专利名称:手表机芯的步进马达和机架夹板组件的制作方法
本申请是本申请人于1986年3月24日递交的，申请序号为843020的另一份尚未获得专利权的专利申请的接续申请，这两份申请的题目是相同的。
本发明介绍的是装有菜夫特型(Lavet type)步进马达的、且用这一马达通过齿轮轮系驱动手表指针的手表机芯，所谓的菜夫特型马达是一种能接收从石英同步信号发生器集成电路发出的周期步进脉冲的马达。更具体地说，本发明介绍的是一种在用于装配机芯的各部件，如各齿轮部件和电气部件的机架夹板上组装步进马达的定子部件的方式及相应的组件。
在这类手表机芯中，一般是用步进马达的转子作用于某一连接着分针轴的齿轮的周边上的方式来驱动一与分针直接相连接着的中心轮。这样，单独的一个减速齿轮部件就能实现适当的减速以驱动与分针轴同心的时针轴。这种装配方式已由1983年3月15日批准的4376996号美国专利披露。而且，这一专利是以本发明人的名义提出的，并已转让给本受让人。在另一份以本发明人的名义提出的、并已转让给本受让人的尚未获得专利权的专利申请(申请号为06/776285，申请日为1985年9月16日)中，披露的菜夫特型表用步进马达包括一个带有一对驱动销的转子，当每分钟转子转过180度时驱动销步进一次。这对驱动销直接作用在一个连接着分针的齿轮的周边上以驱动该轮，从而使分针每分钟步进一次。在这一申请案中，菜夫特型步进马达的定子是一中心开孔的定子部件，且在开孔部位嵌有一内带有步进马达转子的非磁性材料制作的轴套。定子部件结构的另一个例子可参见1981年5月26日授予Terade et al的4270066号美国专利，这一专利里指出，由于环绕着定子孔洞的，对能使其马达具有所应具有的性能是必须的若干个窄小边缘的存在，使用了一加强环以增加定子刚度。当定子是由两个分离的部件构成时，由于其极靴适当位置的调整是很困难的，故一般使用由一个部件构成的定子，(或称为一体式定子)。
又有人提出过采用一体式定子部件的另一种构成方式，即采用由塑料制作的机架夹板上伸延出来的半园形塑料柱壁，这一柱壁位于转子和定子中心孔之间的空气隙里，并包括有一以某一角度弯曲的部分以用来以枢轴装配方式对转子外端部分离式安装。这一结构揭示在1986年5月16日申请的、申请序号为863751的美国专利申请中，而且，该申请已转让给本受让人。
另一种一体式定子结构是采用了一个带有一伸延过线圈长度的整体磁芯元件的U型定子部件，该定子部件的另一端通过一桥路部件与伸延的磁芯元件相连接以形成一完整的磁路。这种结构可见于1986年5月16日申请、申请号为863752的美国专利申请中，这一申请也已转让给本受让人。
众所周知，在某些已应用的先有技术中是采用由两个分离的部件构成的定子，而不采用一体式定子。对于这种结构，每一定子部件都有一环绕着转子外园周部分区域的极靴，并且都与伸延到步进马达线圈内侧的磁芯部件相连接。这类结构中的一种可参见于1959年10月20日批准的、由H·Szabo提出的2909685号美国专利，它指出，在装配时，用在转子和各极靴之间使用一个临时垫片的方式来调整磁芯部件。
因为在菜夫特型步进马达中，相对于转子而精确地调整两个分离的极靴是困难的，故又有人提出，可以用偏心销来调整定子磁轭的相对位置，或者作为原装配技术的改进，焊接或装配两定子磁轭在一非磁性基准板上，并将该基准板装在表机架夹板上。在装配时，基准板是通过若干个与机架夹板上的相对应的定位孔装配在机架夹板上的。这种结构可参见于1976年9月7日批准的3978651号美国专利和1978年7月13日批准的3969642号美国专利，这两份专利都是Yoshino提出的。
由Malkin et al等人提出的、1983年1月18日批准的4369385号美国专利中给出了另一种步进马达，它具有两个定子部件和一个用于在预定角度位置制动转子的、附着在一有色金属套管上的偏心的强磁性环。两个定子部件可以相对于该套筒进行调整。但是，这一结构并没有给出用于使定子相对于转子定位的方法。
由Takatsuki提出的、1976年4月6日批准的3949251号美国专利中披露了一种支撑环，它可用来支撑固装在基夹板的开孔部位里的转子的一端，并具有一在基夹板上方伸延的凸缘。两极靴沿直径方向相对的两个尖端被用作枢轴以和该凸缘相接触并确定转子的停止位置。用调整通过各定子部件中的狭槽的偏心销钉的方式，可把效率增大到最佳值。在这种结构中，有若干个组件需要高精度公差配合，并需要对各定子部件进行调整。
所有的上述种种结构，或需要采用一体式定子，若需要采用带有偏心调整销钉的两块式定子，或需要有装配基准夹板，从而增加了手表的成本。
据此，本发明的一个目的是要提供一种用于钟表的改进了的步进马达和机架夹板组件。
本发明的另一个目的是要提供一种用于钟表的改进了的菜夫特型步进马达的两块式定子组件。
本发明的另一个目的是要提供一种改进了的用于步进马达定子部件精确定位和安装的机架夹板结构。
本发明在结构构成方式上和实际装配方法上将其目的和所具有的优点结合在一起，这一点可以通过下面的说明来更好地理解。下面结合附图对本发明加以描述。
图1是不带有表针、表盘、表壳的一手表机芯的上部的平面视图。
图2是同一手表机芯的底部的平面视图。
图3是装配有表针和表盘的手表机芯的分解透视图。
图4是步进马达放大了的平面图。
图5是在未装配状态时的机芯机架夹板的底部的平面视图。
图5A是图5中沿A-A线剖开的机架夹板的横剖视图。
图6是沿通过夹板和步进马达的机芯部件剖面的放大了的立视图。
图7和图8是描述本发明的变型结构形式的局部放大了的平面视图。
简要说来，本发明涉及装配有菜夫特型步进马达的手表机芯的改进，且该步进马达带有一能从驱动电路接收周期驱动脉冲的线圈，以周期性地步进连接着时针、分针驱动部件的转子，从而显示时间。改进后的机芯包括有一个带有极靴和相关连的安装在线圈内侧的磁芯部件的步进马达中的第一定子部件，一个带有极靴的、有一个伸延在线圈外侧的定子部件以和上述的磁芯部件连成磁路的第二定子部件、一个非磁性材料制作的、带有用于定位和安装各极靴的凹槽和安装步进马达转子的枢轴的机芯机架夹板，实际上，该机架夹板上还限定了由凹槽伸延出来的园柱形壁部件，以将各弓形极靴表面之间以及它们与转子轴心之间精确地定位。这一非磁性材料最好是使用可热变形的塑料材料，使其能这样被成形，即使得该机架夹板能在适当位置上夹持住各定子部件，并使它们靠着园柱形壁部件定位，和夹板基本上连为一体。壁部件还可伸延过气隙并用来支撑着一个非磁性盖，后者具有一支撑转子另一端部的枢轴。
如图1所示，手表机芯1包括一个非磁性材料制作的机架夹板2，该夹板2最好是使用塑料材料，例如聚碳酸酯制作，这是因为这种材料可以精确地铸成具有各种各样的凹槽形状和枢轴孔的部件，以便于支撑各齿轮部件，并且它可以通过加热产生的局部再成型而把各部件固定在机架夹板上。柄轴3可以用人工驱动表柄4的方式相对于棘爪簧5动作，从而使电子开关板式触点6动作，由此来控制手表的运转或对手表的运转进行调整。图中标号7所示的是具有两个驱动销的步进马达转子，其驱动销与具有60个外齿的中心轴8上的齿牙啮合，它每分钟周期性的步进或旋转过180°。
如图2所示，驱动脉冲是由标号9所示的驱动电路组件提供的。这一组件9由石英晶体10和封装在单片塑料壳11里的集成电路(未示出)所组成。该集成电路通过一导引机架与，比如说电池端头12和13，石英晶体外接端端头14和15，以及线圈外接端端头16和17上引出的导电的伸延部件相连接。
步进马达18包括有一个其端头与驱动电路组件的端头16和17相连接的线圈19。第一定子部件20具有一第一极靴20a，第二定子部件21具有一第二极靴21a。这两个极靴紧邻着非磁性材料制作的园柱形壁部件22，并且一边一个。如果使园柱形壁部件22和机架夹板2接合成一体则更好些。园柱形壁部件22上固定着用非磁性材料，例如黄铜制作的盖23，盖23上有一个用来装配步进马达转子的一端部的枢轴23a。第一和第二定子部件20、21安放在机架夹板上的已成形了的凹槽中以使它们定位。在装配过程中，可用加热的方式使机架夹板上某些部位，例如标号24、25、26的部位发生变形，形成夹持部件以将各定子部件20、21固定在适当的位置上并向它们施加紧固力以使其紧邻着园柱形壁22。
在透视图图3中示出的标有标号的各部件，有些已在上面说明了，还有些将在下面给与说明。在机架夹板2中有已经固定好的金属中心套筒27，在该套管内侧可以枢轴装配方式装配有一带有时轮29的时轮轴28，该时轮29是固定在该时轮轴28的下端部的，在轴28的上端部还可装配有位于表盘42上方的时针30。这一中心套管的外侧可从以枢轴方式装配一附着有中心轮8的中心轮齿轴部件31，并可以在齿轴部件31的上端部安装分针32。分针和时针之间的减速是靠支承在机架夹板2里的减速齿轮和齿轴组件33提供的，而且，该减速齿轮和齿轴组件33用金属盖34装配在一适当的位置上。还需要说明的是，标号35所示的步进马达转子的一端以枢轴装配方式装在孔36里。而与壁22同轴心的孔36是铸模成形在机架夹板2上的。转子的另一端以枢轴装配方式装在上述的盖23的孔23a里。
下面将结合图4对步进马达给与更详细地描述。第一定子部件20包括有一在线圈外侧伸延的定子部分20b，并有一位于线圈19一端的偏置部分20c作为端部。第二定子部件21将其极靴21a与纵向通过线圈中心开口部位19a的磁芯元件21b连为一体。磁芯元件21b的一直伸延出线圈19的部分21c与定子部分20c相重叠以形成磁路。
极靴20a和21a分别形成一相对于转子轴同轴的弓形极面部分20d和21d。用已公知的技术在这两个极面部位上分别形成两个彼此相对着的、用于决定转子35静止位置的凹槽20e、21e。转子35包含有一永久磁铁部件35a，后者还带有一塑料叠铸成型的部件35b。通过铸模成型在机架夹板2上的枢轴孔36和盖23上的枢轴孔23a(参见图3)，转子35的轴可以相对于园柱形壁22精确地定位安装。用紧靠着壁22外表面的方式，极靴表面20d、21d也可以相对于园柱形壁22精确地定位安装，从而使两弓形极面实际上能与园柱形壁的弓形外表面相邻接。
由图5可见，由塑料成型的机架夹板2上已形成了用于放置步进马达定子的凹槽，包括有第一凹槽37和第二凹槽38。前一凹槽的形状与第一定子部件成高精度公差配合，后一凹槽的形状与第二定子部件成高精度公差配合。虽然槽37、38可以是某一单独的大凹槽中的一部分，但在本实施例中，它们是用壁部件39、40分隔开的，其中，壁部件39、40是由凹槽底部一直向上伸延并与园柱形壁22联结在一起。
现在参照图5A所示的剖面图进行描述。园柱形壁通过枢轴36而定心，它还包括有一个用以安装盖23的开口槽41，因而它也可以相对于机架夹板精确地定位安装。
由图6所示的中心套管27的剖面图中可见，中心套管的内侧以枢轴装配方式装有时轮轴28，在该时轮轴28的下端部装有时轮29，而在其上端部装有时针30。时轮与减速齿轮的齿轴齿牙33a和齿轴组件33相啮合，而减速齿轮和齿轴组件33以枢轴装配方式装在机架夹板2中，其齿轮齿牙33b与装在中心轮8上的中心齿轴31的齿牙31a相啮合。这一中心轮共有60个可与装在转子齿轴上的销钉相啮合的外侧齿牙8a。图中标号35c所示的就是转子齿轴上的销钉之一。由步进马达所接收的脉冲使中心轮和分针每分钟步进一步，时针也通过减速齿轮系统一步步的步进。该减速齿轮系统包括有中心齿轴31，减速齿轮齿轴33，以及时轮29。
转子35的上端部通过一塑料叠铸部件35b的伸延部分以可相对旋转的装配方式装在非磁性材料制作的机架夹板上的孔36中。通过使园柱形壁22上凸缘41a变形的方式，可将盖23夹持在与园柱形壁同心的凹槽41中。在这种装配方式中，转子35可相对于园柱形壁22精确定位安装。用在机架夹板2上某些选定的位置上，如标号25所示的位置上形成的变形，可将各定子极靴，如图6中标号20a所示的部件，挤向园柱形壁22，通过这种方法可将各极靴相对于步进马达转子的轴心精确定位安装。而且，在不需要使用任一种螺钉、螺栓，也不需要在装配时进行某种简单的部件调整的条件下，各定子部件便可以固定在适当的位置上。
图1～6所给出的机芯是一种采用了两块定子部件且各部件极靴的弓形极面相对于转子轴都是同心的机芯。在这种机芯中，用于在驱动脉冲间隔中制动转子和固定其角度位置的部件是采用的已公知的部件，如凹槽20e、21e。作为本发明的一种变型结构，还可采用另一种已公知的技术在驱动脉冲间隔中制动转子并以某角度位置固定转子，即使两弓形极面的中心轴线相对于转子轴线偏置或变换。这一技术已在前述的、由Yoshino提出的美国专利中使用了。这一技术的关键是使两个极靴相对于转子转轴偏心放置，以使极靴建立起一个非对称的、能在每一驱动脉冲之后使转子制动在某预先选定的角度位置上的磁通间隙。
如图7所示，在非磁性材料制作的机架夹板43上成型有第一凹槽44和第二凹槽45，它们分别用来安放第一和第二极靴46、47。在这两个极靴上成型有不带开口槽的平滑的弓形极面部分46a、47a，它们是分别以48、49为中心，以某一值为半径而形成的弓形极面。
转子35的结构采用带有围绕着一永久磁铁35a的塑料叠铸部件35b的形式，这种结构在前面已经说明过了。如前所述转子35是以可相对旋转的支承方式装在塑料叠铸部件上的枢轴里的。转子的一个枢轴支承在机架夹板43上的一个孔洞(未示出)中。转子的另一个枢轴35d支承在如前所述的盖23中(参见图6)。转子的旋转轴50是处在极面中心48、49的中间。
与机架夹板43连为一体的大体上园柱形壁部件51可以由机架夹板上向上伸延，并可用来使极靴46、47彼此间精确定位，并使它们相对于转子轴50定位。壁部件51有一带有能放置盖23的凹槽51b的内园柱表面51a，该表面51a绕轴50，并与转子35同轴。其半园柱形外表面51c、51d是分别以48、49为中心成型的。壁部件51还包括有将两个极靴分隔开的部份51d、51e，它们也和壁51和机架夹板43连为一体。按上述的安排，极靴47的端部47b和完全相对配置的极靴46的端部46b，将比环绕着该气隙的磁路的其它部分更接近于转子轴50。
在上面描述的那种实施例中，机架夹板43包括有能将极靴46、47夹持在凹槽44、45中，并使它们紧邻着壁部件的外侧51b，51c的部件，以便能将它们的弓形极面部分基本上与壁部件外表面连为一体。这种夹持部件包括有两个已变形的壁部件43a、43b。在图7所示的平面视图中可见，壁部件43a、43b分别与两个极靴有重叠部分，若在立视图中来看，它们应与图6中变形的壁部件25相同。
图8给出了本发明的另一种变型结构，它是采用了另一项已公知的技术来在驱动脉冲的间隔中制动转子并在某角度位置固定转子，即在极靴的不同部位上使其具有两个不等同的半径。这一技术已在由Szabo提出的在先申请的专利中使用了。
由图8可见，在非磁性材料制作的机架夹板52上成型有第一凹槽53和第二凹槽54，它们分别用来放置第一和第二极靴55、56。带有永久磁铁35a和塑料叠铸部件35b的转子35以可相对旋转的安装方式装在转轴50上(参见图7及对图7的说明)。极靴55上成型有以转轴50为中心的一个具有较大半径的弓形极面部分55a和一个具有较小半径的弓形极面部分55b。类似地，在极靴56上也分别成形有具有较大半径和较小半径的弓形极面部分56a、56b。
与机架夹板实际上联为一体的园柱形壁部分57从机架夹板上向上伸延，并可用来使极靴55、56彼此间精确定位并使它们相对于转子轴50同心定位装配。壁部件57包括有一个园柱形内表面57a以及具有相等的较大半径的外侧弓形园柱表面57b、57c和具有相等的较小半径的外侧弓形园柱表面57d、57e，还有与机架夹板连为一体的分隔壁部件57f、57g。这一结构可以使极靴面55b、56b处形成一减小了气隙的区域，它们可用来确定转子35的静止位置。用于将极靴55、56夹持在凹槽53、54中，并使它们紧邻着外壁部件57b、57c、57d、57e以使其与壁部件实际上连为一体的部件具有若干个锥形楔部件58，这些楔部件58可以在各凹槽壁与极靴之间提供紧固力。这些锥形楔部件可以用胶粘装配方式或磨擦阻脱装配方式进行装配。
本发明提供了一种改进了的不需要使用中间过渡部件的步进马达和机架夹板组件，同时也提供了一种其两个定子部件可以相对于转子精确定位安装的步进马达和机架夹板组件，所述的精确定位装配对菜夫特型步进马达是必需的。
本发明的最佳实施例已在上面描述过了，但熟悉本项技术的人可以得出其它的变形结构，故希望对不超出本发明核心内容的、后面各权利要求
所限定的各种变型结构给与保护。
权利要求
1.一种具有一个带有连接着能周期地输出驱动脉冲的驱动登路的线圈的步进马达的手表机芯，所述的步进马达通过齿轮轮系驱动用于显示时间的时针和分针，其改进部分包括用于步进马达的第一定子部件有一成型有第一弓形极面部分的第一极靴，第一极靴有一伸延在线圈外侧的第一定子部位，用于步进马达的第二定子部件有一成型有第二弓形极面部分的第二极靴，第二极靴连接有一安装在线圈内侧的磁芯部件和一与第一定子部位相连接以形成磁路的部位，步进马达转子有一位于两极靴之间的永久磁铁，非磁性材料制作的机架夹板上成型有用于放置和装配第一和第二极靴的第一和第二凹槽部件，机架夹板上包含有用以将第一和第二极靴夹持在凹槽部件里的夹持部件，机架夹板还具有一用于以可相互旋转地装配方式安装步进马达转子的一端的第一枢轴孔洞，以及在两个极靴之间从机架夹板上向上伸延的围绕着第一枢轴孔洞的大体上园柱形壁部件，该园柱形壁部件有第一和第二弓形外部，第一和第二弓形极面部件实际上与壁的弓形外部相邻，从而使两个极面彼此间相分隔并使两极面相对于转子轴定位安装。
2.按照权利要求
1所述的机芯，其特征在于非磁性机架夹板是由塑料材料构成，其夹持部件是由紧邻着第一和第二凹槽部件的机架夹板上的某些选定的部分构成的，它们变形以使安放在凹槽中的第一和第二极靴被夹持在凹槽中，并靠紧两个极靴以使它们分别靠紧园柱形壁的相对面。
3.按照权利要求
1所述的机芯，其特征在于夹持部件包括有能楔入在极靴和凹槽壁之间的楔形物，该楔形物能使第一和第二极靴被夹持在凹槽中，并使它们分别靠紧园柱形壁的相对面。
4.按照权利要求
1所述的机芯，其特征在于第一定子部件以位于线圈一端的偏置部件为其端部，第二定子部件的磁芯部件纵向伸延过线圈与所述的偏置部件相重叠。
5.按照权利要求
1所述的机芯，其特征在于园柱形壁部件在转子和两个极靴之间的气隙中有伸延部分，并包括有一非磁性材料制作的盖，所述的盖上有一能可旋转地安装步进马达转子的另一端的第二枢轴孔洞。
6.按照权利要求
5所述的机芯，其特征在于塑料材料制作的园柱形壁部件上成型有一用来安放盖的园周形凹槽，并且还有一紧邻于该凹槽的、能将盖夹持在适当位置的可再成形部件。
7.按照权利要求
1所述的机芯，其特征在于各弓形极面部件相对于转子轴是同心的。
8.按照权利要求
1所述的机芯，其特征在于各弓形极面部件在直径相对的方向上相对于转子轴是偏心的。
9.按照权利要求
1所述的机芯，其特征在于每个极靴的各弓形极面部件相对于转子轴是具有较大半径和较小半径的，且具有较小半径的各弓形极面部件是在直径方向上相对放置的。
10.按照权利要求
1所述的机芯，其特征在于极靴上的弓形极面部位是紧邻于转子轴的，而极靴上的其它部位离转子轴稍远些，从而形成用于决定转子静止位置的具有较小气隙的沿直径方向相对的区域。
11.按照权利要求
1所述的极芯，其特征在于极靴的弓形表面上成型有用于决定转子静止位置的位置相对的开口槽。
12.按照权利要求
1所述的极芯，其特征在于转子由驱动电路提供给线圈的脉冲驱动，使其每分钟步进一步。
专利摘要
一种带有菜夫特型步进马达的手表机芯，该马达直接驱动装有分针的中心轮。机芯的机架夹架是用非磁性塑料制成的，并带有用以放置步进马达两个定子部件的极靴的凹槽。有一整体的塑料圆柱形壁从凹槽伸延出来。步进马达转子的一端利用夹板上的一枢轴支承在圆柱形壁中，另一端支承在一盖上的枢轴中。利用圆柱形壁可使各定子极面相对于转子精确定位，并利用塑料材料的变形将各定子部件相对于圆柱形壁夹持在适当的位置上。
文档编号G04C13/00GK87102251SQ87102251
公开日1988年10月5日 申请日期1987年3月23日
发明者保尔·伍斯里奇 申请人:蒂麦克斯公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan