KR101478449B1 - 시계용 트립-방지 밸런스 스프링 - Google Patents

시계용 트립-방지 밸런스 스프링 Download PDF

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Abstract

본 발명은 코일(3) 내에 감겨 있는 스트립(20)이 있는 밸런스 스프링(2)을 포함하는 시계 조절 부재(100)용 트립-방지 메커니즘(1)에 관한 것으로서, 내부 코일(4)이 피벗축(D)에 대해 밸런스 스프링(2)과 동축인 콜릿(6)에 고정되며, 외부 코일(5)이 후킹 요소(7)에 고정된다.
밸런스 스프링(2)의 하나 이상의 코일(3)은 코일(3)과 일체로 장착된 하나 이상의 핑거(8)를 포함하며, 밸런스 스프링(2)이 정상적으로 연장되고 수축되는 동안 트립-방지 메커니즘(1)의 플랜지(11) 내에 포함된 운동 제한기 채널(10) 내에서 접촉되지 않은 상태로 이동가능하고, 채널(10)은 콜릿(6)에 가해진 피벗회전 각도가 정해진 공칭값보다 더 클 때 피벗축(D)에 대해 핑거(8)의 운동을 제한하도록 형성된다.

Description

시계용 트립-방지 밸런스 스프링{ANTI-TRIP BALANCE SPRING FOR A TIMEPIECE}
본 발명은 복수의 코일 내에 감겨 있는 하나 이상의 블레이드 또는 스트립이 있는 밸런스 스프링에 관한 것으로서, 상기 코일들 중, 제 1 단부에서, 내부 코일이 피벗축에 대해 상기 밸런스 스프링과 동축인 콜릿에 고정되며, 맞은편에 있는 제 2 단부에서, 외부 코일이 후킹 요소에 고정된다.
또한, 본 발명은 복수의 코일 내에 감겨 있는 스트립이 있는 하나 이상의 밸런스 스프링을 포함하는 시계 조절 부재용 트립-방지 메커니즘에 관한 것으로서, 제 1 단부에서, 내부 코일이 피벗축에 대해 상기 밸런스 스프링과 동축인 콜릿에 고정되며, 맞은편에 있는 제 2 단부에서, 외부 코일이 후킹 요소에 고정된다.
본 발명은, 추가로, 하나 이상의 트립-방지 메커니즘을 포함하는 스프렁 밸런스 공진기(sprung balance resonator)가 있는 조절 부재를 포함하는 시계 무브먼트(timepiece movement)에 관한 것으로서, 하나 이상의 밸런스 스프링은 플랜지와 플레이트 사이에서 피벗회전하는 밸런스의 스태프(staff) 위에 장착된다.
또한, 본 발명은 트립-방지 메커니즘을 제작하는 방법에 관한 것으로서, 상기 제작 방법은 제 1 단계인 실리콘계 재료로 형성된 바닥층과 상부층을 포함하는 기판(substrate)을 제공하는 단계를 포함한다.
본 발명은 시계용 조절 부재, 보다 구체적으로는 밸런스 스프링 분야에 관한 것이다.
기계식 시계에서, 탈진장치(escapement)는 몇몇 안전 기준을 충족시켜야 한다. 안전 장치중 하나인 트립-방지 시스템(anti-trip system)은 밸런스가 정상적인 회전 각도를 초과하여 각도적으로 연장되는(angular extension) 것을 방지하도록 구성된다. 상기 트립-방지 시스템은 과도한 가속 동안 특히 충격이 가해지는 경우에 밸런스의 피벗회전 각도(pivoting angle)를 제한한다. 상기 트립-방지 시스템은 특정 타입의 탈진장치 특히 톱니형 탈진장치(detent escapement)를 위해 필수적이다. 트립-방지 메커니즘은 밸런스의 양쪽 피벗회전 방향으로 즉 밸런스 스프링이 연장되고 수축되는 동안 작동할 수 있어야 한다.
Montres Breguet SA사의 유럽특허 EP 1801 668 B1호는 시스템 구성이 밸런스 스태프 위에 장착된 피니언(pinion)을 포함하는 것을 특징으로 하는 시스템을 제안한다. 이 피니언은 치형 휠(toothed wheel)과 맞물리는데, 상기 치형 휠의 하나 이상의 크로싱(croosing)이 밸런스가 밸런스의 정상 회전각을 초과하여 밀려지는(driven) 경우에 고정 정지장치(fixed stop)에 대해 접한다. 하지만, 상기 메커니즘은 밸런스의 관성(inertia)에 영향을 미치고 밸런스의 진동(oscillation)을 교란시킬 수 있다. 내부에 포함된 기어장치(gearing)는 효율을 떨어뜨리는 마찰을 발생하고 조절 시스템을 교란시킬 수 있다.
Montres Breguet SA사의 유럽특허출원번호 EP 1 666 990 A2호는 밸런스 스프링의 팽창에 따른 또 다른 트립-방지 시스템을 기술한다. 밸런스 스프링의 외부 코일에 고정된 로킹 암(locking arm)이, 밸런스와 일체형으로 구성된 핑거(finger)와 밸런스 바(balance bar)와 일체형으로 구성된 2개의 칼럼(column) 사이에 삽입된다. 밸런스 스프링이 밸런스 스프링의 정상적인 작동 각도를 초과하여 과도하게 팽창되는 경우에만 고정된다. 하지만, 이러한 메커니즘은 회전각을 한 회전 방향으로만 제한하는데, 회전각을 양쪽 회전 방향으로 제한하는 것이 바람직하다.
Nivarox-Far SA사의 유럽특허번호 EP 2450756 A1호에 기술된 시스템은 나선 형태의 홈 내에서 핀(pin)을 안내하는 밸런스와 일체형으로 구성된 플레이트를 사용한다. 비정상적인 진동 동안, 피벗회전 암과 일체형으로 구성된 핀은 정지되어 급격하게 진동을 제한한다. 이러한 메커니즘에 내재한(inherent) 마찰은 전체 진동 동안 밸런스를 간섭하게 된다(interference).
Montres Breguet SA사의 유럽특허번호 EP 2 196 867 A1호는 단부 코일과 외부 코일을 포함하는 올라간 코일(raised coil)이 있는 실리콘 밸런스 스프링을 기술하는데, 상기 단부 코일과 외부 코일은 상기 두 코일 사이에서 연결 부재 또는 스페이서(spacer)로서 사용되는 브레이스(brace)를 포함할 수 있는 올림 장치(rasing device)에 의해 서로 연결된다. 이 코일들은 실제 밸런스 스프링을 제외하고는 그 외의 다른 구성요소들과는 접촉하지 않는다.
George Ensign씨의 미국특허번호 US 3 041 819 A호는 밸런스 스프링 팽창 제한 수단이 있는 스프렁 밸런스(sprung balance)를 기술하는데, 상기 밸런스 스프링 팽창 제한 수단은, 한편으로는, 밸런스 위에 장착되고 밸런스의 축에 대해 평행하게 연장되는 핀에 의해 형성되며, 다른 한편으로는, 밸런스 스프링의 외부 코일에 고정된 정지장치 블록(stop block)에 의해 형성된다.
Philip Harland씨의 미국특허번호 US 3 696 687 A호는 플라스틱 헤어스프링을 기술하고 있는데, 상기 플라스틱 헤어스프링은 몰딩가공 동안 재료가 흐를 수 있게 하는 다수의 연결 브릿지(bridge)를 포함하며, 상기 브릿지들은 그 외의 다른 임의의 특정 기능을 가지지도 않고도 코일을 릴리스하도록 절단된다.
Montres Breguet SA사의 유럽특허번호는 EP 2 434 353 A1호는 트립-방지 밸런스 스프링을 기술하는데, 여기서 일련의 연속 코일들을 포함하는 노치(notch)들은 밸런스 스프링이 수축되고 연장되는 동안 서로 후크연결된다(hooked).
따라서, 본 발명은 밸런스의 관성을 교란시키지 않으면서 밸런스의 각운동을 양쪽 회전 방향으로 제한함으로써 위에서 기술된 종래 기술의 문제점들을 해결하도록 구성된다.
본 발명은, 유럽특허번호 EP 1 666 990 A2호와 유럽특허출원번호 EP 101899987호에 기술된 메커니즘들의 이점들을 조합하여, 미세가공 재료로 제조된 밸런스 스프링과 밸런스의 제작에 관련된 기술을 사용하여 제조될 수 있는, 작은 개수의 구성요소가 있는 안정적인 해결책을 제안한다
따라서, 본 발명은 복수의 코일 내에 감겨 있는 하나 이상의 블레이드(blade) 또는 스트립(strip)이 있는 밸런스 스프링에 관한 것으로서, 상기 코일들 중, 제 1 단부에서, 내부 코일이 피벗축에 대해 상기 밸런스 스프링과 동축인(coaxial) 콜릿에 고정되며, 맞은편에 있는 제 2 단부에서, 외부 코일이 후킹 요소(hooking element)에 고정되며, 상기 밸런스 스프링의 하나 이상의 코일은 하나 이상의 코일과 일체로 장착된 하나 이상의 핑거를 수용하거나 포함한다.
본 발명의 한 특징에 따르면, 상기 핑거는 하나 이상의 필러 스핀들(feeler spindle)을 포함하는데, 상기 하나 이상의 필러 스핀들은 피벗축에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 즉 상기 코일들이 연장되는 평면에 대해 실질적으로 수직으로 배열된다.
또한, 본 발명은 복수의 코일 내에 감겨 있는 스트립이 있는 하나 이상의 밸런스 스프링을 포함하는 시계 조절 부재용 트립-방지 메커니즘에 관한 것으로서, 제 1 단부에서, 내부 코일이 피벗축에 대해 상기 밸런스 스프링과 동축인 콜릿에 고정되고, 맞은편에 있는 제 2 단부에서, 외부 코일이 후킹 요소에 고정되며, 상기 밸런스 스프링의 하나 이상의 코일은 하나 이상의 코일과 일체로 장착되고 상기 밸런스 스프링이 정상적으로 연장되고 수축되는 동안 상기 트립-방지 메커니즘의 플랜지 내에 포함된 운동 제한기 채널(travel limiter channel) 내에서 접촉되지 않은 상태로 이동가능한 하나 이상의 핑거를 포함하며, 상기 채널은 상기 콜릿에 가해진 피벗회전 각도가 정해진 공칭값(nominal value)보다 더 클 때 상기 피벗축에 대해 핑거의 운동을 제한하도록 형성된다.
본 발명은, 추가로, 하나 이상의 트립-방지 메커니즘을 포함하는 스프렁 밸런스 공진기(sprung balance resonator)가 있는 조절 부재를 포함하는 시계 무브먼트(timepiece movement)에 관한 것으로서, 상기 하나 이상의 밸런스 스프링은 플랜지와 플레이트 사이에서 피벗회전하는 밸런스 스태프 위에 장착되며, 상기 밸런스 스프링의 스트립은 콜릿을 형성하는 탄성의 자체-고정 와셔(self-locking washer)에 의해 연장되어 밸런스 스태프 위에 밸런스 스프링을 위치시켜 아르키메데스 나선(Archimedes' spiral)의 원점의 방향(orientation)과 거리를 조절하며, 상기 아르키메데스 나선을 따라 스트립이 밸런스의 피벗축에 대해 연장된다.
또한, 본 발명은 트립-방지 메커니즘을 제작하는 방법에 관한 것으로서, 상기 제작 방법은 제 1 단계인: a) 실리콘계 재료로 형성된 바닥층과 상부층을 포함하는 기판을 제공하는 단계를 포함하며,
상기 방법은, 추가로:
b) 상기 코일의 하나 이상의 실리콘계 핑거를 형성하기 위해 상부층에서 하나 이상의 공동(cavity)을 선택적으로 에칭하는 단계;
c) 기판의 에칭된 상부층에 실리콘계 재료의 추가층을 고정시키는 단계;
d) 밸런스 스프링의 실리콘계 재료의 콜릿의 패턴과 후킹 요소의 패턴과 밸런스 스프링의 패턴들을 형성하고 하나 이상의 핑거의 패턴을 지속하기 위하여 추가층에 하나 이상의 공동을 선택적으로 에칭하는 단계;
e) 하나 이상의 핑거를 위하여 하나 이상의 운동 제한기 채널을 포함하는 플랜지의 패턴을 형성하고 하나 이상의 핑거의 패턴을 지속하기 위해 바닥층에 하나 이상의 공동을 선택적으로 에칭하는 단계;
f) 기판으로부터 트립-방지 메커니즘을 릴리스하는 단계를 포함한다.
본 발명의 그 외의 다른 특징들과 이점들은 첨부된 도면들을 참조하여 하기 상세한 설명을 읽음으로써 자명해 질 것이며, 도면에서:
- 도 1은 내부에 포함된 밸런스 스프링의 측면으로부터 바라본 본 발명에 따른 트립-방지 장치를 개략적으로 도시한 투시도로서, 상기 장치는 정지 위치에 도시된다.
- 도 2는 몇몇 구성요소들을 가진 한 실시예에서 상기 타입의 트립-방지 메커니즘을 분해하여 개략적으로 도시한 투시도이다.
- 도 3은 본 발명에 따른 트립-방지 장치를 개략적으로 도시한 평면도로서, 밸런스 스프링은 정지 위치에 도시된다.
- 도 4는 밸런스 스프링이 최대 연장 위치에 있는 도 3의 메커니즘을 도시한 도면이다.
- 도 5는 밸런스 스프링이 최대 수축 위치에 있는 도 3의 메커니즘을 도시한 도면이다.
- 도 6은 밸런스 스프링 또는 메커니즘에 충격이 가해지는 위치에서 도 3의 메커니즘을 도시한 도면으로서, 충격이 가해지는 동안 밸런스 스프링의 코일에 의해 포함된(carried) 핑거가 본 발명의 메커니즘의 플랜지 내에 포함된 제한기 채널과 접촉한다.
- 도 7은 라인 AA를 따라 절단한 도 3의 메커니즘의 한 단면을 도시한 도면으로서, 상기 메커니즘은 3개의 층을 가진 웨이퍼로부터 제작된 미세가공 재료로 제조된 특정의 일체형 변형예 내에 도시되며, 여기서 후킹 요소는 플랜지와 일체형으로 구성된다.
- 도 7a는 도 7과 비슷하게 5개의 층을 가진 웨이퍼로부터 제작된 또 다른 변형예를 도시한 도면으로서, 2개의 산화층 사이의 중앙 실리콘층은 플랜지와 밸런스 스프링 사이의 작동 거리의 수치를 결정하며, 이 수치는 도 7에 따라 얻어진 수치보다 훨씬 더 크다.
- 도 8은 도 7과 비슷하게 후킹 요소가 플랜지에 대해 자유로운 또 다른 변형예를 도시한 도면이다.
- 도 9는 도 7과 비슷하게 본 발명에 따른 메커니즘이 단일의 플랜지의 양쪽 면 중 한 면 위에 2개의 밸런스 스프링을 포함하는 또 다른 변형예를 도시한 도면이다.
- 도 10은 도 3과 비슷하게 본 발명의 대안의 메커니즘을 도시한 도면으로서, 밸런스 스프링은 몇몇 핑거를 포함하는데, 각각의 핑거들의 운동은 특정 제한기 채널에 의해 제한된다.
- 도 11은 본 발명에 따른 트립-방지 메커니즘을 포함하는 스프렁 밸런스 조절 부재를 포함하는 시계 무브먼트를 블록 다이어그램으로 도시한 도면으로서, 밸런스 스프링은 콜릿을 통해 플레이트에 대해 피벗회전하는 밸런스에 고정된다.
- 도 12는 미세가공 재료로 제조된 도 7a의 일체형 변형예에 따른 트립-방지 메커니즘을 제작하기 위한 기본 방법의 일련의 작동을 개략적으로 도시한 도면이다.
- 도 14은 도 3의 한 변형예를 개략적으로 도시한 평면도로서, 제한기 채널의 주변 표면은 감쇠 수단을 포함한다.
본 발명은 시계용 조절 부재 분야에 관한 것으로서 보다 구체적으로 밸런스 스프링에 관한 것이다.
본 발명은 밸런스의 관성을 교란하지 않으며 특히 작동 동안 마찰을 최소로 감소시키고 밸런스의 각운동(angular travel)을 양쪽 회전 방향으로 제한시킴으로써 종래 기술의 문제점들을 해결하도록 구성된다.
따라서, 본 발명은 복수의 코일(3) 내에 감겨 있는 하나 이상의 블레이드 또는 스트립(20)이 있는 밸런스 스프링(2)에 관한 것이다. 상기 코일(3)들 중에서, 제 1 단부(24)에서, 내부 코일(4)이 피벗축(D)에 대해 밸런스 스프링(2)과 동축인 콜릿(6)에 고정된다. 맞은편에 있는 제 2 단부(25)에서, 외부 코일(5)이 후킹 요소(7)에 고정된다.
본 발명에 따르면, 밸런스 스프링(2)의 하나 이상의 코일(3)은 하나 이상의 핑거(8)를 보유하거나 포함한다. 상기 핑거(8)는 하나 이상의 코일(3)과 일체로 장착된다. 상기 핑거(8)는 하나 이상의 필러 스핀들 스터드(81)를 포함하는 것이 바람직한데, 상기 하나 이상의 필러 스핀들 스터드는 피벗축(D)에 대해 실질적으로 평행한 방향으로 즉 상이한 코일(3)들이 연장되는 평면에 대해 실질적으로 수직으로 배열되는 것이 바람직하다.
필러 스핀들 스터드(81)와 실제 핑거(8)는 서로 구분지는데, 그 이유는 필러 스핀들 스터드(81)의 방향이 피벗축에 대해 평행하기 때문이다. 상기 필러 스핀들 스터드(81)는 캠 경로(cam path)와 유사한 경로와 협력하도록(cooperate) 크기가 정해진다.
또한, 본 발명은 시계 조절 부재(100)용 트립-방지 메커니즘(1)에 관한 것이다. 상기 메커니즘(1)은 하나 이상의 밸런스 스프링(2)을 포함한다.
밸런스 스프링의 핑거(8)는 상기 하나 이상의 코일(3)과 일체로 장착되고 하나 이상의 필러 스핀들 스터드(81)는, 밸런스 스프링(2)의 정상적인 연장 또는 수축 동안, 트립-방지 메커니즘(1)의 하나 이상의 플랜지(11) 내에 포함된 하나 이상의 운동 제한기 채널(10) 내에서 어떠한 접촉 없이도 이동가능하다. 하나 이상의 플랜지(11)는 다양한 코일(3)이 연장되는 평면에 대해 평행한 평면에서 연장되는 것이 바람직하다.
하나 이상의 채널(10)은, 특히 충격 또는 이와 비슷한 것으로 인해 강한 가속 동안, 콜릿(6)에 대한 피벗회전 각도가 정해진 공칭값보다 더 클 때, 피벗축(D)에 대한 핑거(8)의 운동을 제한하도록 구성된다.
핑거(8), 보다 구체적으로는, 핑거(8)의 필러 스핀들 스터드(81)의 운동 제한은 차등적으로 구현될 수 있다. 채널(10)은 도 2 내지 9에 도시된 것과 같이 내부 제한기 경로(limiter path)와 외부 제한기 경로 둘 모두를 포함하며, 각각의 채널(10)은 내측 표면(12)과 외측 표면(13)을 포함한다. 도면에 도시되지 않은 한 변형예에서, 오직 한 내부 경로만을 가질 수 있거나 오직 한 외부 경로만을 가질 수 있는데, 예를 들어, 밸런스 스프링의 핑거(8)가 2개의 플랜지(11) 사이에서 이동될 수 있으며, 각각의 플랜지는 채널(10)을 포함하며, 여기서 하나는 내부 경로를 가지고 다른 하나는 외부 경로를 가지며, 이 경우 핑거(8)는 밸런스 스프링(2)의 한 면 위에 2개의 필러 스핀들 스터드(81)를 갖는다. 또한, 상기 변형예는 가령, 예를 들어 충격을 받았을 때 밸런스 스프링이 우발적으로 비틀려지는 것이 방지된다.
도 1 내지 3은 밸런스 스프링(2)이 정지 위치에 있는 메커니즘(1)을 도시한다. 핑거(8)는 채널(10)의 벽들과 접촉하지 않는다.
바람직하게는, 상기 채널(10)은 중간 표면(14)의 양쪽 면 위에서 대칭으로 혹은 실질적으로 대칭으로 형성되며, 상기 중간 표면은 피벗축(D)에 대해 평행하게 연장되고, 상기 축에 대해 수직인 평면에서, 바람직하게는 나선형의 코일 형태의 프로파일을 가지는데, 코일(3)의 프로파일은 정지 위치에서 핑거(8)를 포함한다. 일반적으로, 표면(14)은 비슷한 프로파일, 가령, 예컨대, 원통형 또는 이와 비슷한 섹터(sector)를 포함할 수 있다. 도 1 내지 6에 예시된 특정의 비-제한적인 실시예에서, 채널(10)은 2개의 단부 표면(18 및 19)에 의해 "세로방향(longitudinal direction)"으로 지칭된 방향으로 경계가 결정되는데(delimted), 상기 2개의 단부 표면은 각각 밸런스 스프링(2)의 최대 연장 위치에 상응하고 밸런스 스프링의 최대 수축 위치에 상응한다. 상기 채널(10)은 내측 표면(12)과 외측 표면(13)에 의해 "반경방향(radial direction)"으로 지칭된 방향으로 경계가 결정된다. 일반적으로, 채널(10)의 윤곽(contour)은 연속적일 수 있으며 피벗축(D)에 대해 평행한 가변 오목도(variable concavity)를 가진 단일 표면으로 형성될 수 있다.
따라서, 핑거(8)의 운동은 채널(10)에 의해 모든 평면 방향에서 제한된다.
따라서, 핑거(8)는 정상 작동에서 채널(10)의 내측 에지(12)와 외측 에지(13)로부터 거리가 떨어져 있으며, 핑거(8)의 고유 궤적(trajectory)은 상기 에지(12 및 13)로부터 똑같은 거리에 떨어져 있는 중간 표면(14)의 기하학적 형상(geometry)과 동일하다.
도 4에서 볼 수 있듯이, 단부 표면(18 및 19)의 말단 지점들 사이에서, 피벗축(D) 위에 중심이 위치된 중앙에서의 각도(α)는 콜릿(6)에 고정된 해당 채널(10)에 상응하는 핑거(8)에 제공된 최대 각진폭(angular amplitude)에 상응하는 것이 바람직하다. 상기 각도는 스태프(31)가 콜릿(6)을 형성하는 자체-고정 와셔(26) 내로 밀려 들어가는(driven) 밸런스(30)의 진폭에 좌우된다. 이 경우, 콜릿은 스태프(31)의 외주(circumference)에 걸쳐 분포된 조임력(tightening force)을 가하는 몇몇 암을 가진 탄성의 별(star) 형태로 형성되는 것이 바람직하다. 핑거(8)를 포함하는 코일(3)이 피벗축(D)에 얼마나 근접하는 지에 따라, 단부 표면(18 및 19) 사이의 곡선 거리(curvilinear distance)가 변경되며, 이 거리는 해당 코일(3)이 축(D)으로부터 점점 더 멀어질수록 점점 더 커지게 된다. 예를 들어, 중심에 가까운 코일(3)의 채널(10)을 위한 각도(α)는 300°에 가까운데, 이 각도는 제 5 코일의 채널에 대해서는 더 커지고 일 회전(one revolution)을 초과할 수 있으며, 각각의 채널(10)의 코일 형태의 경로로 인해 모든 각도값들이 가능하다. 따라서, 각도(α)는 피벗축으로부터의 거리(상기 피벗축(D)으로부터 핑거(8)를 분리시키는 코일 갯수에 따른) 및 밸런스의 진폭에 좌우되며, 따라서 이에 상응하게 적용되어야 한다.
반경 방향에서, 내측 표면(12)과 외측 표면(13)은, 선택된 실시예에 따라, 일정하거나 변경될 수 있는 거리만큼 분리된다. 축(D)에 대해 수직으로 선택된 상기 거리의 최대값은 본 명세서에서 "L"로서 표시될 것이다.
도 6은 충격이 밸런스 스프링(2) 또는 메커니즘(1)에 가해질 때의 형상을 예시한다. 충격이 가해졌을 때, 핑거(8) 또는 여러 개의 핑거가 있는 경우 하나 이상의 핑거(8)는 플랜지(11) 내에 형성된 제한기 채널(10)의 내측 표면들 중 하나와 접촉하게 된다.
도 7에 예시된 비-제한적인 바람직한 한 실시예에서, 후킹 요소(7)는 플랜지(11)에 고정되거나 설계상 플랜지(11)와 일체형으로 구성된다. 그 외의 다른 실시예들에서, 특히 도 8에서, 후킹 요소(7)는 플랜지(11)에 대해 자유로우며, 플레이트(32)에 고정되고, 브릿지에 고정되거나 또는 그 외의 다른 요소에 고정된다.
도 1 내지 8에 예시된 변형예들에서, 밸런스 스프링(2)은, 한 면 위에서, 경계가 정해진 평면(P)으로부터 연장되고, 다른 면 위에서, 플랜지(11)는 적어도 밸런스 스프링(2)의 최대로 돌출된 표면에서 연장된다.
특정 실시예에서, 밸런스 스프링(2)은 콜릿(6) 또는 콜릿(6)을 형성하는 자체-고정 와셔(26)와 일체형으로 제조되며 도 2에 도시된 것과 같이 후킹 요소(7)와 일체형으로 제조된다.
바람직한 한 실시예에서, 밸런스 스프링(2)은 콜릿(6) 또는 상기 콜릿(6)을 형성하는 자체-고정 와셔(26)와 일체형으로 제조되며 도 7 내지 9에 도시된 것과 같이 후킹 요소(7)와 플랜지(11)와 일체형으로 제조된다.
제 1 두께 높이(E1)는, 축(D)에 대해 수직인 2개의 평행 평면(P1 및 P2) 사이에서, 밸런스 스프링(2), 콜릿(6) 및 후킹 요소(7) 뿐만 아니라 각각의 핑거(8)의 제 1 섹션(8W)을 포함한다.
제 2 두께 높이(E2)는, 축(D)에 대해 수직인 2개의 평행 평면(P2 및 P3) 사이에서, 도 8에 도시된 것과 같이, 적어도 각각의 핑거(8)의 제 2 섹션(8X)을 포함한다. 도 7의 바람직한 경우에서, 상기 제 2 두께 높이는 플랜지(11)와 후킹 요소(7) 사이에서 연결 섹션(7X)을 포함한다.
제 3 두께 높이(E3)는, 축(D)에 대해 수직인 2개의 평행 평면(P3 및 P4) 사이에서, 각각의 핑거(8)의 제 3 섹션(80), 및 플랜지(11) 또는 상기 플랜지의 적어도 한 부분을 포함한다. 플랜지(11)는 콜릿(6)에 고정된 이동가능 요소 및 특히 밸런스(30)의 스태프(31)가 통과하게 하기 위한 중앙 구멍(15)을 포함한다. 플랜지(11)는 각각의 핑거(8) 주위로 제한기 채널(10)을 포함한다. 자연히, 똑같은 제한기 채널(8)이 몇몇 핑거(8)를 수용하기에 적합할 수 있지만, 이 경우, 상기 핑거들에 대해 반경 방향으로 한계를 제공하며, 세로 방향으로는 오직 부분적인 한계를 제공하는 즉 전체적이 아니라 오직 한 면에서만 제한한다는 의미이다. 따라서, 바람직한 실시예에 따르면, 도 10에 도시된 것과 같이 제한기 채널(10)이 각각의 핑거(8)에 배열되는데, 상기 채널(10)들은 연속적으로 배열되지는 않는다. 또한, 이러한 형상은, 상이한 방식으로 다양한 핑거(8)의 운동을 제한함으로써, 제한기 채널(10)에 상이한 프로파일을 제공하여 도 8에 도시된 것과 같이 최내측 채널(10)의 중심에서의 각도(α)가 최외측 채널(10A)의 각도(αA)보다 더 크도록 각도를 제한하거나 혹은 상기 도면에 도시된 것과 같이 각각의 폭(L 및 LA)이 서로 다르도록 반경 방향으로 제한함으로써, 혹은 이러한 제한들을 조합함으로써 또는 단순히 각각의 제한기 표면(10)의 윤곽의 실제 형태에 의해, 메커니즘(1)의 트립-방지 작용에 대해 일부 점진성(progressiveness)을 제공한다.
바람직한 변형예에서, 밸런스 스프링(2)은 밸런스 스프링의 각변형(angular deformation) 동안 무게중심이 항상 중앙에 위치되도록 구성된다.
도 7 내지 9에 도시된 바람직한 변형예에서, 트립-방지 메커니즘(1)은 SOI 웨이퍼를 사용하여 전체적으로는 미세가공 재료로 제조되고, 바람직하게는 단일의 크리스털 또는 다결정 실리콘 및/또는 실리콘 옥사이드로 제조되는데, 밸런스 스프링(2)은 장치층(device layer)에서 에칭되며 핑거(8)의 제 3 섹션(80)과 플랜지(11)는 핸들층(handle layer)에서 에칭된다. 상기 실시예에는 도 1 및 도 3 내지 6 및 도 10에 예시된 변형예들을 실시하기에 적합한데, 특히 플랜지(11)와 밸런스 스프링(2) 사이에서 매우 작은 거리, 통상 약 1 마이크로미터의 거리를 얻기에 적합하다.
또한, 미세가공 재료를 이용하면 도 13 변형예를 실시할 수 있는데, 이 변형예에서는, 제한기 채널(10)의 주변 표면들이 단부 표면(18 및 19)에서 감쇠 수단 즉 탄성 러그(48 및 49)를 포함하고, 챔버(58, 59)와 채널(10) 사이에서는 이동되며, 외측 표면(13)과 내측 표면(12) 위의 얇은 탄성 벽(42 및 43)은 포켓(52, 53)들로부터 채널(10)을 분리시킨다.
도 9는 동축-장착된 제 2 밸런스 스프링(2A)을 포함하는 트립-방지 메커니즘(1)의 한 변형예를 예시하고 있는데, 상기 제 2 밸런스 스프링(2A)과 밸런스 스프링(2)은 2개의 외부층에서 에칭되고, 핑거(8)의 제 3 섹션(80)과 플랜지(11)는 내부층에서 에칭된다.
도 11에서 볼 수 있듯이, 본 발명은 또한 하나 이상의 트립-방지 메커니즘(1)을 포함하는 스프렁 밸런스 공진기(sprung balance resonator)가 있는 조절 부재(100)를 포함하는 시계 무브먼트(200)에 관한 것으로서, 하나 이상의 밸런스 스프링(2)은 플랜지(11)와 플레이트(32) 사이에서 피벗회전하는 밸런스(30)의 스태프(31) 위에 장착되는데, 이것은 메커니즘(1)의 바람직한 특징이다. 본 발명에 따르면, 밸런스 스프링(2)의 스트립(20)은 콜릿(6)을 형성하는 탄성의 자체-고정 와셔(26)에 의해 연장되어 밸런스(30)의 스태프(31) 위에 밸런스 스프링(2)을 위치시켜 아르키메데스 나선(Archimedes' spiral)의 원점의 방향(orientation)과 거리를 조절하는데, 상기 아르키메데스 나선을 따라 스트립(20)이 밸런스(30)의 피벗축(D)에 대해 연장된다.
플랜지(11)는 플레이트(32)에 고정된다. 바람직하게는, 플랜지 위치는 조절가능하며 특히 각도적으로 조절가능하여, 밸런스 스프링을 비트(beat) 내에 배열시키기에 용이하며 특히 정지 지점을 변경하기에 용이하다.
본 발명에 따른 트립-방지 메커니즘(1)을 일체형으로 제조하기 위하여 다양한 제작 방법들이 사용될 수 있다.
비-제한적인 예로서, 미세가공 재료로 제조된 실시예는 하기 방법들 중 한 방법에 의해 구현될 수 있다:
도 7의 메커니즘(1) 또는 도 8의 메커니즘(1)을 제조하기 위한 통상적인 방법은 2개의 실리콘 높이와 하나의 산화층(oxide layer) 특히 SiO2가 있는 SOI 웨이퍼를 작동시키는 단계로 구성된다. 웨이퍼는 사이에 낀(sandwiched) 3개의 층들로 형성된다. 평면(P2 및 P3) 사이의 중간 산화층(8X, 7X)의 두께는 약 2 μm이고, 평면(P3 및 P4) 사이의 바닥 외부 실리콘층의 두께는 통상 300 μm이며, 평면(P1 및 P2) 사이의 상부 실리콘층의 두께는 100 μm이다. 이 경우, 도 7에서, 요소(11)와 스프링(2)의 코일(3) 사이의 거리는 2 μm이며 산화물(oxide)에 의해 형성된다.
웨이퍼를 형성한 후에, 제 1 단계는 핑거(8)의 상측 부분(8W), 후킹 요소(7), 콜릿(6) 및 밸런스 스프링(2)이 상부 실리콘층에 유지되도록 구성요소들의 윤곽을 깨끗하게(clear) 하기 위해 상부 실리콘층을 에칭하는 단계 및 산화층의 경계면(boundary)에서는 상기 에칭가공을 중지하는 단계로 구성된다.
제 2 단계는 핑거(8)의 필러 스핀들 스터드(81)의 바디(80)와 플랜지(11)를 바닥 실리콘층에 유지되도록 구성요소들의 윤곽을 깨끗하게 하기 위해 바닥 실리콘층을 에칭하는 단계 및 산화층의 경계면에서는 상기 에칭가공을 중지하는 단계로 구성된다.
제 3 단계는 한편으로는 바디(80)와 상측 부분(8W) 사이의 핑거(8)에 연결 영역(8X)이 유지되고 다른 한편으로는 플랜지(11)와 후킹 요소(7) 사이에 연결 영역(7X)이 유지되도록 중간 실리콘 산화층을 에칭하는 단계로 구성된다.
도 7a의 메커니즘(1) 또는 도 9의 메커니즘(1)을 제조하는 또 다른 방법은 쌍으로 분리하는 2개의 산화물 높이와 3개의 실리콘 높이가 있는 SOI 웨이퍼를 작동시키는 방법으로 구성되는데, SOI 실리콘 웨이퍼 베이스에 추가층이 추가된다(실제로, 통상 2 μm의 산화층, 및 통상 100 μm의 실리콘층이 추가된다). 이 경우, 도 7a에서, 평면(P3)와 평면(P4) 사이의 요소(11)와 밸런스 스프링(2)의 코일(3) 사이의 층은 100 μm이고 실리콘층(8A, 7Y)에 의해 형성된다. 산화물은 더 이상 기능층(funcaitonal layer)이 아니다. 이는 밸런스 스프링(2)의 코일(3)이 요소(11)에 고착되지 않기 때문에 바람직하다. 상기 두 번째 방법을 이용하면, 도 9 변형예에서, 산화층(8X, 7X)에 의해 형성된 요소(11)와 밸런스 스프링(2)의 코일(3) 사이의 2 μm의 거리가 가능하고 산화층(7AX 및 8Y)에 의해 형성된 요소(11)와 밸런스 스프링(2A)의 코일들 사이의 2 μm의 거리가 가능해지도록 할 수 있다.
도 12에 도시된 것과 같이, 그리고, 도 7a의 예에서 첫 번째 방법이 구현될 수 있는 방법의 절차는 제 1 단계인:
a) 실리콘계 재료로 형성된 바닥층(430)과 상부층(420)을 포함하는 기판(410)을 제공하는 단계(400)를 포함한다.
이 방법은, 추가로, 하기 단계들을:
b) 실리콘계 재료로 제조된 밸런스 스프링(2)의 하나 이상의 핑거(8)를 형성하기 위해 상부층(420)에서 하나 이상의 공동(510)을 선택적으로 에칭하는 단계(500);
c) 기판(410)의 에칭된 상부층(420)에 실리콘계 재료의 추가층(440)을 고정시키는 단계(600);
d) 밸런스 스프링의 실리콘계 재료의 콜릿(6)의 패턴과 후킹 요소(7)의 패턴과 밸런스 스프링(2)의 패턴들을 형성하고 하나 이상의 핑거(8)의 패턴을 지속하기 위하여 추가층(440)에 하나 이상의 공동(710)을 선택적으로 에칭하는 단계(700);
e) 하나 이상의 핑거(8)의 운동을 제한하기 위하여 하나 이상의 채널(10)을 포함하는 플랜지(11)의 패턴을 형성하고 하나 이상의 핑거(8)의 패턴을 지속하기 위해 바닥층(430)에 하나 이상의 공동(810)을 선택적으로 에칭하는 단계(800);
f) 기판(410)으로부터 트립-방지 메커니즘(1)을 릴리스하는 단계(900)를 포함한다.
당업자는 자연스럽게 상기 방법에 대한 변형예를 제공할 수 있거나 이와 비슷한 방법들 특히 미세가공 재료로 제조된 밸런스 스프링 또는 시계 무브먼트 구성요소의 변형예에 대한 Nivarox-Far SA사에 의해 공개된 특허출원들의 원리를 실시할 수 있다. 고탄성계수를 위해 선택된 재료, 구체적으로, 50000 N/mm2보다 크며, 특히, 100000 N/mm2보다 큰 재료가 금속성 유리(metallic glass) 또는 적어도 부분적으로는 비결정 재료(amorphous material) 중에서 선택되는 것이 바람직하다.
최대 각 연신율(angular elongation)(α)을 위해 결정된 공칭값은 300°이 바람직하다.
핑거(8)는 도 1 내지 6에 예시된 것과 같이 축에 가깝게 위치된 코일들 중 한 코일에 위치되는 것이 바람직하다.
요약하면, 본 발명의 원리는 밸런스 스프링(2)의 진폭을 제한하기 위해 제한기 채널(10)과 함께 상기 핑거(8)를 사용하는 과정에 대한 것이다. 정상 작동에서, 핑거(8)는 채널(10)에 대해 문질러지지 않는데 상기 핑거의 고유 궤적(trajectory)이 채널(10)의 기하학적 형상(geometry)과 동일하기 때문이다. 채널(10)은 진폭이 과도할 경우 밸런스(30)의 운동을 제한할 수 있도록 크기가 정해진다. 과도한 진폭 동안에도 여전히 작동되는 피벗축(D)과 핑거(8) 사이에 위치된 코일(3)은 본 발명에 따른 트립-방지 메커니즘(1)의 강도(rigidity)를 결정한다. 각각 채널(10) 내에 배열되는 몇몇 핑거(8)를 포함하는 변형예로 인해, 작동 상태로 유지되는 스프링의 코일(3)의 개수를 차동적으로 변경시킴으로써 메커니즘(1)의 작동이 점진적이 된다.
운동의 총 두께를 해치지 않는 매우 작은 두께의 메커니즘을 사용하여, 본 발명은 요구 이점들을 제공하는데:
- 스프렁 밸런스 시스템의 운동과 관성은 정상 작동 동안 핑거(8)가 채널(10) 내에서 문질러지지 않는다는 사실 때문에 시스템의 정상 운동 동안 교란되지 않으며;
- 본 발명에 따른 메커니즘(1)에 의해 제한된 진폭 제한은 두 회전 방향으로 작동된다.

Claims (14)

  1. 복수의 코일(3) 내에 감겨 있는 스트립(20)이 있는 하나 이상의 밸런스 스프링(2)을 포함하는 시계 조절 부재(100)용 트립-방지 메커니즘(1)으로서, 제 1 단부(24)에서, 내부 코일(4)이 피벗축(D)에 대해 상기 밸런스 스프링(2)과 동축인 콜릿(6)에 고정되며, 맞은편에 있는 제 2 단부(25)에서, 외부 코일(5)이 후킹 요소(7)에 고정되는 시계 조절 부재(100)용 트립-방지 메커니즘(1)에 있어서,
    상기 밸런스 스프링(2)의 하나 이상의 코일(3)은 하나 이상의 핑거(8)를 포함하며, 상기 하나 이상의 핑거는 하나 이상의 코일(3)과 일체로 장착되고 하나 이상의 필러 스핀들 스터드(81)를 포함하며, 상기 하나 이상의 필러 스핀들 스터드(81)는 상기 밸런스 스프링(2)이 정상적으로 연장되고 수축되는 동안 상기 트립-방지 메커니즘(1)의 플랜지(11) 내에 포함된 운동 제한기 채널(10) 내에서 접촉되지 않은 상태로 이동가능하고, 상기 채널(10)은 상기 콜릿(6)에 가해진 피벗회전 각도가 정해진 공칭값보다 더 클 때 상기 피벗축(D)에 대해 핑거(8)의 운동을 제한하도록 형성되는 시계 조절 부재(100)용 트립-방지 메커니즘(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하나 이상의 필러 스핀들 스터드(81)는 코일(3)들이 연장되는 평면에 대해 수직인 피벗축(D)에 대하여 평행한 방향으로 배열되는 것을 특징으로 하는 시계 조절 부재(100)용 트립-방지 메커니즘(1).
  3. 제1항에 있어서,
    상기 후킹 요소(7)는 상기 플랜지(11)에 고정되는 것을 특징으로 하는 시계 조절 부재(100)용 트립-방지 메커니즘(1).
  4. 제1항에 있어서,
    상기 밸런스 스프링(2)은, 한 면 위에서, 경계가 정해진 평면(P)으로부터 연장되고, 다른 면 위에서는, 플랜지(11)는 적어도 밸런스 스프링(2)의 최대로 돌출된 표면에서 연장되는 것을 특징으로 하는 시계 조절 부재(100)용 트립-방지 메커니즘(1).
  5. 제1항에 있어서,
    상기 채널(10)은 코일 형태로 구성되는 것을 특징으로 하는 시계 조절 부재(100)용 트립-방지 메커니즘(1).
  6. 제1항에 있어서,
    핑거(8)는 정상 작동에서 상기 채널(10)의 에지(12; 13)로부터 거리가 떨어져 있으며, 상기 핑거(8)의 고유 궤적은 상기 채널(10)의 에지(12, 13)로부터 똑같은 거리에 떨어져 있는 중간 표면(14)의 기하학적 형상과 동일한 것을 특징으로 하는 시계 조절 부재(100)용 트립-방지 메커니즘(1).
  7. 제1항에 있어서,
    상기 밸런스 스프링(2)은 콜릿(6), 후킹 요소(7) 및 플랜지(11)와 일체형으로 제조되는 것을 특징으로 하는 시계 조절 부재(100)용 트립-방지 메커니즘(1).
  8. 제7항에 있어서,
    상기 트립-방지 메커니즘(1)은 SOI 웨이퍼를 사용하여 전체적으로 단일의 크리스털 또는 다결정 실리콘으로 제조되는데, 상기 밸런스 스프링(2)은 장치층(device layer)에서 에칭되며 상기 핑거(8)와 플랜지(11)는 핸들층(handle layer)에서 에칭되는 것을 특징으로 하는 시계 조절 부재(100)용 트립-방지 메커니즘(1).
  9. 제7항에 있어서,
    상기 트립-방지 메커니즘(1)은 SOI 웨이퍼를 사용하여 전체적으로 실리콘으로 제조되고 동축-장착된 제 2 밸런스 스프링(21)을 포함하며, 상기 제 2 밸런스 스프링(21)과 밸런스 스프링(2)은 2개의 외부층에서 에칭되고, 상기 핑거(8)와 플랜지(11)는 내부층에서 에칭되는 것을 특징으로 하는 시계 조절 부재(100)용 트립-방지 메커니즘(1).
  10. 제1항에 있어서,
    상기 밸런스 스프링(2)은 몇몇 핑거(8)를 포함하는데, 상기 핑거(8)들은 각각 하나의 반경방향 운동 제한 채널(10)과 협력하는(cooperate) 것을 특징으로 하는 시계 조절 부재(100)용 트립-방지 메커니즘(1).
  11. 제10항에 있어서,
    상기 채널(10)들은 연속적으로 배열되지 않는(non-consecutive) 것을 특징으로 하는 시계 조절 부재(100)용 트립-방지 메커니즘(1).
  12. 제1항에 따른 하나 이상의 트립-방지 메커니즘(1)을 포함하는 스프렁 밸런스 공진기(sprung balance resonator)가 있는 조절 부재(100)를 포함하는 시계 무브먼트(200)로서, 상기 하나 이상의 밸런스 스프링(2)은 플랜지(11)와 플레이트(32) 사이에서 피벗회전하는 밸런스(30)의 스태프(31) 위에 장착되는 시계 무브먼트(200)에 있어서,
    상기 밸런스 스프링(2)의 스트립(20)은 콜릿(6)을 형성하는 탄성의 자체-고정 와셔(26)에 의해 연장되어 밸런스(30)의 스태프(31) 위에 밸런스 스프링(2)을 위치시켜 아르키메데스 나선(Archimedes' spiral)의 원점의 방향(orientation)과 거리를 조절하며, 상기 아르키메데스 나선을 따라 스트립(20)이 밸런스(30)의 피벗축(D)에 대해 연장되는 것을 특징으로 하는 시계 무브먼트(200).
  13. 트립-방지 메커니즘(1)을 제작하는 방법으로서, 상기 제작 방법은 제 1 단계인: a) 실리콘계 재료로 형성된 바닥층(430)과 상부층(420)을 포함하는 기판(410)을 제공하는 단계(400)를 포함하는 트립-방지 메커니즘(1) 제작 방법에 있어서,
    상기 방법은, 추가로:
    b) 실리콘계 재료로 제조된 밸런스 스프링(2)의 하나 이상의 핑거(8)를 형성하기 위해 상부층(420)에서 하나 이상의 공동(510)을 선택적으로 에칭하는 단계(500);
    c) 기판(410)의 에칭된 상부층(420)에 실리콘계 재료의 추가층(440)을 고정시키는 단계(600);
    d) 밸런스 스프링의 실리콘계 재료의 콜릿(6)의 패턴과 후킹 요소(7)의 패턴과 밸런스 스프링(2)의 패턴들을 형성하고 하나 이상의 핑거(8)의 패턴을 지속하기 위하여 추가층(440)에 하나 이상의 공동(710)을 선택적으로 에칭하는 단계(700);
    e) 하나 이상의 핑거(8)의 운동을 제한하기 위하여 하나 이상의 채널(10)을 포함하는 플랜지(11)의 패턴을 형성하고 하나 이상의 핑거(8)의 패턴을 지속하기 위해 바닥층(430)에 하나 이상의 공동(810)을 선택적으로 에칭하는 단계(800);
    f) 기판(410)으로부터 트립-방지 메커니즘(1)을 릴리스하는 단계(900)를 포함하는 트립-방지 메커니즘(1) 제작 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 트립-방지 메커니즘(1)은 SOI 웨이퍼를 사용하여 전체적으로 실리콘으로 제조되고, 밸런스 스프링(2), 및 상기 밸런스 스프링(2)의 경계면(boundary)들을 형성하는 2개의 평행 평면(P1; P2) 사이에 위치되며 상기 밸런스 스프링(2)에 고정된 하나 이상의 핑거(8)의 한 부분은 장치층에 에칭되고, 플랜지(11), 및 상기 두 평면(P1, P2) 사이에 포함된 공간 외측에 위치되며 상기 밸런스 스프링(2)으로부터 거리가 떨어져 있는 하나 이상의 핑거(8)의 또 다른 부분은 핸들층에서 에칭되는 것을 특징으로 하는 트립-방지 메커니즘(1) 제작 방법.
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