HK1172941B - 包括无塑性区的部件的组件 - Google Patents

Description

包括无塑性区的部件的组件

技术领域

本发明涉及一种由无塑性区(塑性范围)的材料制成的部件组装到包含另一种材料的构件所形成的组件。

背景技术

包括硅基部件的当前组件通常通过粘结(bonding)实现固定。然而，粘结在长期保持方面不令人满意。并且，操作需要非常精密的涂覆，这使得操作成本很昂贵。

EP专利No.1 850 193公开了使用中间金属部件组装在金属心轴上的第一硅基部件。然而，在该文件中提出的形状改变不令人满意，其导致硅部件在组装过程中破坏，或者部件彼此结合得不够好。

发明内容

本发明的目的是，通过提供一种无粘结剂的组件来克服上述全部或部分缺陷，该无粘结剂的组件可以将由无塑性区的材料制成的部件固定到包含延展性材料——例如金属或金属合金——的构件。

因此，本发明涉及一种组件，所述组件由第一材料制成的构件通过使用由第三材料制成的中间部件组装在由无塑性区的第二材料制成的部件的圆形开口内而形成，所述中间部件安装在所述构件和所述部件之间，其特征在于，所述中间部件是包括用于接纳所述构件的孔的连续圆柱体，以便所述中间部件通过弹性和/或塑性变形沿径向并以均匀的方式吸收所述构件的至少部分轴向压入力，并且所述部件包括围绕所述部件的圆形开口分布的穿孔，用于吸收未被所述中间部件吸收的任何所述径向力，以便以不对所述部件产生破坏的方式固定所述组件。

这种构造有利地使得包括部件—中间部件—构件的组件能够无粘结地固定到常规的精度被控制的构件上，同时确保该部件不受到破坏性应力，即使该部件由例如硅形成。

根据本发明的其它有利特征：

—所述穿孔形成在距圆形开口一定距离处并围绕所述圆形开口，所述穿孔由两组以五点梅花形(quincunx)排列方式分布的钻石形/菱形孔形成，以便形成设置为正割的/交叉的(secant)V形的梁；

—所述穿孔包括在前两组孔和圆形开口之间的第三组孔，所述第三组孔由钻石形孔形成并设置成与前两组孔中的一组孔成五点梅花形排列，以便形成正割的X形分布的梁；

—所述部件包括允许第三组孔与圆形开口相连通的狭槽；

—所述穿孔形成在距圆形开口一定距离处并围绕所述圆形开口，所述穿孔由第一组长形孔和第二组三角形孔形成，第一组长形孔与第二组三角形孔以五点梅花形排列方式分布，第二组孔最靠近圆形开口，每个三角形孔都通过凹口与圆形开口相连通，以便形成能根据长形孔的厚度沿径向移动的梁；

—所述穿孔包括第三组三角形孔，第三组孔的每一个孔都分布在第二组孔的两个三角形孔之间，并通过狭槽与圆形开口相连通，以便形成具有两个独立的臂的梁，所述梁能够根据长形孔的厚度沿径向移动以及根据狭槽的厚度沿切向移动；

—所述成组的孔从圆形开口的边缘起在100μm和500μm之间的宽度上延伸；

—所述圆形开口具有在0.5mm和2mm之间的直径。

此外，本发明涉及一种钟表，其特征在于，该钟表包括根据前述变型中的任一个的组件。

最后，本发明涉及一种组装方法，其中，由第一材料制成的构件沿轴向压入由无塑性区的第二材料制成的部件内。该方法包括以下步骤：

a)形成具有圆形开口和围绕所述圆形开口分布以形成弹性变形机构的穿孔的部件；

b)将由第三材料制成的并包括孔的连续圆柱形的中间部件无任何应力地插入圆形开口内；

c)使用所述构件经由所述中间部件的孔对所述中间部件进行碾压(rolling)和弹性和/或塑性扩展，以便借助所述部件的所述弹性变形机构对所述部件的围绕所述圆形开口的壁施加均匀的径向应力。

所述方法有利地允许所述构件沿轴向压入，而不向所述部件施加任何轴向应力。实际上，有利地，根据本发明，仅向所述部件施加均匀的径向弹性变形。最后，所述方法通过适应各种组成部件制造时的差异性使包括部件—中间部件—构件的组件结合成一体。

根据本发明的其它有利特征：

—在步骤b)中，圆形开口的直径与中间部件的外截面直径的差大约是10μm；

—在步骤c)中，所述碾压和扩展操作施加8μm和20μm之间的夹紧位移；

—在步骤b)和步骤c)中，中间部件通过使用肩部保持在圆形开口内；

—第二材料是硅基的；

—第三材料由金属或金属合金基形成；

—所述部件可以是例如钟表的轮副、钟表的擒纵叉、钟表的游丝、谐振器或甚至MEMS。

附图说明

从下面参考附图经由非限制性示例给出的说明中，可以清楚发现其它特征和优点，其中：

图1是包括根据本发明的三个组件的钟表机芯的局部示意图；

图2是图1的局部放大图；

图3至图6是根据本发明的弹性变形机构的第一实施例的变型的视图；

图7和图8是根据本发明的弹性变形机构的第二实施例的变型的视图；

图9至图11是根据本发明的组装方法的连续步骤的示意图；

图12是包括根据本发明的组件的钟表游丝的局部示意图。

具体实施方式

如上所述，本发明涉及由一种脆性材料——即，无塑性区的材料，例如硅基材料——固定到延展性材料例如金属或金属合金而形成的组件以及组装该组件的方法。

所述组件设计为应用于钟表学领域。然而，可以很容易想到用于其它领域，例如显然可用于航空、珠宝、汽车工业或者餐具。

在钟表学领域，由于脆性材料例如基于硅的材料、石英、刚玉或者更普遍地陶瓷日益重要，因此需要所述组件。作为示例，可以设想完全或部分由硅基形成游丝、摆轮、擒纵叉、桥夹板或甚至轮副例如擒纵轮。然而，通常必须使用其制造已被掌握的普通的钢心轴的事实是一种约束，难以与使用无塑性区的部件协调一致。实际上，不可能压入钢心轴，这会系统地破坏脆性部件，即，无塑性区的部件。

这是提出本发明的组件的原因，在本发明的组件中，由第一材料例如诸如钢的延展性材料制成的构件通过使用由比第一材料延展性更好的第三材料制成的中间部件沿轴向压入由无塑性区的第二材料例如硅基材料制成的部件的圆形开口内，所述中间部件安装在所述构件和所述部件之间。

根据本发明，所述中间部件是具有用于接纳所述构件的孔的连续圆柱体，以便所述中间部件通过弹性和/或塑性变形沿径向并以均匀的方式吸收所述构件的部分轴向压入力。实际上，当进行研究时，清楚的是中间部件必须将由碾压和扩展操作引起的径向应力以均匀的方式围绕所述圆形开口分布在壁上。

因此，需要连续的圆柱体，即，无径向狭槽或轴向穿孔的圆柱体，以防止在脆性部件的开口的部分壁上产生会破坏所述脆性部件的任何局部应力。

此解释也给出了不在连续圆柱体的顶部或底部上使用轴环的原因。实际上，在碾压和扩展操作过程中，这种轴环将部分轴向力从构件传递到脆性部件的顶部(或底部)。因此，尤其通过在脆性部件的顶部(或底部)上的轴环的角所施加的剪切同样产生会破坏所述脆性部件的局部应力。

因此，如果圆柱体截面是圆形的，则具有孔的连续圆柱体可以解释为具有连续内壁和外壁的整环，即，无任何槽或更普遍地任何不连续材料。因此，连续圆柱体仅通过弹性和/或塑性变形在围绕所述圆形开口的壁上产生均匀的径向应力，而无需遵守用于压入所述构件的特定轴向。

此外，所述部件包括形成弹性变形机构的穿孔，所述穿孔围绕所述圆形开口分布并距所述圆形开口一定距离，所述穿孔用于吸收未被中间部件吸收的任何所述径向力，以便以不对所述部件产生破坏的方式固定所述组件。脆性部件由于穿孔产生的弹性变形从而将所述脆性部件固定到通过连续圆柱体的塑性变形而固定的包括中间部件—构件的组件上。

参考图1至图8可更好地理解根据本发明的组件，图1至图8示出在钟表学领域内的示例性应用。图1示出钟表擒纵系统，该钟表擒纵系统包括擒纵叉1和擒纵轮3。

作为示例，擒纵叉1包括两个根据本发明的组件2、12，组件2、12分别用于将镖形件(dart)7和枢转销17固定到杆5。如在图1中看到的，每个组件2、12都包括整环形式的中间部件4、14，中间部件4、14在镖形件7或枢转销17与擒纵叉1的杆5之间配合作用。此外，每个组件2、12都包括穿孔6、16，穿孔6、16围绕圆形开口8、18制造在杆5上并旨在形成弹性变形机构。因此，显然，组件2、12具有足够的抗性以避免在其组成部分之间产生相对运动。

擒纵轮3(更普遍地为轮副3)作为示例包括组件22，用于将枢转销27固定到轮3的体部25。如在图1和图2中看到的，组件22包括整环形式的中间部件24，中间部件24在枢转销27和轮3的体部25之间配合作用。此外，组件22包括穿孔26，穿孔26围绕轮3中的圆形开口28制造在轮毂上并旨在形成弹性变形机构。

因此，很显然，示例性组件22可以应用于任何类型的轮副。此外，枢转销27可以包括一体的小齿轮，以便形成最终的轮副。

在图3至图8中示出穿孔的示例。根据图3至图6中示出的第一实施例，穿孔形成在距圆形开口一定距离处并围绕所述圆形开口，所述穿孔由两组以五点梅花形排列方式分布的钻石形孔组成，以便形成正割的V形布置的梁。

图3是图1和图2的穿孔6、16、26的图。为更简化起见，在图3中仅再次使用了轮3的附图标记。图3示出穿孔26，穿孔26优选穿过由脆性材料制成的体部25的整个厚度。穿孔26分布在距圆形开口28一定距离处并围绕所述圆形开口28，圆形开口28也优选形成为穿过由脆性材料制成的体部25的整个厚度。

如在图3中看到的，穿孔26形成第一组孔31和第二组孔33，第一组孔31距开口28最远，第一组孔31和第二组孔33是钻石形的并排列成五点梅花形。图3示出穿孔31、33因此形成彼此正割的V形梁32。

在图4示出的第一实施例的第一变型中，穿孔26'除了同样包括第一和第二组孔31、33外，还包括由钻石形孔35形成的第三组孔，第三组孔位于前两组孔和圆形开口28之间，即，距开口28最近。如在图4看到的，第三组孔35与前两组孔中的一组孔33成五点梅花形排列方式的分布，以形成X形的正割梁34。

在图5中示出的第一实施例的第二变型中，穿孔26″除了同样包括图4的穿孔26'外，还包括狭槽36，第三组孔35通过所述狭槽36与圆形开口28相连通。

有利地，根据本发明，孔31、33和35以及狭槽36用于形成弹性变形机构，所述弹性变形机构能吸收径向应力，即，从圆形开口28的中心朝向围绕所述圆形开口的体部25的壁施加的力。

当然，根据用于使梁32、34变形所需的最大间隙和所需的应力，所述两组或三组孔可以更靠近或者更远离彼此和/或具有不同的形状和/或具有不同的尺寸。

作为示例，图6示出图5的替代方案。可以看到，穿孔26″'与图5的穿孔26″相似。然而，三组孔距离彼此较远。此外，可以看到，孔和狭槽的形状和尺寸都是不同的。因此，显然，图6的替代方案改变了在硅中的弹性变形机构的刚度。

优选地，穿孔26、26'、26″、26″'从圆形开口28的边缘起在100μm和500μm之间的宽度上延伸。此外，狭槽36在15μm和40μm之间。最后，圆形开口28的直径优选在0.5mm和2mm之间。

根据在图7和图8中示出的第二实施例，穿孔形成在距圆形开口一定距离处并围绕所述圆形开口，穿孔由第一组长形孔和第二组三角形孔形成，第一组长形孔和第二组三角形孔以五点梅花形排列方式分布，第二组孔最靠近圆形开口，每个三角形孔都通过凹口与圆形开口相连通，以便形成能根据长形孔的厚度沿径向移动的梁。

因此，图7示出优选穿过由脆性材料制成的体部25的整个厚度的穿孔46。穿孔46分布在距圆形开口28一定距离处并围绕所述圆形开口28，圆形开口28也优选形成为穿过由脆性材料制成的体部25的整个厚度。

如在图7中看到的，穿孔46形成第一组长形孔51和第二组三角形孔53。根据第二实施例，两组孔51、53以五点梅花形排列进行设置。

此外，每个三角形孔53都通过凹口57与圆形开口28相连通。图7示出穿孔46因此形成梯形(即不规则四边形)梁52，梯形梁52被凹口57彼此间隔开。还注意到，每个梁52以长形孔51为中心，这使得每个梁52能根据长形孔51的厚度沿径向移动。

在图8中示出的第二实施例的变型中，穿孔46'除了同样包括图7的穿孔46外，还包括第三组三角形孔55。此外，第三组孔的每一个孔55都设置在第二组孔的两个三角形孔53之间，并通过狭槽56与圆形开口28相连通。因此，穿孔46'形成具有两个独立对称的并基本呈L形的臂的梁54，所述梁54能根据孔51的厚度沿径向移动以及根据狭槽56的厚度沿切向移动。

当然，如在第一实施例中一样，根据用于使梁52、54变形所需的最大间隙和所需的应力，所述两组或三组孔可以更靠近或者更远离彼此和/或具有不同的形状和/或具有不同的尺寸。

优选地，穿孔46、46'从圆形开口28的边缘起在100μm和500μm之间的宽度上延伸。此外，狭槽56或凹口57在15μm和40μm之间。最后，圆形开口28的直径优选在0.5mm和2mm之间。

下面参考图9至图11的示意图说明组装方法。为了更简化起见，在图9至图11中仅再次使用了轮3的附图标记。根据本发明，第一步骤包括由无塑性区的材料形成具有圆形开口28和穿孔26的部件3，根据例如前述实施例，穿孔26围绕圆形开口28分布并旨在形成弹性变形机构。如在图9中看到的，圆形开口28具有直径e₄，穿孔26包括截面为e₅的孔。

这个步骤可以通过干法或湿法蚀刻例如DRI蚀刻实现。

更进一步地，在第二步骤中，该方法包括由第二材料形成枢转销27，该枢转销27具有最大截面e₆。如上所述，第二步骤可以根据常规的心轴制造工艺实施。枢转销27优选是金属的，例如可以由钢制成。

在第三步骤中，该方法包括由第三材料形成具有孔23的连续圆柱形的中间部件24，中间部件24具有内截面e₂和外截面e₃。该第三步骤因此可以通过传统的机加工或电铸(electroforming)实现。中间部件24因此可以具有在100μm和300μm之间的厚度，以及也在100μm和300μm之间的宽度I，宽度I即外截面e₃减去内截面e₂的差(I＝e₃-e₂)。

优选地，第三材料比销27的第二材料更具延展性，以便在碾压和扩展操作过程中销27不发生变形。中间部件24优选是金属的，因此可以包括镍和/或金。然而，任何其它延展性材料可以有利地添加到第三材料中或者替代第三材料。

当然，前三个步骤不必一定遵守任何特定的顺序，甚至可以同时进行。

在第四步骤中，将中间部件24插入圆形开口28内，而不与圆形开口28有任何接触。如在图9中看到的，这意味着圆形开口28的直径e₄大于或等于中间部件24的外截面e₃。

优选地，圆形开口28的直径e₄与中间部件24的外直径e₃的差大约是10μm，即厚度约5μm，这使得部件3的体部25相对于中间部件24间隔开。

此外，优选地，根据本发明，中间部件24利用肩部21保持在圆形开口28内，肩部21具有截面为e₁的钻孔。

最后，该方法包括第五步骤，该第五步骤包括通过沿轴向A装配销27经由中间部件24的孔23对中间部件24进行碾压和弹性和/或塑性扩展，以便借助于部件3的弹性变形机构，即穿孔26，对圆形开口28的壁施加均匀的径向力B。

因此，首先，如在图10中看到的，由于销27的截面e₆大于中间部件的截面e₂，因此当销27沿方向A进入(示意性示出)孔23中时，这会导致中间部件24弹性和/或塑性变形，中间部件24由于抵靠在肩部21上而仅沿径向发生变形。

优选地，根据本发明，碾压和扩展操作设定为使得夹紧力在位于未变形的中间部件24与部件3的围绕圆形开口28的壁之间的间隙处较大。优选地，夹紧力设置为提供8μm和20μm之间的位移。

结果，在第一阶段的中间部件24的弹性和/或塑性变形之后，希望碾压和扩展操作在第二阶段围绕圆形开口28对体部25施加弹性变形，以使包括销27、中间部件24和轮3的组件结合成一体，如图11所示。这种弹性变形使包括销27-中间部件24的组件自动对中。在这方面，图11示出穿孔26具有由e₇指示的截面，而不再具有截面e₅。

有利地，根据本发明，可以从轮3的体部25的任何一侧压入销27。此外，在所述过程中无轴向力施加在轮3的体部25上。仅施加径向弹性变形。还应注意，使用连续圆柱体中间部件24使得能够在中间部件24径向变形过程中围绕圆形开口28在体部25的壁上施加均匀的应力，以便防止破坏轮3的脆性材料并适应在制造各种组成部件时的任何差异性。

当然，本发明不限于图示的示例，而是可以具有本领域技术人员想到的各种变型和改变。特别地，由脆性材料制成的部件的穿孔可以包括比上文描述的实施例更多组或者更少组的孔。

图1和图2示出应用于钟表机芯的擒纵系统，例如擒纵叉1和擒纵轮3。当然，本发明的组件2、12、22可应用于其它元件。作为示例，可以设想使用上文描述的组件2、12、22形成游丝、摆轮、桥夹板或更普遍地轮副。

因此，如图12所示，可以使用根据本发明的组件62将游丝61固定到心轴67上。则穿孔66可以形成在游丝61的内桩63内，中间部件64可以以与上文所述的方式类似的方式安装在内桩63的开口68内。

也可以使用组件2、12、22、62代替WO专利No.2009/115463(该文献结合在本文中作为参考)的弹性机构48或圆柱体63、66，以便将单件式游丝摆轮谐振器固定到枢转销。

最后，根据本发明的组件2、12、22、62还可以将其体部由无塑性区的材料(硅、石英等)形成的任何类型的钟表或其它部件——例如音叉谐振器或更普遍地MEMS(微电机械系统)——与心轴结合成一体。

当然，与上文所述的部件类似的两个部件也可以使用两个不同的组件2、12、22、62固定到同一心轴上，以使它们各自的运动结合成一体。

Claims (20)

1.一种组件(2，12，22，62)，所述组件由第一材料制成的构件(7，17，27，67)通过使用由第三材料制成的中间部件(4，14，24，64)组装在由无塑性区的第二材料制成的部件(1，3，61)的圆形开口(8，18，28，68)内而形成，所述中间部件(4，14，24，64)安装在所述构件和所述部件之间，其特征在于，所述中间部件(4，14，24，64)是包括用于接纳所述构件的孔(23)的连续圆柱体，以便所述中间部件(4，14，24，64)通过弹性和/或塑性变形沿径向并以均匀的方式吸收所述构件的至少部分轴向压入力(A)，并且所述部件(1，3，61)包括围绕所述部件(1，3，61)的圆形开口(8，18，28，68)分布的穿孔(6，16，26，26′，26″，26″′，46，46′，66)，所述穿孔形成弹性变形机构，用于吸收未被所述中间部件(4，14，24，64)吸收的任何所述径向力(B)，以便以不对所述部件产生破坏的方式固定所述组件(2，12，22，62)。

2.根据权利要求1的组件(2，12，22，62)，其特征在于，所述穿孔(6，16，26，26′，26″，26″′，66)形成在距圆形开口(8，18，28，68)一定距离处并围绕所述圆形开口，所述穿孔由两组以五点梅花形排列方式分布的钻石形孔(31，33)形成，以便形成设置为正割的V形的梁(32)。

3.根据权利要求2的组件(2，12，22，62)，其特征在于，所述穿孔(26′，26″，26″′)包括在前两组孔(31，33)和圆形开口(8，18，28，68)之间的第三组孔，所述第三组孔由钻石形孔(35)形成并设置为与前两组孔中的一组孔(33)成五点梅花形排列，以便形成正割的X形分布的梁(34)。

4.根据权利要求3的组件(2，12，22，62)，其特征在于，所述部件(1，3，61)具有允许第三组孔(35)与圆形开口(8，18，28，68)相连通的狭槽(36)。

5.根据权利要求1的组件(2，12，22，62)，其特征在于，所述穿孔(46，46′)形成在距圆形开口(8，18，28，68)一定距离处并围绕所述圆形开口，所述穿孔(46，46′)由第一组长形孔(51)和第二组三角形孔(53)形成，所述第一组长形孔与第二组三角形孔以五点梅花形排列方式分布，第二组孔(53)最靠近圆形开口(8，18，28，68)，每个三角形孔(53)都通过凹口(57)与圆形开口(8，18，28，68)相连通，以便形成能根据长形孔(51)的厚度沿径向移动的梁(52)。

6.根据权利要求5的组件(2，12，22，62)，其特征在于，所述穿孔(46')包括第三组三角形孔(55)，所述第三组孔中的每一个孔(55)都设置在第二组孔的两个三角形孔(53)之间，并通过狭槽(56)与圆形开口(8，18，28，68)相连通，以便形成具有两个独立的臂的梁(54)，所述梁(54)能够根据长形孔(51)的厚度沿径向移动以及根据狭槽(56)的厚度沿切向移动。

7.根据权利要求1的组件(2，12，22，62)，其特征在于，所述穿孔从圆形开口(8，18，28，68)的边缘起在100μm和500μm之间的宽度上延伸。

8.根据权利要求1的组件(2，12，22，62)，其特征在于，所述圆形开口(8，18，28，68)的直径在0.5mm和2mm之间。

9.一种钟表，其特征在于，该钟表包括至少一个根据前述权利要求中的任一项的组件(2，12，22，62)。

10.一种通过使用由第三材料制成的中间部件(4，14，24，64)将由第一材料制成的构件(7，17，27，67)组装在由无塑性区的第二材料制成的部件(1，3，61)的圆形开口(8，18，28，68)内的组装方法，其中，所述中间部件(4，14，24，64)安装在所述构件和所述部件之间，由第一材料制成的所述构件(7，17，27，67)沿轴向压入由无塑性区的第二材料制成的所述部件(1，3，61)内，该组装方法包括以下步骤：

a)形成具有圆形开口(8，18，28，68)和围绕所述圆形开口(8，18，28，68)分布以形成弹性变形机构的穿孔(6，16，26，26′，26″，26″′，46，46′，66)的部件(1，3，61)；

b)将由第三材料制成的并且包括孔(23)的连续圆柱形的中间部件(4，14，24，64)无任何应力地插入所述圆形开口(8，18，28，68)内；

c)使用所述构件经由所述中间部件的孔(23)对所述中间部件(4，14，24，64)进行碾压和弹性和/或塑性扩展，以便通过使用所述部件(1，3，61)的所述弹性变形机构对所述部件(1，3，61)的围绕所述圆形开口(8，18，28，68)的壁施加均匀的径向力(B)。

11.根据权利要求10的组装方法，其特征在于，在步骤b)中，圆形开口(8，18，28，68)的直径(e4)与中间部件(4，14，24，64)的外直径(e3)之间的差是10μm。

12.根据权利要求10的组装方法，其特征在于，在步骤c)中，所述碾压和扩展操作施加在8μm和20μm之间的夹紧位移。

13.根据权利要求10的组装方法，其特征在于，在步骤b)和步骤c)中，中间部件(4，14，24，64)通过使用肩部(21)保持在圆形开口(8，18，28，68)内。

14.根据权利要求10的组装方法，其特征在于，第二材料是硅基的。

15.根据权利要求10的组装方法，其特征在于，第三材料由金属或金属合金基形成。

16.根据权利要求10至15中的任一项的组装方法，其特征在于，所述部件是钟表的轮(3)。

17.根据权利要求10至15中的任一项的组装方法，其特征在于，所述部件是钟表的擒纵叉(1)。

18.根据权利要求10至15中的任一项的组装方法，其特征在于，所述部件是钟表的游丝(61)。

19.根据权利要求10至15中的任一项的组装方法，其特征在于，所述部件是谐振器。

20.根据权利要求10至15中的任一项的组装方法，其特征在于，所述部件是MEMS。