和第二基准面之间的区段，使得第一元件在组件内保持对接，区段的长度在固定销的方向上可以承受第一元件的厚度变化；以及，所述区段穿过所述第一元件并使其发生塑性变形，所述区段的一部分的直径稍大于所述区段插入的所述装配孔的直径。
这种组件的有利实施例包括以下特征，区段穿过第一元件并使其发生塑性变形，区段具有一个直径稍大于所述区段插入的所述装配孔的直径的部分；所述部分基本为锥形；组成单元通过固定销的端部的塑性变形来装配。
本发明还涉及一种电子或机电计时装置，这种计时装置包括外壳以及形成计时装置机芯的多个组成单元的堆叠组件，所述组成单元通过装配孔安装在外壳内的多个固定销上，并通过在第一和第二平面之间压入进行装配。这些组成单元中包括至少一个厚度无法保证具有足够精度的第一元件。组件包括多个分别安装在各个固定销上的管形中间元件，称为阶梯管，每一阶梯管插入到第一元件的装配孔中，每一阶梯管包括：以比第一元件厚度更大的设定距离间隔开的第一和第二基准面，所述组件支撑于此基准面；位于第一和第二基准面之间的区段，使得第一元件在组件内与所述区段保持邻接，区段的长度在固定销的方向上可以承受第一元件的厚度变化。
这种计时装置的有利实施例包括以下特征：区段穿过所述第一元件并使其发生塑性变形，区段具有一个直径稍大于所述区段所插入的装配孔的直径的部分；所述部分基本为锥形；组成单元通过固定销的端部的塑性变形来进行装配；计时装置是机电计时装置，第一和第二基准面的间距应能保证使计时装置机芯的传动轮可转动的间隙；固定销与外壳的后盖形成一体；计时装置是一机电计时装置，组件包括连续堆叠在后盖上的下板，包括印制电路板并形成厚度无法保证的第一元件的电子单元，以及包括至少一个驱动模拟显示元件的电机的电机单元；电机的线圈通过位于印制电路板和电机相应定子之间的固定销进行装配，线圈通过阶梯管固定在电子组件的所述印制电路板上；固定销是由塑料材料制成；阶梯管是由低磁导率的材料制成，例如黄铜。
因此，根据本发明的一个方面，形成机电计时装置的各个单元以这种方式装配在一起，能保证整个组件的厚度具有很高的精度，并能保证各个传动轮，例如计时装置机芯的第三轮和中间轮和/或主动轮的预设间隙，此间隙对机芯的正确运行十分必要。根据本发明的组件尤其适用于生产超薄计时装置。
本发明的一个优点在于其实施起来十分简单。实际上根据本发明，将中间管形元件安装在组件的固定销上，此中间管形元件的外径以不连续的阶梯形状变化，在下文中称为“阶梯管”。此阶梯管插入到厚度无法保证的装配元件的装配孔中，使得此元件在组件内与阶梯管保持邻接。此阶梯管具有以预定距离相互隔开的第一基准面和第二基准面，可以支撑组件。在这二个基准面之间，中间元件具有一个穿过此元件的区段，最好能使此元件发生塑性变形，此区段的长度(在装配方向上)能承受此元件的厚度变化。因此厚度无法保证的元件的两个表面不和相邻的组成单元邻接，使得组件的厚度不依赖于此元件的厚度，而是由阶梯管的二个基准面所决定。
根据本发明的另一个方面，机电计时装置的电机线圈也通过阶梯管有利地固定。
因此，根据本发明的解决方法提供了一种具有很高精度的垂直组件，其不会增加组件的复杂性，也不会增加组件装置的制造费用。
附图说明
通过下面的具体描述可以清楚本发明的其它特征和优点。此具体描述将结合附图通过非限制性实施例来进行，其中：
图1显示了具有根据本发明堆叠单元组件的机电计时装置的背面的局部示意性平面图；
图2显示了图1所示计时装置沿线A-A′的剖视图；
图3显示了图2所示组件的固定销的区域B的放大剖视图，显示了阶梯管的结构；
图4显示了图1和2所示计时装置的传动轮的区域C的放大剖视图，显示了允许传动轮旋转的间隙，此间隙由根据本发明的组件保证。
具体实施方式
图1显示了由标号1表示的机电计时装置的局部示意性平面图，其厚度很小并且具有根据本发明的堆叠组件。为便于说明略去了图1所示计时装置1的一部分后盖，这样可以看见所述计时装置的一部分机芯。图2显示了图1所示计时装置沿剖面线A-A′的剖视图。
图示的计时装置1具有由单个的中间件21和后盖22形成的后盖或后盖-中间件2，其最好由塑料制成；还具有由各个组成单元的堆叠组件(此组件将在下文中具体介绍)形成的机芯3，位于机芯3上方的刻度盘4，以及水晶玻璃5。
必要时可参考图3，其显示了图2中剖面区域B的放大视图。
申请人为了设计一种具有塑料材料制成的外壳的超薄机电计时装置，而完成了图中所示的计时装置。所述计时装置不仅具有传统的模拟时间显示装置，而且具有精密计时的模拟显示装置。从其原理上来看，这种计时装置是从申请人于1997首次在市场上销售的“Swatch SKIN”(注册商标)产品中发展而来。作为参考信息，可以查阅M.O.Koch的文章“Swatch Skin-La montre plastique ultra-plate”，发表于“Actes of the 64th Congres de Chronometrie，SocieteSuisse de Chronometrie，Le Sentier，30 September-lst October 1999，Session 1-Produits I，Communication 1”第11-14页。作为补充信息，可以参考申请人的欧洲专利第0 691 596号，其中提出了一种由塑料材料制成并包括金属增强板的手表，此手表和上述产品相一致。
“Swatch SKIN”只具有包括时针和分针的传统时间显示装置，特征是其厚度为4mm。通过比较，申请人新发明的超薄机电计时装置不仅包括传统的模拟时间显示装置，还包括测量时间的三个其它的模拟显示装置，即用于十分之一秒的第一计时器，用于秒的第二计时器以及用于分的第三计时器。特征是其厚度为比“Swatch SKIN”稍厚的5.9mm，可对比的直径是37.6mm。图中只显示了计时装置的一部分。
还应注意的是计时装置的每一显示元件都是由驱动装置(这里采用了4个)以传统方式驱动，每一驱动装置包括一个Lavet型两极电机，其由转子、定子和安装在定子上的线圈组成。由于不是组成本发明的主体，在图中并没有详细显示出所有的显示元件和驱动装置。然而，图中还是显示了这些元件的一部分。
应强调的是，本发明具体涉及形成尤其是电子或机电计时装置的机芯的多个组成单元的堆叠组件。应注意到图示的计时装置只是本发明的一个优选实施例。实际上，考虑到其复杂性和严格的厚度要求，需要发展一种具有很高精度的垂直组件，此组件形成了本发明的主体。可以理解，本发明决不限于此单个实施例，它还可有利地应用于任何要求具有各种堆叠单元的精密垂直组件的电子或机电计时装置。通过扩展，本发明还能应用到不同于计时装置的其它电子或机电装置中，其具有必须满足严格的厚度公差标准的多个组成单元的堆叠组件。
再参考图1和2，可以看到一部分模拟时间显示装置的驱动装置，其具有第一Lavet型两极电机6，电动机6包括转子61(显示了一部分)、定子62以及缠绕在与定子62相接触的铁芯64上的线圈63。此第一电机通过齿轮系(未示出)以传统方式驱动模拟显示元件。
图中还显示了三个精密计时器之一(在这里以非限制方式显示了精密分钟计时器)的模拟显示元件的驱动装置的一部分。这些驱动装置具有第二Lavet型两极电机7，电机7包括转子71(只在图1中显示)、定子72以及缠绕在与定子72相接触的铁芯74上的线圈73。第二电机7的转子71驱动带有计时器轮的轴76(图2)的计时器轮75转动，在此情况下，计时器指针77(图2)显示了关于所测时间的精密计时信息(例如分钟)。
其它的二个驱动装置(未示出)和上述驱动装置相似，以类似的方式放置在计时装置1中，可以驱动另外二个精密计时器(未示出)的模拟显示元件。
再仔细地参考图2和3，上面已经提到过的机芯3包括各个堆叠单元的组件，即后盖22，下板32，尤其包括印制电路板34的电子单元33，以及由标号36表示的电机单元。
下板可以由金属材料制成，主要用于增强计时装置外壳2的强度。外壳2最好由塑料材料制成。
电子单元33支撑了在印制电路板34上的各种计时装置的电气和电子元件，尤其是石英(未示出)；特别用于控制计时功能和驱动电机的集成电路(未示出)，以及用于连接电池(未示出)和计时装置的显示元件的驱动装置的线圈(线圈63，73和其它未示出的线圈)的连接件。
电机单元36包括电机的转子和定子(例如电机6，7的转子61，71和定子62，72)，机芯的各个传动轮和小齿轮，以及精密计时器(例如计时器轮75和计时器轮轴76)。更具体地，电机单元36还包括上板37，在上板上铆接了模拟显示元件的驱动装置的定子，如图2所示。
下板32、带有印制电路板34的电子单元33，以及电机单元36堆叠在一起，使得和后盖22及外壳2最好形成一体的多个固定支脚或销24穿过各个组成单元中的装配孔。这些装配孔分别由相应元件的标号后加一个“a”来表示。例如，标号34a表示印制电路板34上的装配孔。
在图1和图2中只显示了三个固定销24，但是可以理解，可使用合适数目的固定销来保证计时装置组件的稳定性。
在此实施例中，固定销24不仅穿过各个组成单元32，33，36，而且穿过绕有线圈的铁芯(例如图1和2中所示的绕有线圈63和73的铁芯64和74)的端部上的孔。在图中，线圈铁芯的装配孔同样由相应元件的标号后加上一个“a”来表示。在此实施例中应注意，为夹持分别驱动4个计时装置的模拟显示元件的4个电机线圈，至少要用8个固定销，但这点并无限制。
图2所示的各个元件依次为：后盖22，下板32，电子单元33的印制电路板34，线圈铁芯(64，74或其它未示出的)，相应的定子(62，72或其它未示出的)，以及电机单元36的上板37。可以理解，各个元件以此方式装配，使得线圈铁芯和驱动装置的相应定子相接触。
为了装配堆叠组件，固定销24的端部26最好通过传统的铆接技术而产生塑性变形。因此，由组成单元32，33，36的组件所形成的机芯3通过在第一和第二平面之间压入进行装配，第一平面由后盖22上的表面23所形成，而第二平面由固定销24的端部26在塑性变形后形成的台肩25所形成。
如本发明前言部分中所述，由于没有任何其它机构，形成计时装置1的机芯3的组件的垂直方向精度依赖于各个堆叠的元件的精度和制造公差。组件的垂直方向精度尤其依赖于印制电路板34的精度和制造公差，其它元件的厚度更容易保证在一个较小的公差范围内。
根据本发明，为了保证形成计时装置机芯3的组件具有足够的厚度精度，在固定销24上放置了管形的中间零件8，称为阶梯管，其邻接于厚度无法保证的元件，即印制电路板34。图3显示了阶梯管8的结构。
此阶梯管8包括了分别由标号81和82表示的第一和第二基准面。基准面81和82基本垂直于固定销24的方向，它们之间以预设的距离d1间隔开，d1比印制电路板34的厚度e大。第一和第二基准面81，82，一面靠在下板32上，另一面靠在线圈铁芯(例如线圈63，73的铁芯64，74)上，从而可以支撑组件。
阶梯管8还包括一个位于所述基准面81和82之间的区段85，其设置成使印制电路板34在组件内与其相邻接。此区段85最好塑性地穿过印制电路板34。因此，当阶梯管装在固定销24上时，阶梯管的区段85穿过印制电路板34，直到基准面81和82接触到相邻的元件为止，在此例中，一面和下板32相接触，另一面和线圈铁芯相接触。这样，印制电路板34的厚度不会影响形成机芯3的组件的整体厚度。
为了达到此目的，很明显区段85的长度d2(在固定销24的方向上)应能承受印制电路板34的厚度变化，因而它要比印制电路板34的最大校验厚度大。在图3中，d2是阶梯管8的台肩83和第二基准面82之间的距离。然而可以理解，此台肩83并不是必要的，距离d2可以是两个基准面81和82之间的距离d1。
这种可承受电子单元33的印制电路板34的厚度变化的区段85可以有其它的形式。如图示，区段85最好具有一个直径比它所插入的装配孔34a的直径稍大的部分86。此部分86最好具有基本锥形的形状。或者此部分86具有径向凸出部分(截面为星形)，可以穿过印制电路板34的装配孔34a的壁。
而且，作为另一种选择，阶梯管8可以具有指向印制电路板34表面的轴向凸出部分。参考图3，这些轴向凸出部分可以设置在阶梯管8的台肩83上。
一般来说，可以理解阶梯管基本上具有两种功能：即(i)承受厚度精度无法保证的元件(这里是印制电路板34)的厚度变化，和(ii)使此元件在组件内保持对接(在此例中，使印制电路板34和驱动装置的线圈铁芯相邻接)。
可以使用任何能达到上述功能的阶梯管的形状。这些阶梯管必须能简单地插入到有关元件的装配孔中，(i)具有第一和第二基准面，它们之间以大于有关元件厚度的预定距离隔开，并靠在组件上，(ii)在此基准面之间具有区段85，使有关元件在组件内保持邻接，区段85的长度应能承受元件的厚度变化。
如图2和3所示，阶梯管上还可有利地轴向延伸出一管状部分87，其与线圈铁芯的装配孔(在图中为孔64a和74a)相配合。特别地，此管状部分87还能有利地插入到线圈的装配孔(例如孔74a)中，从而能固定电子单元33的印制电路板34的线圈。
通过如图2和3所示的阶梯管8，线圈就可以安装在印制电路板34上并进行固定，从而形成了可以装配到计时装置中的半成品单元。特别地，电机线圈可以通过阶梯管8预先安装在电子单元33的印制电路板34上，然后连接到通常位于电子单元33的印制电路板34上的连接板中，这样，电子单元33就可以安装到计时装置中了。
因此，电子单元33不仅包括印制电路板34，各种元件如石英、集成电路、电池连接件，而且包括驱动装置零件的一部分，即各个计时电机的线圈(如图1和2所示的线圈63和73)。在本发明的范围内，还应注意电子单元33本身已满足了权利要求中的堆叠组件的定义。
在图示的实施例的范围内，有几点需要指明。参考图2和3，应当注意阶梯管8一方面和下板32相接触，另一方面和形成计时装置的各个模拟显示元件的驱动装置的电机线圈相接触。因此，要十分小心地对待制成上述元件的材料。
在上述情况下，应注意下板32可以由金属材料制成。当采用高磁导率的金属材料如富铁金属合金时，阶梯管的材料应为电机线圈所产生的磁通无法穿过或只能稍稍穿过的材料，即具有较低磁导率的材料如黄铜，这种材料还具有足够坚硬从而可塑性地穿过印制电路板34的优点。除黄铜外，任何具有可接受的磁导率性能的材料都可以使用。应注意到如果采用具有高磁导率的材料，由电机线圈产生的磁通能容易地延伸到下板32中。可以理解，为克服此缺点，下板32应由低磁导率的材料制成。
对于形成本发明优选实施例的所述计时装置，插入阶梯管并与印制电路板34相邻接，保证手表机芯3的精确厚度，从而能得到精密的垂直组件。特别地，这种组件能保证允许机芯3的传动轮转动的足够间隙。
通过示例，图4显示了区域C的放大视图，显示了计时器轮75及其轴76的基座。如图4和2所示，计时器轮的轴76可旋转地安装在与电机单元36的孔36a邻接的管件78中，或者更准确地说装在分别位于定子的孔(例如定子72的孔72b)和上板37中。为了保证传动轮如计时器轮75的转动，应保证此计时器轮75和管件78之间具有足够的间隙。如果不能保证此间隙的话，那么在各组成单元装配好之后，计时器轮75无法转动，使得管件78将计时器轮75紧压在下板32上。
因此，应适当地选择阶梯管8的基准面间距d1，使其能允许(i)各个堆叠单元的垂直组件的精度，(ii)机芯的传动轮的间隙，例如图示的计时器轮75的间隙。
可以理解，在不违背所附权利要求限定的发明范围的情况下，本领域的技术人员可对本发明的实施例进行各种修改和/或改进。特别地，虽然组件是通过固定销端部的塑性变形，即采用铆接技术装配进行，但组件也可由其它相当的技术通过各个堆叠单元在两个平面间压紧并固定在一起从而进行装配，例如通过螺钉固定系统。然而采用铆接技术已被证明比较经济，尤其是在自动装配中。
Claims (13)
1.一种形成电子或机电装置(3)的有多个组成单元(32，33，36)的堆叠组件，所述组成单元(32，33，36)通过装配孔(32a，34a，37a，72a)安装在多个固定销(24)上，并通过在第一和第二平面(23，25)之间压入进行装配，所述多个组成单元(32，33，36)中包括至少一个厚度(e)无法保证具有很高精度的第一元件(34)，
其特征在于，所述组件包括多个分别安装在所述固定销(24)上的管形中间元件，称为阶梯管(8)，每一所述阶梯管(8)插入所述第一元件(34)的装配孔(34a)中，每一所述阶梯管(8)包括：
以比所述第一元件(34)的厚度(e)更大的预设距离(d1)间隔开的第一和第二基准面(81，82)，所述组件支撑于所述基准面；
位于所述第一和第二基准面(81，82)之间的区段(85)，使得所述第一元件(34)在所述组件内保持对接，所述区段(85)的长度(d2)在所述固定销(24)的方向上能够承受所述第一元件的厚度(e)的变化；以及
所述区段(85)穿过所述第一元件(34)并使其发生塑性变形，所述区段(85)的一部分(86)的直径稍大于所述区段(85)插入的所述装配孔(34a)的直径。
2.根据权利要求1所述组件，其特征在于，所述部分(86)基本为锥形。
3.根据权利要求1所述组件，其特征在于，所述组成单元(32，33，36)通过所述固定销(24)端部(26)的塑性变形来装配。
4.一种计时装置，包括外壳(2，21，22)，以及形成所述计时装置(1)机芯(3)的有多个组成单元(32，33，36)的堆叠组件，所述组成单元(32，33，36)通过装配孔(32a，34a，37a，72a)安装在所述外壳(2，21，22)内的多个固定销(24)上，并通过在第一和第二平面(23，25)之间压入进行装配，所述组成单元(32，33，36)中包括至少一个厚度(e)无法保证具有足够精度的第一元件(34)，
其特征在于，所述组件包括多个分别安装在所述固定销(24)上的管形中间元件，称为阶梯管(8)，每一所述阶梯管(8)插入所述第一元件(34)的所述装配孔(34a)中，每一所述阶梯管(8)包括：
以比所述第一元件的厚度(e)更大的预设距离(d1)间隔开的第一和第二基准面(81，82)，所述组件支撑于所述基准面；
位于所述第一和第二基准面(81，82)之间的区段(85)，使得所述第一元件能在所述组件内保持对接，所述区段(85)的长度(d2)在所述固定销(24)的方向上能够承受所述第一元件的厚度(e)的变化；以及
所述区段(85)穿过所述第一元件(34)并使其发生塑性变形，所述区段(85)的一部分(86)的直径稍大于所述区段(85)所插入的所述装配孔(34a)的直径。
5.根据权利要求4所述计时装置，其特征在于，所述部分(86)基本为锥形。
6.根据权利要求4所述计时装置，其特征在于，所述组成单元(32，33，36)通过所述固定销(24)的端部(26)的塑性变形来进行装配。
7.根据权利要求4所述计时装置，其特征在于，所述计时装置(1)是机电计时装置，所述第一和第二基准面的间距(d1)应能保证使所述计时装置机芯(3)的传动轮(75，76)可转动的间隙。
8.根据权利要求4所述计时装置，其特征在于，所述固定销(24)与所述外壳(2)的后盖(22)形成一体。
9.根据权利要求8所述计时装置，其特征在于，所述计时装置(1)是一机电计时装置，所述组件的组成单元包括一下板(32)，一包括印制电路板(34)并形成厚度(e)无法保证的所述第一元件的电子单元(33)，以及包括至少一个驱动模拟显示元件的电机(6，7)的电机单元，所述组成单元被堆叠在所述后盖(22)上。
10.根据权利要求9所述计时装置，其特征在于，所述电机(6，7)的线圈(63，73)通过位于所述印制电路板(34)和所述电机(6，7)的相应定子(62，72)之间的所述固定销(24)进行装配，所述线圈(63，73)通过所述阶梯管(8)固定在所述电子单元(33)的所述印制电路板(34)上。
11.根据权利要求4所述计时装置，其特征在于，所述固定销(24)是由塑料材料制成。
12.根据权利要求5到11中任何一项所述计时装置，其特征在于，所述阶梯管(8)是由低磁导率的材料制成。
13.根据权利要求12所述计时装置，其特征在于，所述阶梯管(8)是由黄铜制成的。
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