TWI434155B - 具有供組裝在軸桿上之特型孔的微機械零件 - Google Patents

Description

具有供組裝在軸桿上之特型孔的微機械零件

本發明關於一種微機械零件，其包含特型孔以利組裝在用於運動零件的軸桿上、或組裝在用於固定零件的栓上，且限制或除去微機械零件被迫緊至軸桿或栓上時零件破裂的風險，特別是當該微機械零件是由脆性材料製成時。

在微機械的領域(下文將更明確地例示為鐘錶學領域)中，迫緊的技術廣泛地使用於(例如)將齒輪固定至軸桿。當形成零件的材料具有塑性區域時(該區域是金屬和合金殼體)，可計算軸桿和孔所需的公差，以獲得緊配合，而無零件破裂或變形的風險。當材料無任何(或非常少)塑性區域(該區域是玻璃、石英、或矽殼體)時，則在組裝期間有破壞零件的高風險。

這些材料在鐘錶學中使用得愈來愈頻繁，特別是因為這些材料缺乏對磁場的敏感性、具有非常低的熱膨脹係數、和其密度比金屬或合金的密度低很多。再者，現代的加工技術可獲得複雜的形狀並具有高階精密度。

如果實施推擠裝配以防止在脆性材料中的應力，則會有零件分離、或運動元件無法被軸桿驅動的風險。為了克服此缺點，可使用黏合技術，此技術已用於將平衡彈簧固定至筒夾上，例如法國第FR 1 447 142號專利案所揭露者。美國第US 3 906 714號專利案揭露黏性點將平衡彈簧固定至形成筒夾的環，且將該環固定至平衡桿。

但是使用黏劑有需額外之加工步驟以提供黏劑所需凹部、和組裝期間額外之步驟的缺點。再者，老化現象會隨著時間的經過而導致某些遊隙。

在歐洲第EP 1 331 528號專利案(其關於時計機心用的擒縱(escapement)機構棘爪)中，為了預防保險針的公零件安裝在成型於叉內的特型孔中時破裂的風險，建議將彈性舌裝配置孔。再者，例如文件之第30圖所示的某些實施例中，孔的剛性區域包含肩部表面，該表面將沿著預先界定的方位將保險針相對於叉定位。

此文件所提出的解決之道並非完全滿意，因為其無法使公零件精確地位在孔的中心。

因此本發明的目的在於藉由提供由脆性材料製成的微機械零件(特別是鐘錶學零件)來克服前述習知技藝的缺點，該零件可藉由迫緊而組裝至軸桿或栓上，且無破裂的風險。

因此，本發明關於一種由脆性材料製成之板製成的微機械零件，其包括有孔，軸桿或栓會被迫入該孔內。「脆性」材料意指無塑性變形區域的材料，例如玻璃、石英、或矽。

本發明的特徵載於該孔是「特型孔」，亦即該孔不具完美的圓形輪廓，該孔包括交錯的剛性定位區和用於夾緊或緊固該軸周圍的彈性變形區。該等彈性變形區是由板的部分所形成，該等部份具有在兩側中任一側連接該孔的凹部且該凹部的末端穿過該孔。這些板部份具有舌部的形狀，當軸被迫入時，該舌部在切線方向緊接該軸桿。該等剛性定位區和該等舌部繞著該軸桿交錯地配置，每一舌部藉由凹部和該等相鄰的剛性區相分離；且該等剛性定位區域繞著該孔以大致規則的方式分佈。

依據本發明的其他方面：－每一剛性定位區包括至少一肩部，該肩部接觸該軸桿。該等肩部繞著該孔以大致規則的方式分佈，以將該軸桿保持在該孔內的中心。

－每一剛性定位區形成一肩部，該肩部是由二凹部所界定，該等凹部架構出該剛性定位區。

－每一舌部整體呈預定輪廓的弧形，且該二鄰接凹部是由二長槽所形成，該二長槽具有和該舌部的該弧形大致相同的輪廓。

－該脆性材料是選自玻璃、石英、和矽之間。

本發明也提出一種藉由將微機械零件裝配至支撐塊上而使該微機械零件固定不動的裝置，該微機械零件包括有孔，該支撐塊包括有定位栓。該微機械零件是依據前述特徵中任一特徵製成。

本發明另提出一種將持續或交替轉動之可動微機械零件裝配至軸桿上的裝置，該微機械零件是依據前述請求項中任一項製成。

依據此裝置的變化：－形成時計機心中零件的微機械零件，是選自擒縱輪、星形輪、有齒的輪、筒夾、槓桿、和棘爪之間。

－該軸桿和該孔更具有提供抗旋轉功效的外形。

－該軸桿和該孔之外形的形狀是橢圓形或三角形。

－該軸桿和該孔的該等接觸區是粗造的或設有槽。

－該微機械零件包括至少一焊接點或黏劑點，以將該微機械零件固定至該軸桿。

參考圖1、2描述第一實施例。圖1顯示板1之一部份的透視圖，該板1必須以圓柱栓3穿過形成在該板1中之孔2而固定至支撐塊11。

板1由脆性材料形成，該脆性材料不具有通常使用溫度內之塑性區域，例如是玻璃、石英、或矽。板1可單純地形成結構元件，例如時計的底板、橋接件(bridge)、或刻度盤。板1也可具有功能性的角色，而承載電路板或必須固定至支撐塊11的微電機械系統(MEMS)。為了避免在迫入(driving－in)組裝期間破壞零件，孔2是如圖2放大上視圖的特型孔(shaped aperture)。

圖2以例子的方式顯示安裝在圓柱軸桿5上的矽擒縱輪(escape wheel)，被樞接在兩個軸承之間。如圖所示，孔2的輪廓不跟隨軸桿5的圓形輪廓，因為孔2交錯地顯現剛性定位區8和彈性變形區10。如圖1、2所示，應注意的是剛性區8和彈性變形區10在板1的平面延伸，因該二區界定孔2的形狀。彈性變形區10會在板1的平面內變形。

為了顯示剛性區8不會對軸桿5施加任何緊固的作用，所以大幅誇大剛性區8和軸桿5之間的間隙9。剛性區8用於定出擒縱輪關於軸桿5的中心。如圖2所示，剛性區8繞著孔2以規則角度的方式分佈，再圖2中有三個剛性區8。

藉由在板1中形成凹部13、15而獲得彈性變形區10，其連通中心孔並在此例子中界定舌部12。該舌部12的末端14延伸超過軸桿5的理論輪廓，並因此在迫入軸桿5而設置定位時，執行緊固或夾緊的功能。圖2也顯示每一舌部12藉由凹部13、15而和相鄰的剛性區8相分離，使得每一舌部12連接至板1之剛性區8以外的區域。如圖2所示，舌部12在各剛性區8之間繞著軸桿5以規則的方式傾斜地分佈。因此孔2包含在其整個圓軸交錯的剛性區8和舌部12。如圖2所示，每一舌部12整體呈預定輪廓的弧形，此處的弧形是圓弧。再者，由具有和該舌部12之弧形大致相同輪廓的二狹長槽形成二相鄰凹部13、15。

圖5顯示類似本發明圖2之實施例的較佳實施例，其中的剛性區8真實地顯示，亦即剛性區8和軸桿5之間無誇大的間隙9。應注意的是，每一剛性區8包含至少一個肩部16，其和軸桿5的圓柱壁接觸。這些肩部16繞著孔 2以規則的方式分佈，以將軸桿5保持在孔2內的中心。更明確地說，每一剛性區8形成肩部16，該肩部16是由二凹部13、15所界定，該等凹部架構出剛性區8。因此，此處的每一剛性區8具有圓弧的輪廓，該圓弧大致跟隨軸桿5之圓柱壁的曲率半徑。肩部16將輪相對於軸桿5精確地定位。舌部12執行徑向緊固的功能、修正孔內任何製造遊隙(play)的功能、和將軸桿5保持在孔2內的中心。

當然，剛性區8和舌部12的數目，可大於所示的數目。

圖3顯示具有運動工作星形輪的第二實施例，其包含在其中心的特型孔4，該特型孔4提供抗旋轉的功效。軸桿5的末端7被加工成具有非圓形的外形，而呈具有圓角的三角形。特型孔4跟隨此外形，但是如同第一實施例者，特型孔4具有連續的剛性定位區8和彈性變形區10。

圖4顯示第三實施例，其中例如由矽製成的零件是具有齒的輪，該輪在其中心有特型孔6。如同前述者，特型孔6有抗轉動的功能。在此例子中，特型孔7是橢圓形。

當然可想像得到，任何其他非圓形的外形能夠提供抗旋轉的功能，而不會脫離本發明的範圍。

在前述的任何實施例中，也可使彈性變形區域10的末端和軸桿5具有表面粗糙度(例如槽)，以進一步減少零件在軸桿上轉動的風險。

上述例子是關於連續旋轉的零件，但是很清楚地，熟悉該項技藝者能將相同的原理適用於交替運動的零件(例如槓桿)、樞接零件、筒夾、棘爪、和擒縱輪。

取決於微機械零件所欲的應用，如果需要的話，也可以黏合或焊接步驟來完成零件組裝至其軸桿上，該等步驟提供更剛性的附接。黏劑或焊料藉由彈性舌部完成固定，在此情況，藉由舌部的固定構成中間固定步驟，該中間固定步驟具有任何遊隙以保證將軸桿保持在孔內的中心。黏合或焊接步驟構成最終的固定固定步驟。

1．．．板

2．．．孔

3．．．栓

4．．．特型孔

5．．．軸桿

6．．．特型孔

7．．．末端

8．．．剛性(定位)區

9．．．間隙

10．．．彈性變形區

11．．．支撐塊

12．．．舌部

13．．．凹部

14．．．末端

15．．．凹部

16．．．肩部

本發明的其他特徵和優點顯現在上文各實施例的描述，該等實施例係參考附圖以非限制性的方式例示，其中：圖1是本發明第一實施例組合體的透視圖；圖2是施加於擒縱輪之第一實施例的上視圖；圖3是施加於星形輪之第二實施例的上視圖；和圖4是施加於有齒的輪之第三實施例的上視圖；圖5是類似於圖2之擒縱輪的視圖，其顯示本發明的較佳實施例。

1．．．板

2．．．孔

5．．．軸桿

8．．．剛性(定位)區

9．．．間隙

10．．．彈性變形區

12．．．舌部

13．．．凹部

14．．．末端

15．．．凹部

Claims (13)

1. 一種由脆性材料製成之板製成的微機械零件，包括至少一個孔用於迫入一軸桿；其中該孔是一特型孔，該特型孔包括剛性定位區和用於夾緊該軸桿的彈性變形區；其中每一彈性變形區是由板的一部分形成，該部份具有在兩側中任一側連接該孔的凹部且具有舌部的形狀，該舌部的末端從切線方向開放進入該孔；其中該等剛性定位區和該等舌部繞著該軸桿交錯地配置，每一舌部藉由凹部和該等相鄰的剛性定位區相分離；且其中該等剛性定位區域繞著該孔以規則的方式分佈。
2. 如申請專利範圍第1項所述由脆性材料製成之板製成的微機械零件，其中每一剛性定位區包括至少一肩部，該肩部接觸該軸桿，其中該等肩部繞著該孔以規則的方式分佈，以將該軸桿保持在該孔內的中心。
3. 如申請專利範圍第2項所述由脆性材料製成之板製成的微機械零件，其中每一剛性定位區構成一肩部，該肩部是由二凹部所界定，該等凹部架構出該剛性定位區。
4. 如申請專利範圍第1項所述由脆性材料製成之板製成的微機械零件，其中每一舌部整體呈預定輪廓的曲線，且其中該二鄰接凹部是由二長槽所形成，該二長槽具有和該舌部的該曲線相同的整體輪廓。
5. 如申請專利範圍第1項所述由脆性材料製成之板製成的微機械零件，其中該脆性材料是選自玻璃、石英、和矽。
6. 一種藉由將微機械零件裝配至支撐塊上而使該微機械零件固定不動的裝置，該微機械零件包括有孔，該支撐塊包括有定位栓，其中該微機械零件是依據前述請求項中任一項製成。
7. 一種藉由迫入而將微機械零件固定至軸桿上的裝置，其中該微機械零件可持續地或交替地轉動，且依據前述請求項中任一項製成。
8. 如申請專利範圍第7項所述藉由迫入而將微機械零件固定至軸桿上的裝置，其中構成時計機心中零件的微機械零件，是選自擒縱輪、星形輪、有齒的輪、筒夾、槓桿、和棘爪。
9. 如申請專利範圍第7項所述藉由迫入而將微機械零件固定至軸桿上的裝置，其中該軸桿和該孔更具有非圓形的外形，其能夠提供抗旋轉的功效。
10. 如申請專利範圍第9項所述藉由迫入而將微機械零件固定至軸桿上的裝置，其中該軸桿和該孔之外形的形狀是橢圓形或三角形。
11. 如申請專利範圍第9項所述藉由迫入而將微機械零件固定至軸桿上的裝置，其中該軸桿和該孔的該等接觸區設有表面粗造度或槽。
12. 如申請專利範圍第6項所述藉由迫入而將微機械零件固定至軸桿上的裝置，其中該微機械零件包括至少一焊接點或黏劑點，以將該微機械零件固定至該軸桿上。
13. 如申請專利範圍第7項所述藉由迫入而將微機械 零件固定至軸桿上的裝置，其中該微機械零件包括至少一焊接點或黏劑點，以將該微機械零件固定至該軸桿上。