JP5117822B2 - 重畳条片形状弾性構造体を備える組立要素およびそれを装着した時計 - Google Patents

Description

本発明は、組立要素、およびそれにより構成される時計に関する。

より詳細には、本発明は、シリコンなどの脆性材料の板に作製される、特に時計用の組立要素であって、組立要素は、アーバを軸方向に挿入する開口を備え、板中にエッチングを施した弾性構造体であって、アーバに対して組立要素を固定するため径方向にアーバをつかむ少なくとも１つの支持面をそれぞれ備える弾性構造体を、開口の内側の壁に備え、各弾性構造体は、アーバに対して接線方向に沿って延びる第１の直線弾性条片を備え、支持面が第１の弾性条片の内面に配置される組立要素である。

一般に、時計において、時計の針や歯車などの組立要素は、回転アーバに打ち込まれて固定される、すなわち、円筒の内径よりわずかに大きな径のピンに中空円筒を押し込む。一般的には金属である、使用材料の弾性的、塑性的特性を前記要素の駆動に利用する。使用可能な弾性範囲を持たないシリコンなどの脆性材料からなる部品の場合、機械的な時計作製において用いるように、±５μｍのオーダーの直径方向の許容差で、従来の回転アーバに中空円筒を打ち込むことができない。

さらに、針などの組立要素を固定するための解決法では、万一衝撃を受けても要素を所定の位置に保持するために十分な力を与えることが必要である。例えば、従来の時計の針に必要な力は、１ニュートンのオーダーである。

これらの課題を克服するために、シリコンひげぜんまいコレットなどの組立要素において、アーバをつかんでアーバにコレットを保持するために条片の弾性変形を用いて、典型的な配列に打ち込むことによりアーバにコレットを固定するように、開口の周辺に配置する可撓性条片形状の弾性構造体を作製することがすでに提案されている。このタイプの固定方法の例は、特に特許文献１に開示されている。

欧州特許第１６５５６４２号

本発明の目的は、この解決法を改良することであり、詳細には、時計機構内の回転要素として、特に時計の針として、この組立要素を用いることを可能にすることである。

このように、上記のタイプの組立要素を提案するものであり、各弾性構造体は、いくつかの平行な弾性条片を径方向に重ねることにより構成され、各弾性条片は、２つの部分からなる直線分離穴により隣接する弾性条片と径方向に分離されており、分離穴の２つの部分は、２つの隣接する弾性条片を接続しかつ支持面と実質的に径方向に整列した材料のブリッジにより分離されることを特徴とし、さらに、第１の条片と反対側にある、重ねたもの（スタック）の最後の弾性条片が、弾性構造体のための径方向のクリアランス空間となるクリアランスホールと呼ばれる、単一部分からなる穴により、板の残りの部分から径方向に分離されていることを特徴とする。

本発明による組立要素は、アーバを保持する力を向上させ、組立要素を構成する材料の弾性変形と関連する応力の分布を改良することができ、アーバ上で得られる保持力の制御を改良することができる。特に、各弾性条片の剛性を可能な限り最低レベルに維持しながら、スタックの各弾性条片の戻り力を加算する。材料の弾性範囲内において、弾性構造体の屈曲性が、特に支持面上で大幅に向上する。このように、本発明による弾性構造体は、弾性変形後に、十分に大きな径方向のクリアランスを提供して、時計に針を打ち込むために用いるようなアーバ等の径に適用される製造許容差を補償する。

さらに、本発明による弾性構造体は、保持および固定機能を実行する組立要素において、利用可能な容積を最適化する。

本発明のその他の特徴によれば、
各弾性構造体において、弾性条片の長さは、第１の弾性条片からスタックの最後の弾性条片に向かって徐々に減少する。
各弾性条片の径方向の巾は、その全長にわたり実質的に一定であり、各弾性構造体において、各弾性条片の径方向の巾は、第１の弾性条片からスタックの最後の弾性条片に向かって徐々に減少する。
分離穴の径方向の巾は、各分離穴に対して実質的に一定であり、ある分離穴から次へ実質的に一定である。
クリアランスホールの径方向の最小巾は、分離穴の径方向の巾以上である。
各分離穴の両端のそれぞれの断面形状は、丸くなっている。
第１の弾性条片の支持面は、アーバと支持面との間の摩擦を増加させる、不連続に隆起した要素を備える。
開口の内側の壁は、アーバの回りに規則的に分配された少なくとも３つの弾性構造体）を備える。
開口の内側の壁は２つの弾性構造体と１つの固定支持面とにより構成され、２つの弾性構造体の第１の弾性条片は、それらの間の角度を規制し、２つの弾性構造体の第１の弾性条片は、それらの固定端の１つに結合される。
開口の内側の壁の輪郭は、全体として二等辺三角形の形状を有し、固定支持面は、二等辺三角形の底辺を構成する。
固定支持面は、開口の内側に突出する切欠き部分の自由端に配置される。
組立要素は、回転の際に、アーバに固定的に取り付けられた回転要素により構成される。
組立要素は、時計の針により構成される。

本発明は、前記特徴のいずれかの組立要素を少なくとも１つ備えることを特徴とする時計も提案する。

本発明のその他の特徴及び優位性は、限定ではなく一例としての添付図面を参照して以下の詳細な説明を読むことにより、より明らかになるであろう。

以下の説明において、同一又は類似の要素は、同じ参照符号により表す。

図１は、本発明の教示により作製される時計１０を概略的に示す。

時計１０は、クリスタルガラス１６により塞がれたケース１４の内側に搭載されたムーブメント１２を備える。ムーブメント１２は、文字板２４上に延びる軸Ａ１の回りで、時針１８、分針２０、秒針２２により構成されるアナログ表示手段を回転駆動させる。針１８、２０、２２は、以下に見られるように、典型的な配列において駆動される際に、同軸の円筒形状の回転アーバ２６、２８、３０に弾性的につかまれて固定される。

アーバ２６、２８、３０は、例えば金属やプラスチックのアーバなどの、時計ムーブメントに普通に用いられる従来のアーバであることが好ましい。

以下の説明において、軸方向を針１８、２０、２２の回転軸Ａ１に沿った方向に、および径方向を軸Ａ１に対する方向として、無制限に用いる。また、要素を、軸Ａ１に対する径方向に依存して、内側または外側という。

針１８、２０、２２は組立要素を構成し、各針１８、２０、２２は、脆性材料の板で、好適にはシリコンベースの結晶材料で作成される。

図２、３、４は、３つの針のそれぞれ、すなわち時針１８、分針２０、秒針２２について、有利な実施形態を示す。各針１８、２０、２２は開口３２の大きさを制限する取付リング３１を備えている。開口３２は、その軸方向への挿入によって、それぞれの関連するアーバ２６、２８、３０に針１８、２０、２２を固定するためのものである。開口３２の内側の壁３３は弾性構造体３４を備える（図５）。弾性構造体３４は、取付リング３１を構成する板中にエッチングされる。アーバ２６、２８、３０に針１８、２０、２２を軸方向と径方向で保持するために、さらに回転の際にアーバに関連する針を、アーバと互いに固定させるために、各弾性構造体３４は、関連するアーバ２６、２８、３０を径方向につかむための少なくとも１つの支持面３６を備える。

図２と図５に拡大して示す時針１８を分析することにより、本発明による弾性構造体３４の第１の有利な実施形態を説明する。ここで、弾性構造体３４は静止して示されている、すなわち関連するアーバ２６、２８、３０の挿入により変形する前であることに留意すべきである。

各弾性構造体３４は、径方向の巾が実質的に一定である、直線的で平行ないくつかの弾性条片Ｌ_nを径方向に重ねたもの（スタック）より構成される。各弾性条片Ｌ_nは、関連するアーバ２６に対して接線方向に沿って延びている。各弾性構造体３４の支持面３６は、アーバ２６側で、スタックの第１の弾性条片Ｌ₁の内面３８に配置される。各弾性構造体３４において、各弾性条片Ｌ_nは、２つの部分Ｉ_na、Ｉ_nbからなる直線的な分離穴Ｉ_nにより、隣接する弾性条片Ｌ_n+1、Ｌ_n-1から径方向に分離される。分離穴Ｉ_nの２つの部分Ｉ_na、Ｉ_nbは、２つの隣接する弾性条片Ｌ_nに接続され、かつ支持面３６と実質的に径方向に整列した材料Ｐ_nのブリッジにより分離される。これにより、弾性条片Ｌ_n間の材料Ｐ_nのブリッジの連続は、径方向の接続ビーム４０を形成する。

各分離穴Ｉ_nの端は、弾性条片Ｌ_nを曲げた際にクラックが始まる原因となる、端部での機械的な応力の蓄積を防ぐように、例えば半円である、円形の断面形状を有していることが望ましい。

図示した例において、弾性構造体３４を構成するスタックは、３つの第１の弾性条片Ｌ₁、Ｌ₂、Ｌ₃と２つの分離穴Ｉ₁、Ｉ₂を備える。ここで、分離穴Ｉ_nの径方向の巾は、実質的に一定であり同じである。

本発明の別の特徴によれば、第１の条片Ｌ₁の反対側に位置するスタックの最後の弾性条片Ｌ₃は、関連する弾性構造体３４に対する径方向のクリアランス空間となるクリアランスホール４２と呼ばれる、単一の部分からなる穴４２により、針１８を構成する板の残りの部分から径方向に分離されている。クリアランスホール４２の径方向の最小巾は、一方で、脆性材料の板のエッチングに用いる方法により許容される径方向の最小スロット巾により決まり、他方で、弾性構造体３４の径方向の最大クリアランスにより決まることに留意すべきである。クリアランスホール４２の径方向の最小巾に対して、これら２つのパラメータのうち大きい方のパラメータを選択する。クリアランスホール４２の径方向の巾は、実質的に一定であり、分離穴Ｉ_nの径方向の巾よりも大きいことが望ましい。

アーバ２６を開口３２に挿入すると、これらの条片Ｌ_nの中心部分が径方向外側に移動することにより、ビーム４０に対向するクリアランスホール４２の径方向の巾が減少されるように、支持面３６に作用する力が、弾性構造体３４のすべての弾性条片Ｌ_nの弾性変形を引き起こす。この弾性変形は、配列中への打ち込みと同様な、アーバ２６への径方向の保持力を発生させる。

径方向の力が支持面３６に加わったときにすべての弾性条片Ｌ_nが同時に変形できるように、また機械的な応力をいくつかの場所に分配して破損の危険性を最小にするように、接続ビーム４０は、すべての弾性条片Ｌ_nを互いに接続することに留意すべきである。

好適に、各弾性構造体３４において、弾性条片Ｌ_n の長さは、第１の弾性条片Ｌ₁からスタックの最後の弾性条片Ｌ₃に向かって徐々に減少する、これにより、全体として取付リング３１の外側の円筒壁４４の曲率に従う。

図５に示す実施形態によれば、各分離穴Ｉ_nの径方向の巾は、その全長にわたり実質的に一定であり、またすべての分離穴Ｉ_nの径方向の巾は実質的に等しい。

アーバ２６に作用する最大保持力を得るために、取付リング３１の材料の所定の容積内で、各分離穴Ｉ_nの径方向の巾を最小にする。

各針１８、２０、２２について、開口３２の周辺に配置する弾性構造体３４の数は、関連するアーバ２６、２８、３０の直径の関数として、および開口３２の内側の壁３３と針１８、２０、２２の取付リング ３１の外壁４４との間で利用可能な径方向の空間の関数として選択される。このように、アーバ２６、２８、３０の直径を大きくし、かつ前記径方向の空間を小さくするほど、弾性構造体３４の数を増やすことができる。

この実施形態では、時針１８に関連するアーバ２６の直径は、秒針２２に関連するアーバ３０の直径よりもはるかに大きいため、また取付リング３１の外径は比例的に変化しないため、時針１８については、４個の弾性構造体３４を選択し、秒針２２については、２個の弾性構造体３４を選択した。分針２０については、その中間として３個の弾性構造体３４を選択した。

時針１８と分針２０の場合、開口３２の内側の輪郭形状がそれぞれ正方形と三角形となるように、弾性構造体３４が軸Ａ１の回りに一定間隔で分配されることに留意すべきである。

特に図６を参照すると、その開口３２がわずか２つの弾性構造体３４と１つの固定支持面４６を有する、秒針２２の具体的な構造について説明する。この実施形態によれば、２つの弾性構造体３４の第１の弾性条片Ｌ₁は２つの弾性構造体３４の間に鋭角βを形成し、２つの弾性構造体３４はそれらの固定端の１つにおいて実質的に結合する。例えば、角度βの値は３０度である。

固定支持面３６は、関連するアーバ３０に対して接線方向に沿って延び、二等辺三角形の底辺を構成する。その二等辺三角形の他の２辺は、２つの弾性構造体３４の第１の弾性条片Ｌ₁の内面３８により構成される。ここで、固定支持面４６は、開口３２の内側に突出する、全体として台形形状の切欠き部分４８の自由端に配置される。切欠き部分４８は、針２２を構成する板にエッチングを施す。ここで、切欠き部分４８は、それぞれが対向する弾性構造体３４の第１の弾性条片Ｌ₁と平行に延びる、２つの側壁５０、５２を備える。

秒針２２に関連するアーバ３０は、固定支持面４６と弾性構造体３４の支持面３６に当接する。

開口３２の内側の壁３３の輪郭は全体として二等辺三角形の形状を有することに留意すべきである。

図６に示す有利な実施形態によれば、各弾性構造体３４において、弾性条片Ｌ_nの径方向の巾は、その全長に渡り実質的に一定であり、弾性条片Ｌ_nの径方向の巾は、第１の弾性条片Ｌ₁からスタックの最後の弾性条片Ｌ₉に向かって徐々に減少し、各弾性構造体３４は、内側から外に向かって長さの減少する９個の弾性条片Ｌ_nを備える。このように、弾性条片Ｌ₁の径方向の巾は、その長さに適合されることにより、すべての弾性条片Ｌ_nに対して、長さが異なるにもかかわらず、実質的に均一な可撓性を得ることができる。このように、本発明は、例えばここでは、取付リング３１の全体を固定するために用いる材料の全容積中の機械的な応力を均一にする。

当然、弾性条片Ｌ_n間の巾が変化するものは、針１８、２０、２２のその他の実施形態に適用可能である。

各スタックを構成する弾性条片の数は、種々のパラメータの関数として採用することができ、特に利用可能な径方向の空間の関数として、関連するアーバに作用する所望の保持力の関数として、関連する針１８、２０、２２を製造するために用いる材料の種類の関数として、採用することができることに留意すべきである。

図７は秒針２２の別の実施形態を示す。図７の実施形態は、各支持面３６、４６が不連続な隆起５４を備えることが、前記実施形態と異なる。不連続な隆起５４は、回転の際のアーバ３０と針２２間との固定を向上させるように、アーバ３０と支持面３６、４６との間の摩擦を増加させる。三角形断面の歯が、これらの不連続な隆起５４を構成する。

当然、この変形例は、図２と図３を参照して説明した時針１８や分針２０の開口３２に配置される支持面３６に適用可能である。

本発明を針１８、２０、２２により構成される組立要素に関して説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。組立要素を、別の種類の回転要素により、例えば、時計ムーブメントに用いる歯車により構成することができる。組立要素は、非回転要素により、例えば、金属製の固定用アーバやスタッドを備える別の要素に組み立てるための脆性材料の板により構成することもできる。

本発明は、シリコンの単層からなるシリコン板や、酸化シリコンの中間層により分離されたシリコンの上層と下層とからなるＳＯＩ(Silicon On Insulator)型のシリコン板で形成される針１８、２０、２２に適用可能である。

本発明の教示により作製される時計の針により構成される組立要素を装着した時計を概略的に示す軸方向の断面図である。 図１の時計に嵌合され、かつ重畳弾性条片構造体を備える時針、分針、および秒針をそれぞれ概略的に示す上面図である。 図１の時計に嵌合され、かつ重畳弾性条片構造体を備える時針、分針、および秒針をそれぞれ概略的に示す上面図である。 図１の時計に嵌合され、かつ重畳弾性条片構造体を備える時針、分針、および秒針をそれぞれ概略的に示す上面図である。 時針取付リングを示す図２の一部の拡大図である。 秒針取付リングを示す図４の一部の拡大図である。 支持面上に不連続に隆起した要素を備える弾性構造体の別の実施形態を示す図６と同様な図である。

符号の説明

１８，２０、２２ 針、２６，２８，３０ アーバ、３４ 弾性構造体、３１ 取付リング、３６ 支持面

Claims (14)

1. シリコンなどの脆性材料の板に作製される、特に時計（１０）用の組立要素（１８、２０、２２）であって、組立要素（１８、２０、２２）は、アーバ（２６、２８、３０）を軸方向に挿入する開口（３２）を備え、板中にエッチングを施した弾性構造体（３４）であって、アーバ（２６、２８、３０）に対して組立要素（１８、２０、２２）を固定するため、径方向でアーバ（２６、２８、３０）をつかむ少なくとも１つの支持面（３６）をそれぞれ備える弾性構造体（３４）を開口（３２）の内側の壁（３３）に備えており、各弾性構造体（３４）は、アーバ（２６、２８、３０）に対して接線方向に沿って延びる第１の直線弾性条片（Ｌ₁）を備え、支持面（３６）が、第１の弾性条片（Ｌ₁）の内面（３８）に配置される組立要素（１８、２０、２２）であって、
   各弾性構造体（３４）は、いくつかの平行な弾性条片（Ｌ_n）を径方向に重ねることにより構成され、各弾性条片（Ｌ_n）は、２つの部分からなる直線分離穴（Ｉ_n）により隣接する弾性条片（Ｌ_n）と径方向に分離されており、分離穴（Ｉ_n）の２つの部分は、２つの隣接する弾性条片（Ｌ_n）を接続しかつ支持面（３６）と実質的に径方向に整列した材料のブリッジ（Ｐ_n）により分離されることを特徴とし、
   さらに、第１の条片（Ｌ₁）と反対側にある、重ねられたスタックの最後の弾性条片（Ｌ_n）が、弾性構造体（３４）ための径方向のクリアランス空間となるクリアランスホール（４２）と呼ばれる、単一部分からなる穴により、板の残りの部分から径方向に分離されていることを特徴とする組立要素。
2. 各弾性構造体（３４）において、弾性条片（Ｌ_n）の長さは、スタックの第１の弾性条片（Ｌ₁）から最後の弾性条片（Ｌ_n）に向かって徐々に減少することを特徴とする請求項１に記載の組立要素（１８、２０、２２）。
3. 各弾性条片（Ｌ_n）の径方向の巾は、その全長にわたり実質的に一定であり、各弾性構造体（３４）において、各弾性条片（Ｌ_n）の径方向の巾は、スタックの第１の弾性条片（Ｌ₁）から最後の弾性条片（Ｌ_n）に向かって徐々に減少することを特徴とする請求項２に記載の組立要素（１８、２０、２２）。
4. 分離穴（Ｉ_n）の径方向の巾は、各分離穴（Ｉ_n）に対して実質的に一定であり、ある分離穴（Ｉ_n）から次の分離穴（Ｉ_n）へ実質的に一定であることを特徴とする請求項３に記載の組立要素。
5. クリアランスホール（４２）の径方向の最小巾が、分離穴（Ｉ_n）の径方向の巾以上であることを特徴とする請求項４に記載の組立要素（１８、２０、２２）。
6. 各分離穴（Ｉ_n）の両端のそれぞれの断面形状は、丸くなっていることを特徴とする請求項１に記載の組立要素（１８、２０、２２）。
7. 第１の弾性条片（Ｌ₁）の支持面（３６）は、アーバ（２６、２８、３０）と支持面（３６）との間の摩擦を増加させる、不連続に隆起した要素（５４）を備えることを特徴とする請求項１に記載の組立要素（１８、２０、２２）。
8. 開口（３２）の内側の壁（３３）は、アーバ（２６、２８）の回りに規則的に分配された少なくとも３つの弾性構造体（３４）を備えることを特徴とする請求項１に記載の組立要素（１８、２０、２２）。
9. 開口（３２）の内側の壁（３３）は２つの弾性構造体（３４）と１つの固定支持面（４６）とにより構成され、２つの弾性構造体（３４）の第１の弾性条片（Ｌ₁）は、それらの間に角度（β）を有し、２つの弾性構造体（３４）の第１の弾性条片（Ｌ₁）は、それらの固定端の１つで結合されることを特徴とする請求項４に記載の組立要素（１８、２０、２２）。
10. 開口（３２）の内側の壁（３３）の輪郭は、全体として二等辺三角形の形状を有し、固定支持面（４６）は、二等辺三角形の底辺を構成することを特徴とする請求項９に記載の組立要素（１８、２０、２２）。
11. 固定支持面（４６）は、開口の内側に突出する切欠き部分（４８）の自由端に配置されることを特徴とする請求項１に記載の組立要素（１８、２０、２２）。
12. 組立要素が、回転の際に、アーバ（２６、２８、３０）に固定的に取り付けられる回転要素（１８、２０、２２）により構成されることを特徴とする請求項１に記載の組立要素（１８、２０、２２）。
13. 組立要素が、時計の針（１８、２０、２２）により構成されることを特徴とする請求項１２に記載の組立要素。
14. 前記請求項１乃至１３のいずれかに記載の組立要素（１８、２０、２２）を備えることを特徴とする時計（１０）。

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