专利名称：不会使游丝的固定半径变形的内桩及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种内桩(游丝固着环，collet)，该内桩不会使用于固定游丝的内端部弯曲部分的游丝的固定半径变形，而且该内桩可以与固定在该内桩上的游丝组件结合成一体。本发明还涉及一种用于获得这种内桩以及将该内桩和固定于其上的(游丝)组件结合成一体的方法。
背景技术：
在机械表的机芯中，内桩形成将游丝装配到摆轮机构的安装界面。起初，内桩只是一种被推压到摆轴(balance staff)上的垫片，并包含至少一个游丝内端部弯曲部分的钩点，例如通过使用圆锥销、通过胶接或通过焊接实现该钩接。由于焊接特别是激光焊接是优选的固定方法，所以内桩可以由钢尤其是含有不同比例的镍、钼、钴或铬的特种钢制成。内桩首先必须具有很小的尺寸，以便对惯性矩的影响很小，且不会引入任何不平衡，但是希望这种小的零件具有许多其它性能，以有利于微调元件的正常工作。例如，在将内桩推压到摆轴上之后，必须能够使摆轴毫不费力的转动，以使手表摆动，也就是说，在静止位置要使圆盘钉(impulse pin)和摆轮机构与擒纵叉轴之间的中心线对齐。而且还希望推压内桩的过程对于保持摆轴和钩点之间的确定距离的影响尽可能小，并且内桩的外部轮廓不会与游丝内端部弯曲部分的有效长度发生干涉。
20世纪60年代及70年代提出的许多专利提供了满足上述某些性能标准的方案，但是从下面的简要分析可以看出，没有任何内桩能够同时具有所要求的所有性能。
当内桩由特种钢制成时，在将内桩推压到摆轴上之后摆轴的摩擦力矩可能过大，从而可能导致手表摆动困难。为了克服这一缺陷，第一个解决方案在内桩的摆轴孔和边缘之间形成一弹性槽，如CH专利No.347142提出一种具有很好的圆形轮廓的内桩，游丝通过位于穿过该轴线和该槽的对称平面内的圆锥销而固定到内桩上。CH专利No.508233公开了一种同类型的内桩，其中游丝铆接或胶接在一凹槽中，但是该内桩为摆轴孔偏置的不对称的球拍形状，从而避免第一线圈(游丝的内端部弯曲部分)压在内桩轮廓上的危险。然而，这些具有圆形摆轴孔的开槽式内桩有两个缺陷。当将内桩推压到摆轴上时，钩点的运动不能被精确地控制，并且当手表摆动时很有可能影响其稳定性和定心性。为了在不必开槽的情况下减小摩擦力矩以便于手表的摆动，US专利No.3429120提出将内桩做成包含由黄铜或其它有色金属材料制成的内环和用于焊接游丝内端部弯曲部分的钢制的外部两部分。这样做的结果在技术上令人满意，但是制造和装配的成本太高而难以接受。
为了减小不具有弹性槽的特种钢制成的内桩的摩擦力矩，减小摩擦表面以分散摆轴和内桩推压孔之间的接触似乎是合理的推理。CH专利No.311287公开的方法将起初为圆形的孔改为椭圆形，内桩的轮廓保持起初的圆形。由于这样只有两个对称的支撑点，所以与前面提到的开槽式内桩相同的问题再次产生。
CH专利No.466807和US专利No.3430435提出使内桩的推压孔为正多边形(如带有倒角(broken angles)的等边三角形)或内摆线形状。从该实施例中可以看出，内桩紧固在摆轴上的那些点关于角度等分，内桩几乎必须具有内切于圆的规则轮廓，以避免出现不平衡的问题，但是相应地却带来了与游丝的内线圈接触的危险。
发明内容
因此，本发明涉及一种内桩，其特定的形状使得内桩推压到摆轴上之后游丝的固定半径不会变化，从而保证良好的中心定位而不会产生不平衡。这使得(内桩的)推压力和保持力矩最佳，并且不会过度地锁止在摆轴上，从而有利于随后使手表摆动或拆卸手表的操作。本发明还涉及一种固定在该内桩上的游丝组件，以及一种制造该内桩和固定在该内桩上的游丝组件的方法。
因此，本发明涉及一种由金属带形成的内桩，其内部轮廓限定用于将所述内桩推压到摆轴上的孔，其外部轮廓包含一个在内桩和游丝之间的作用点(function point)，该作用点位于(内桩的)一个臂的末端，其到摆轴中心0的距离R大于该外部轮廓上其余任何点到该中心0的距离。该内桩的特征在于，该内部轮廓包括多个离散的与摆轴接触的接触点，其中一个接触点与摆轴和作用点对齐，所述作用点的孔径张角(angular aperture)α不全部相同；并且，该带的与接触点基本相对的部分形成其宽度I6、I8比该带的其余部分宽度大的环形部分，该接触点与摆轴和作用点不对齐。
在优选实施例中，该内桩关于通过摆轴中心0及内桩和游丝之间的作用点的轴线xx’对称，并且(金属)带的内部轮廓包含三个接触点，其中一个接触点与内桩和游丝之间的作用点沿直径相对，另两个接触点与该第一个接触点之间的孔径张角大于90°。在下面的详细说明中将会看到，形成内桩的金属带可以为宽度不等的条状，也可以为具有更多实心的球拍状，其用于推压到摆轴上的孔为椭圆形。
根据本发明的内桩可以根据已知的冲压方法来获得，但是根据一种优选的方法，特别是对于条形带，可以采用LIGA技术，该技术的优点是可以同时将内桩和游丝形成为一体，因此更容易控制R的值。
从下面结合附图对作为非限定性示例给出的各种实施例的说明中，可以更清楚地看出本发明其它的特征和优点，其中图1示出根据本发明的内桩的第一实施例；图2给出对于确定的额定紧固力，图1所示内桩的焊接点的位移随角度α3变化的曲线图；图3示出第二实施例；
图4给出图3所示内桩的焊接点的位移随角度α3变化的曲线图。
具体实施例方式
图1所示为根据本发明的内桩的第一实施例的放大的俯视图，该内桩由特种钢如钢或镍制成并具有0.2毫米左右的均匀厚度。该内桩用于被推压到中心为0的摆轴2(以虚线示出)上。从图中可以看出，该内桩由一个连续的带10延伸而成，带10的内部轮廓11和外部轮廓12具有特定的形状，带10上各点的宽度“I”不均匀，并且带10的内部轮廓11只包含三个与摆轴2接触的接触点1、3、5，并从摆轴出发形成凹部11a、11b、11c。
该带具有形成臂14的第一凹部11a，臂14的端部在外部轮廓12上包含一个与摆轴2的中心0的距离为R的作用点4，游丝9的内端部弯曲部分的端部将焊接到该作用点上。
距离R是固定到内桩上的游丝的固定半径，它符合主要的设计特征，即，它的值在理想情况下不应被推压操作所改变，以保持游丝很好地对中。根据钟表领域最严格的标准，作用点4的位移必须不能超过5微米，如下文所示，根据本发明的内桩可以大大降低这一阈值。
摆轴的中心0和作用点4为内桩限定一对称轴线xx’，即，为内桩的外部轮廓12和通过三个接触点1、3、5而靠在摆轴2上的内部轮廓11限定一对称轴线。第一接触点1与接合点(作用点)4沿直径相对，另外两个接触点3、5关于轴线xx’对称，接触点3沿顺时针方向相对于第一接触点1有一个角度偏移α1，接触点5沿逆时针方向相对于第一接触点1有一个角度偏移α5，角度α1和α5具有大于90°的相同的值。这样就限定对称的接触点3、5之间的一个角度偏移α3，其值是实现本发明目的的一个决定性因素，这一点在下文中会很清楚地看到。
现在考虑外部轮廓12，可以看到带10包括在三个接触点1、3、5处(与其它部分)相交的两个不对称的环形部分16、18。该环形部分16、18基本上与对称的接触点3、5沿径向相对，并限定对称的凹部11b、11c。环形部分16、18的端部6、8到摆轴2的中心0的距离小于游丝的固定半径R，这样在摆轮机构摆动的过程中游丝9的内端部弯曲部分不会与内桩的外部轮廓12相接触。
由于内桩的尺寸非常小，半径R的数量级为0.5毫米，以及非常严格的结构参数，所以从图1中不能立即看到本发明的另一个重要特征，即带10在整个周向的宽度“I”不均匀。在图示的例子中，在接触点1、3、5处的宽度I1、I3、I5是相同的。在接合点4处，条的宽度I4比I1大15％，在环形部分16、18处的宽度比I1大30～35％。很显然上述数值只是作为示例给出的，它们可以随着使用的材料和环形部分16、18的尺寸而变化。
根据本发明的内桩的另一个特征在于，第二接触点3和第三接触点5之间的角度α3值应该使得半径R的变化dR最小。图2中的曲线示出dR随角度α3的值的变化。根据该曲线，可以看出α3的最佳值应该是105°。实际上，图1所示轮廓中，α3＝104°，相应的作用点4的位移dR几乎为零。换言之，由于综合考虑了对带10的轮廓、在其不同接触点处的宽度“I”，以及与摆轴2接触的不同接触点之间的角度α的具体选择，所以获得了这样的结果，从而作用在摆轴2上的压力实际上为零，同时不对称的内桩消除了游丝内端部弯曲部分与内桩接触的危险。
现在参看图3，它示出对应于有稍微多的“实心”设计的第二实施例，但是它包含第一实施例的所有特征。内桩的内部轮廓11包含与摆轴2接触的角度偏移分别为α1、α3、α5的三个接触点1、3、5，但是内部轮廓11的位于该接触点之间的凹部11a、11b和11c被缩减成“非接触”区域。外部轮廓12具有球拍状的更规则的形状，臂14末端的作用点4到摆轴2的中心0的距离R同样大于外部轮廓12上其它所有点6、8、13、15和17到中心0的距离。在这种构造中，为了使半径R的变化dR尽可能小，可以看出距离I1到I8的相对值与第一实施例中的不同。实际上I4＞I1＞I8＝I6＝I5＝I3。如在第一实施例中一样，两个对称接触点3、5之间的角度α3的值是使得作用在摆轴2上的压力为零的决定性因素。图4中的曲线示出dR随角度α3的值的变化。根据该曲线，可以看出图3所示的结构在α3＝112°时dR的值几乎为零。这些值只是示例性的，因为很显然修改I1到I8的相对值会得到对α3的另一种选择，甚至可以仅通过改变内桩的形状使α1＝α3＝α5，从而使得作用在摆轴2上的压力为零，同时具有一个可以使游丝9的内端部弯曲部分远离内桩的外部轮廓上的其它点的臂14。
前面所述的根据本发明的内桩可以通过已知的冲压方法来制造。然而，尤其是对于第一实施例的内桩，并且当游丝与内桩成一体时，优选的方法是采用自20世纪七十年代中期就已知的LIGA技术。
第一步，该方法主要包括在事先覆盖有牺牲层的衬底上涂覆厚度与所需内桩高度相对应的正性或负性光刻胶，以及利用掩模通过光刻法及化学蚀刻法形成与所需的内桩或内桩-游丝组件的轮廓相对应的中空结构。
第二步，对该中空结构通过如US专利No.4 661 212中所示的电镀法，或如US专利申请NO.2001/0038803中所示的冲压和烧结毫微粒法填充金属或合金。
最后一步，除去牺牲层，从衬底中取出内桩或内桩-游丝组件。
本方法还具有能够批量制造，从而可以降低产品的单位成本的优点。
权利要求
1.一种用于安装一游丝(9)的内桩，所述内桩由一金属带(10)构成，该金属带的内部轮廓(11)限定用于将该内桩推压到一摆轴(2)上的凹部(11a、11b、11c)，且该金属带的外部轮廓(12)包含一在该内桩和该游丝(9)之间且位于一臂(14)的末端的作用点(4)，该作用点到该摆轴(2)的中心O的距离R大于该外部轮廓(12)上的任何其它点(6、8、13、15)到该中心O的距离，其特征在于，所述内部轮廓(11)包含多个离散的与该摆轴(2)接触的接触点(1、3、5)，其中一个接触点(1)与该摆轴(2)和该作用点(4)对齐，所述接触点的孔径张角α不全部相同；并且，该金属带(10)的与该接触点(3、5)基本相对的部分形成其宽度I6、I8比该带(10)的其余部分的宽度大的环形部分(16、18)，该接触点(3、5)与该摆轴(2)和该作用点(4)不对齐。
2.根据权利要求1所述的内桩，其特征在于，所述内桩关于通过该摆轴(2)的中心O且通过该内桩与该游丝(9)之间的作用点(4)的轴线xx’对称。
3.根据权利要求2所述的内桩，其特征在于，所述内桩包括其孔径张角为α1、α3和α5的三个接触点(1、3、5)，且α1＝α5＞90°。
4.根据权利要求3所述的内桩，其特征在于，α3＞100°。
5.根据权利要求1所述的内桩，其特征在于，所述内部轮廓(11)为椭圆形；并且，所述带(10)的外部轮廓(12)为由该臂(14)延伸形成的带有圆角的矩形，该臂(14)包含该内桩和该游丝(9)之间的作用点(4)。
6.根据权利要求1所述的内桩，其特征在于，所述游丝(9)与该金属带(10)的臂(14)形成一体。
7.根据权利要求1所述的内桩，可以通过包含以下步骤的方法批量制造a)在预先覆盖有一牺牲层的衬底上涂覆一层该内桩所要求的厚度的正性或负性光刻胶；b)利用掩模通过光刻法及化学蚀刻法形成与一批内桩的内部和外部轮廓相对应的中空结构；c)通过电镀法用金属或合适的金属合金填充该中空结构；以及d)通过除去该牺牲层而取出一批内桩。
8.根据权利要求7所述的内桩，其特征在于，在步骤“b”中还形成该游丝(9)的轮廓。
全文摘要
本发明公开了一种由金属带(10)形成的内桩。带(10)的内部轮廓(11)限定用于将内桩推压到摆轴(2)上的凹部(11a、11b、11c)，其外部轮廓(12)包含一在内桩和游丝(9)之间且位于臂(14)的末端的作用点(4)，该作用点到摆轴(2)的中心0的距离R大于外部轮廓上任何其它点(6、8、13、15、17)到该中心0的距离。其特征在于，该内部轮廓(11)包含多个离散的以相同或不同孔径张角α分布的与摆轴(2)接触的接触点(1、3、5)，并且带(10)的宽度“I”变化以使得内桩被推压后接触点(1、3、5)作用在摆轴(2)上的压力基本不会改变距离R，形成允许内桩在摆轴上进行角定向的摩擦力矩且不会引入任何不平衡。
文档编号G04B17/06GK1680892SQ20051006331
公开日2005年10月12日 申请日期2005年4月6日 优先权日2004年4月6日
发明者R·兰伯特, R·加比斯, P-A·比勒, M·韦拉尔多, J-L·巴赞 申请人:尼瓦洛克斯-法尔股份有限公司