JP5175523B2 - フォーク形状弾性構造体を備える組立要素およびそれを備える時計 - 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で作製される、特に時計用の組立要素であって、その組立要素は、アーバに軸方向に挿入する開口を備え、板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、開口の内壁に備える。

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中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、使用材料の弾性的及び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

この解決法は十分なものではなく、特にこれらの可撓性条片の剛性が大きすぎるため、装着の問題が起きる。さらに、この解決法は、回転要素を回転するアーバに固定しないので、この２つの部品間で相対的な滑りが発生する。

本発明の目的は、改良された弾性構造体を設けることによりこれらの課題を克服することであり、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。

本発明は、前述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、材料のブリッジにより開口の内壁に接続されるフォークであって、材料のブリッジの両側で一般にアーバに向かって延びる２つの分岐を備えるフォークにより、形成されることを特徴とし、さらに、各分岐は、その自由端の近傍に支持面を備えることを特徴とする。

本発明による組立要素は、アーバに対する保持力を向上させ、組立要素を構成する材料中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、材料が破壊されないように保って、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。

さらに、本発明による弾性構造体は、クリアランスの弾性変形後に、時計に針を駆動するために用いるようなアーバの直径に適用される製造許容差を十分に補償する十分に大きな径方向のクリアランスを与える。

本発明の他の特徴によれば、
弾性構造体の各分岐は、実質的に放物線曲線形状の１つの固定端であって、関連する材料のブリッジ上に配置される固定端と、弾性構造体の他の分岐の自由端に向き合う第２の自由端とを有し、各分岐の支持面は、その自由端部分の内面上に位置し、
各弾性要素は、材料のブリッジの両側に延びる主要部分を備え、各分岐は、材料のブリッジと反対側の主要部分の端から、径方向に対して、関連する分岐に向かって傾斜した直線状の方向に沿って延び、各分岐の支持面は、その自由端に配置され、
主要部分は実質的に周方向に沿って延び、
開口の内壁は、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、
時計の針は、組立要素を構成する。

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。

以下の説明において、針１８、２０、２２の回転軸Ａ１に沿った軸方向と、軸Ａ１に対する径方向を、限定せずに用いる。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、好適にはシリコンベースの結晶材料中に作成され、アーバ２６、２８、３０に組み立てられる。

図２、３、４は、時針１８、分針２０、秒針２２に適用された、本発明の第１の実施形態を示す。各針１８、２０、２２は取付リング３１を備えている。そのリングは軸方向に挿入することにより、関連するアーバ２６、２８、３０に針１８、２０、２２を固定するための開口３２を備えている。開口３２の内壁３３は、取付リング３１を構成する板にエッチングされて形成された弾性構造体３４を備えている。また、各弾性構造体３４は、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と関連する針を互いに固定するために、関連するアーバ２６、２８、３０を径方向でつかむための支持面３６、３８を備える（図５）。

本発明の教示によれば、各弾性構造体３４は、材料のブリッジ４０により開口３２の内壁３３に接続されるフォークであって、材料のブリッジ４０の両側で全体としてアーバ２６、２８、３０に向かって延びる２つの分岐４２、４４を備えるフォークにより形成されている。さらに、各分岐４２、４４は、その自由端４６、４８の近傍に支持面３６，３８を備える。

図２〜図５に示す、本発明の第１の実施形態によれば、各弾性構造体の３４の２つの分岐４２、４４は、互いにほぼ閉じた「Ｃ」を形成する向きに曲がる。

図２および図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へ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。

弾性構造体３４の各分岐４２、４４は、実質的に放物線曲線形状の第１の固定端５０、５２であって、関連する材料のブリッジ４０に配置される固定端５０、５２と、弾性構造体３４の他の分岐４２、４４の自由端４６、４８に向き合う第２の自由端４６、４８とを有する。

各弾性構造体３４の分岐４２、４４の自由端４６、４８は、各分岐４２、４４の内側の面が、自由端４６、４８の近傍で、アーバ２６の軸方向の表面にしっかり接するように十分に近接している。これにより、各分岐４２、４４の支持面３６、３８は、その自由端部分の内側面に位置し、アーバ２６を向いている。

アーバ２６を開口３２に挿入すると、２つの分岐４２、４４の自由端４６、４８が径方向外側に移動するように、支持面３６、３８に作用する径方向の力が弾性構造体３４の２つの分岐４２、４４の弾性変形を引き起こす。この弾性変形は、配列における打ち込みと同様な、アーバ２６への径方向の保持力を発生させる。

弾性構造体３４は、軸Ａ１の回りに一定間隔で分配されることが望ましい。

優位に、各針１８、２０、２２に対して、開口３２の回り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の内壁３３と針１８、２０、２２の取付リング ３１の外壁５４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。アーバ２６、２８、３０の直径が大きくなり、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の外径は比例的には変化しないため、時針１８については、１２個の弾性構造体３４を選択し、秒針２２については、３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６個の弾性構造体３４を選択した。

少なくとも３つの弾性構造体３４を有する固定システムを作製することは、関連するアーバ２６、２８、３０に対して取付リング３１の心出しを容易にすることに留意すべきである。

弾性構造体３４の第２の実施形態を図６〜図８に示す。図６〜図８は、それぞれ時針１８、分針２０、秒針２２に固定する取付リング３１を示す。第２の実施形態によれば、各弾性要素３４は、材料のブリッジ４０の両側に延びる主要部分５６を備える。各分岐４２、４４は、主要部分５６のブリッジ４０と反対側の端から、直線状の方向に沿って延びている。各分岐４２、４４は、径方向に対して、関連する分岐４２、４４に向かって傾斜している。各分岐４２、４４の支持面３６、３８は 、分岐４２、４４の自由端４６、４８に配置される。

大きな容積の分岐４２、４４の弾性変形と関連する応力を分散させるために、各弾性構造体３４の主要部分５６は、実質的に周方向に、開口３２の円筒形状の内壁３３に平行に延びるようにすることが望ましい。それによって、主要部分５６の長さと直線状の分岐４２、４４を最大にすることができる

第２の実施形態は、アーバ２６、２８、３０と関連する針１８、２０、２２を組み立てたとき、オートロック効果を生じるという優位性がある。実際、分岐４２、４４を傾斜させると、組立要素を固定するのに特に好適なこの実施形態が高い角加速度を受ける回転中に、あるいは時計の針の場合であるが、万が一回転要素が重量の分布が顕著に不釣合いになった場合、加速度に対する動的反応が可能になる。

第２の実施形態において、好適な回転方向の関連するアーバ２６、２８、３０に対して針１８、２０、２２が相対的に回転することを妨げるように、各弾性構造体３４の２つの分岐４２、４４は、反対方向のスラスト効果を発揮する。図６に示す例では、各弾性構造体３４の第１の分岐４２は、針１８が反時計回り方向に相対的に回転するのを妨げ、各弾性構造体３４の第２の分岐４４は、針１８が時計回り方向に相対的に回転するのを妨げる。このように、第２の実施形態の弾性構造体３４は、針１８、２０、２２と関連するアーバ２６、２８、３０との間の回転における配置を固定するのに特に効果的である。

接線方向すなわち周方向に向いた１つの部分（部分５６）と、関連するアーバ２６、２８、３０に向いた直線状の部分（分岐４２、４４）とを備えるフォーク形状に、弾性構造体３４を作製することは、弾性構造体３４の剛性を減少させて、十分な値の径方向クリアランスを可能にして前記構造体をアーバ２６、２８、３０に固定でき、特にアーバの直径許容差を補償する。各弾性構造体３４は、公称値より小さな直径のアーバと公称値より大きな直径のアーバの両方に固定されるように、十分な可撓性を有する必要がある。

２つの分岐４２、４４を備える弾性構造体を作製することは、角加速度に対する動的反応の優位性を提供するので、第２の実施形態に関して説明する優位性は第１の実施形態についても部分的に適用される。さらに、第１の実施形態の湾曲した分岐４２も、弾性構造体３４の剛性を減少させて、アーバを固定するために十分な径方向のクリアランスを得ることができる。

第１および第２の実施形態において、各弾性構造体３４は、材料のブリッジ４０の中央を通る半径に沿って延びる、対称の軸方向面Ｐを有することに留意すべきである。

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)型のシリコン板に形成される針１８、２０、２２にも適用可能である。

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Ｃ字状の実施形態の弾性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Ｃ字状の実施形態の弾性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Ｃ字状の実施形態の弾性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。 第２のＬ字状の実施形態による弾性構造体を備えるときの、それぞれ時針、分針、および秒針を概略的に示す図２〜図４のものと同様な図である。 第２のＬ字状の実施形態による弾性構造体を備えるときの、それぞれ時針、分針、および秒針を概略的に示す図２〜図４のものと同様な図である。 第２のＬ字状の実施形態による弾性構造体を備えるときの、それぞれ時針、分針、および秒針を概略的に示す図２〜図４のものと同様な図である。

符号の説明

１８ 時針、２６ アーバ、３１ 取付リング、３２ 開口、３３ 内壁、３４ 弾性構造体、３６，３８ 支持面、 ４０ブリッジ

Claims (8)

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、開口（３２）の内壁（３３）は、板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にアーバ（２６、２８、３０）をつかむ少なくとも１つの支持面（３６、３８）をそれぞれ備える弾性構造体（３４）を備える組立要素（１８、２０、２２）であって、
   各弾性構造体（３４）は、材料のブリッジ（４０）により開口の内壁（３３）に接続されるフォークであって、材料のブリッジ（４０）の両側でアーバ（２６、２８、３０）に向かって延びる２つの分岐（４２、４４）を備えるフォークにより、形成されることを特徴とし、
   さらに、各分岐（４２、４４）は、その自由端（４６、４８）の近傍のみに支持面（３６、３８）を備えることを特徴とする組立要素（１８、２０、２２）。
2. 弾性構造体（３４）の各分岐（４２、４４）は、実質的に放物線曲線形状の１つの固定端（５０、５２）であって、関連する材料のブリッジ（４０）上に配置される固定端（５０、５２）と、弾性構造体（３４）の他の分岐（４２、４４）の自由端（４６、４８）に向き合う第２の自由端（４６、４８）とを有し、
   各分岐（４２、４４）の支持面（３６、３８）は、その自由端部分の内面上に位置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. 各弾性要素（３４）は、材料のブリッジ（４０）の両側に延びる主要部分（５６）を備え、
   各分岐（４２、４４）は、材料のブリッジ（４０）とは反対側の主要部分（５６）の端から、径方向に、関連する分岐（４２、４４）に向かって傾斜した直線状の方向に沿って延び、
   各分岐（４２、４４）の支持面（３６、３８）が、その自由端（４６、４８）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）。
4. 主要部分（５６）は実質的に周方向に沿って延びることを特徴とする請求項１に記載の組立要素（１８、２０、２２）。
5. 開口（３２）の内壁（３３）は、アーバ（２６、２８、３０）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）。
6. 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た回転要素（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）。
7. 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６に記載の組立要素（１８、２０、２２）。
8. 前記請求項１〜７のいずれかに記載の組立要素を備えることを特徴とする時計（１０）。

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