KR20080043236A - Ｍｅｍｓ 마이크로모터를 포함하는 구동 모듈, 상기 구동모듈의 제조 방법 및 상기 모듈과 끼워 맞춤된 시계 - Google Patents

Ｍｅｍｓ 마이크로모터를 포함하는 구동 모듈, 상기 구동모듈의 제조 방법 및 상기 모듈과 끼워 맞춤된 시계

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KR20080043236A
KR20080043236A KR1020070114709A KR20070114709A KR20080043236A KR 20080043236 A KR20080043236 A KR 20080043236A KR 1020070114709 A KR1020070114709 A KR 1020070114709A KR 20070114709 A KR20070114709 A KR 20070114709A KR 20080043236 A KR20080043236 A KR 20080043236A
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이브 뻬트르망
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에타 쏘시에떼 아노님 마누팍투레 홀로게레 스위세
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Abstract

본 발명은 구동 모듈에 관한 것으로, 상기 구동 모듈은 MEMS 타입의 마이크로모터가 식각되는 상부 층 및 기판을 형성하는 하부 층을 포함하는, 결정질 또는 비결정질 재료로 제조된 기판을 가진 기계 휠과 맞물림되며, 마이크로모터는 모터를 회전 가능하게 구동시키는 하나 이상의 액추에이터를 가지고, 로터에 대해 동축을 형성하도록 배열된 피니언은 로터에 회전 가능하게 연결되고 로터 위에 배열되며, 상기 피니언은 플레이트의 외측 주변 변부에 인접하게 위치된 맞물림 영역 내에서 시계 휠과 맞물림되기 위해 제공되고, 로터는 맞물림 영역에 대응하는 플레이트의 외측 주변 변부와 로터의 외측 주변 변부 사이의 거리를 최소화시키기 위하여 플레이트 상에 배열되며, 피니언의 직경은 로터의 직경보다 커서 플레이트에 대해 맞물림 영역으로 돌출된다.
또한 본 발명은 이러한 모듈을 포함하는 시계 및 모듈을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

ＭＥＭＳ 마이크로모터를 포함하는 구동 모듈, 상기 구동 모듈의 제조 방법 및 상기 모듈과 끼워 맞춤된 시계{DRIVE MODULE COMPRISING AN MEMS MICROMOTOR, PROCESS FOR THE PRODUCTION OF THIS MODULE AND TIMEPIECE FITTED WITH THIS MODULE}
본 발명은 시계 무브먼트용 구동 모듈과 상기 구동 모듈과 끼워 맞춤된 손목시계와 같은 시계에 관한 것이다.
특히 본 발명은, MEMS 타입의 마이크로모터가 식각되는 상부 층과 기판을 형성하는 하부 층을 포함하는 비결정질 재료 또는 결정질 재료로 제조된 플레이트를 가진 시계 휠과 맞물림되는, 구동 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 실리콘 칩은 웨이퍼 당 부품의 개수를 최대화시키는 형태인 직사각형으로 형성된다. 이는 전자 시스템용 기능적 블록의 장치에 적합하며, 이는 상기 기능적 블록들이 직사각형이기 때문이다. "콤 드라이브(comb drive) 또는 빗살형 인터디지털 정전 액추에이터를 이용하고 실리콘 플레이트 내에 제공된 MEMS 타입의 마이크로모터의 경우, 일반적으로 액추에이터는 직사각형의 형태를 가지지만, 높은 힘을 발생시켜야 하며, 넓은 영역을 점유하여 직사각형 칩에 대해 최상의 상태로 분포되는 몇몇의 블록으로 분할될 수 없다. 마이크로모터의 로터가 원형이기 때문에 웨이퍼 상에서 그리고 마이크로모터를 지지하는 실리콘 플레이트 상에서 점유된 표면을 최적화시키기가 보다 어려우며, 이에 따라 실리콘의 보다 넓은 영역이 사용되지 못한다. 이러한 최적화는 액추에이터 또는 액추에이터들의 배열을 최적화시킴으로써 마이크로모터의 효율을 최적화시키기에 보다 복잡할 수 있다.
본 발명은 상기 모든 매개변수들을 최적화시킬 수 있는 구동 모듈을 제공함으로써, 특히 모듈의 제조를 위해 필요한 실리콘의 영역을 최적화시키는 동시에 마이크로모터의 효율을 증가시킴으로써 상기 언급된 문제점을 해결하는 데 있다.
이러한 목적에 있어서, 본 발명은 상기 언급된 타입의 구동 모듈을 제안하며, 로터에 대해 동축을 형성하도록 배열된 피니언은 로터에 회전 가능하게 연결되고 로터 위에 배열되며, 상기 피니언은 플레이트의 외측 주변 변부에 인접하게 위치된 맞물림 영역 내에서 시계 휠과 맞물림되기 위해 제공되고, 로터는 맞물림 영역에 대응하는 플레이트의 외측 주변 변부와 로터의 외측 주변 변부 사이의 거리를 최소화시키기 위하여 플레이트 상에 배열되며, 피니언의 직경은 로터의 직경보다 커서 플레이트에 대해 맞물림 영역으로 돌출된다.
본 발명의 특징에 따라서, 액추에이터는 플레이트의 평면에 대해 평행하게 이동 가능한 스타일러스를 가지며, 상기 스타일러스는 연속적으로 로터를 회전가능하게 구동시키기 위하여 로터의 외측 주변 변부에 배열된 톱니 기어와 협력하도록 제공되는 폴과 스타일러스의 자유 단부에서 끼워 맞춤되고, 로터와 폴의 인터로킹 영역(interlocking zone)의 각 위치는 맞물림 영역(engagement zone)에 대한 각도에서 다소 이동되고,
스타일러스는 액추에이터를 2개의 완전히 대칭된 부분으로 분리시키는 방향으로 연장되며,
2개의 액추에이터는 이동식 스타일러스를 각각 가지도록 제공되며, 스타일러스의 자유 단부는 폴이 제공되고, 밀기 위한(pushing) 상기 한 폴과 끌어당기기 위한(pulling) 그 외의 다른 폴은 맞물림 영역의 한 측부에서 로터의 기어와 협력하고,
액추에이터들 사이의 각도는 80° 내지 140°로 형성되며, 이러한 각도의 이등분선은 로터의 회전축을 통해 맞물림 영역을 통과하여 플레이트는 플레이트의 외측 윤곽에 의해 형성된 "V"형태를 가지며,
플레이트는 2개의 횡방향 부분과 로터를 지지하는 중앙 부분을 가지며, 플레이트의 윤곽은 중앙 부분을 형성하는 횡방향 직사각형과 2개의 횡방향 부분을 형성하며 서로 수직한 2개의 직사각형의 교선(intersection)과 전체적으로 대응하고, 상기 횡방향 직사각형은 그 외의 다른 2개의 직사각형에 대해 45°의 각도로 형성되며, 각각의 횡방향 부분의 표면의 주요 부분은 액추에이터에 의해 점유되는 반면 중앙 부분의 표면의 주요 부분은 로터에 의해 점유되고, 맞물림 영역은 중앙 부분의 주변 변부들 중 한 주변 변부에 인접하게 배열되며,
플레이트는 엑추에이터를 전자 모듈로 연결시키기 위한 터미널을 가지며, 상기 터미널은 로터의 축에 대해 맞물림 영역에 대하여 마주보는 측부에서 중앙 부분에 배열되고,
구동 모듈은 하부 플레이트로 고정된 커버 및 무브먼트 플레이트와 같이 시계 요소에 고정되도록 제공된 하부 플레이트를 가진 케이스 내에 배열되며,
커버는 이의 외측 주변 변부들 중 한 변부에 개방된 압입부를 가지며, 피니언은 상기 압입부 내에 수용된다.
또한 본 발명은 구동 모듈을 제조하기 위한 방법을 제안하며, 상기 방법은 실리콘 웨이퍼와 같은 비결정질 재료 또는 결정질 재료의 시트 내에서 몇몇 플레이트를 식각하는 단계를 포함하고, 플레이트는 셰브론 방식으로 몇몇 컬럼 내에 삽입되며, 2개의 인접한 컬럼의 플레이트들은 상반된 방향으로 방향설정된다.
본 발명은 상기 특징에 따르는 구동 모듈에 의해 회전 가능하게 구동되는 무브먼트를 가진 시계를 추가적으로 제안한다.
이에 따라 모듈의 제조를 위해 필요한 실리콘의 영역을 최적화시키는 동시에 마이크로모터의 효율을 증가시킴으로써 상기 언급된 문제점을 해결된다.
본 발명의 그 외의 다른 특징들과 장점들은 비-제한적인 실시예에 의해 주어진 첨부된 도면에 따라서 구성된 하기 상세한 설명을 읽음으로써 보다 명확히 이해될 것이다.
도 1은 본 발명에 따라 구성된 시계를 도식적으로 도시하는 단면도.
도 2는 MEMS 타입의 마이크로미터를 가진 구동 모듈과 끼워 맞춤된 도 1의 시계의 무브먼트를 부분적으로 도시하는 투시도.
도 3은 도 2의 구동 모듈을 도식적으로 도시하는 평면도.
도 4는 구동 모듈을 둘러싸는 케이스 및 도 2의 구동 모듈을 도시하는 전개된 투시도.
도 5는 샤프트 주위에서 마이크로모터의 로터와 피니언의 회전 가능한 장착을 도시하고, 구동 모듈의 일부분을 도식적으로 도시하는 선 5-5를 따라 절단한 확대된 축방향 단면도.
도 6은 핀을 따라 로터에 의한 피니언의 작동을 도시하는 선 X'X를 따라 절단한 축방향 단면도.
도 7은 핀을 따라 로터에 의한 피니언의 작동을 도시하는 도면.
도 8은 로터에 대해 샤프트의 조립체의 변형물을 도시하는 선 X'X를 따라 절단한 축방향 단면도.
도 9는 도 8의 조립체의 배열에 따르는 샤프트를 센트링하고 클램핑 고정하기 위하여 플레이트 내에 배열된 탄성 고정 구조물을 도식적으로 도시하는 도면.
도 10은 웨이퍼 상에 몇몇의 마이크로모터의 조립체를 도시하고 실리콘 웨이퍼를 도식적으로 도시하는 도면.
도 1은 본 발명에 따르는 구동 모듈(13)이 장착된 시계의 손목시계의 형태인 시계(10)를 도식적으로 도시하며, 여기서 구동 모듈(13)은 케이스(12)의 내부에 배열된다.
시계(10)는 유리(16)로 밀폐된 시계 케이스(14), 다이얼(18) 및 상기 케이스 내의 바늘(hand, 20)의 형태인 아날로그 디스플레이 수단을 포함한다. 바늘(20)은 예를 들어 계수기 요소(scaler element)를 포함하는 무브먼트(movement, 22)에 의해 본 발명에 따르는 구동 모듈(13)에 따라 회전 가능하게 구동되도록 제공된다. 구동 모듈(13)은 배터리(24)로부터 전원이 공급된다. 이때 케이스(12), 구동 모듈(13), 무브먼트(22) 및 배터리(24)는 플레이트(26) 상에 장착되고, 서로 시계(10)의 무브먼트 메커니즘을 형성하며, 상기 무브먼트 메커니즘(27)은 시계 케이스(14)의 내부에 고정된다. 상기 무브먼트 메커니즘(27)은 그 외의 다른 요소들(도시되지 않음), 특히 집적회로, 수정 결정판(quartz crystal)을 가진 타임 베이스(time base), 인쇄회로기판, 등등을 가진 전자 모듈을 포함한다.
도 2는 시계(10)의 무브먼트 메커니즘(27)의 섹션, 특히 케이스(12)와 무브먼트(22)가 장착되는 플레이트(26)를 도시한다.
구동 모듈(13)은 시계의 휠, 즉 무브먼트(22)의 입력 휠(input wheel, 28)과 맞물린다.
본 발명에 따르는 구동 모듈(13)의 다양한 요소들이 도 3 내지 7에 상세히 도시된다.
구동 모듈(13)은 결정 또는 비결정 재료, 즉 실리콘으로 제조된 플레이트(30)를 가지며, 상기 플레이트는 기판(32)을 형성하는 하부 층과 상부 층(34)을 가지며, MEMS(마이크로 전자기계적 시스템) 타입의 마이크로모터(36)가 상기 상부 층으로 식각된다(etch). 이 경우 마이크로모터(36)는 상부 측(34)으로 식각된 로터(rotor, 42)를 회전가능하게 구동시키는 2개의 액추에이터(actuator, 38, 40)에 의해 형성된다.
각각의 액추에이터(38, 40)는 플레이트(30)의 평면에 대해 평행인 방향(A1, A2)으로 이동 가능한 스타일러스(stylus, 44, 46)를 가진다. 각각의 스타일러스(44, 46)는 이의 자유 단부 상에서 폴(pawl, 48, 50)과 끼워 맞춤되고, 상기 폴은 로터를 순차적으로 회전 가능하게 구동시키기 위하여 로터(42)의 외측 주변 변부상에 배열된 톱니 기어(52)와 협력하도록 제공된다.
바람직하게 각각의 스타일러스(44, 46)는 액추에이터(38, 40)들을 2가지의 완벽히 대칭인 부분으로 분리시키는 방향(A1, A2)으로 연장된다. 바람직하게 제 1 액추에이터(38)는 푸시 폴(push pawl, 48)을 포함하고, 바람직하게 제 2 액추에이터(40)는 풀 폴(pull pawl, 50)을 포함한다.
이 경우, 각각의 액추에이터(38, 40)는 빗살형 인터디지털 정전 액추에이터(comb-type interdigital electrostatic actuator)이며, 실리콘 플레이트(30) 내에서 식각(etching)에 의해 형성된다. 여기서, 플레이트(30)는 절연체(SOI) 타입의 플레이트 상의 실리콘이며, 두꺼운 하부 실리콘 기판 층(32), 실리콘 산화물 증간 층(54) 및 기판(32)보다 얇은 두께를 가지는 실리콘 상부 층(34)을 가진다.
각각의 액추에이터(38, 40)의 고정된 부분은 전기적 모듈로 전기적 연결을 하기 위한 서플라이 터미널(supply terminal, 56, 58)을 가지며, 각각의 액추에이터(38, 40)의 이동식 부분은 이동식 부분으로 정해진 포텐셜, 이 경우 0 볼트를 제공하는 접촉 터미널(contact terminal, 57, 59)을 가진다.
실리콘 플레이트로 형태가 형성된 정전 액추에이터를 가진 마이크로모터는 예를 들어 참조 문헌으로 일체 구성된 특허 제 WO 2004/081695호에 공개되고 기술된다. 상기 문헌에서, 모터는 식각에 의해 실리콘 층 내에 형성된다. 상기 모터는 휠의 톱니를 회전시키기 위하여 톱니와 협력하는 구동 핀 및 톱니형 구동 휠을 가진다. 각각의 구동 핀은 고정된 콤(comb)으로 가해진 전압에 의존하여 고정된 콤에 대해 이동되는 이동식 콤으로 이동가능하게 고정된다.
SOI 플레이트를 이용하는 실시예는 상기 언급된 문헌에서 도 7A 내지 도 7D에 따라 기술된다.
선호되는 실시예에 따라서, 각각의 액추에이터(38, 40)는 수동적 폴(passive pawl, 49, 51)에 연결되고, 이의 고정 영역은 맞물림 영역(70)과 폴의 고정 영역 사이에 위치된다. 상기 수동적 폴(49, 51)은 특히 그 외의 다른 폴(48, 50)이 이동될 때 구동 상태 동안 정확한 각도 상의 위치 설정을 보장하기 위하여 로터(42)와 탄성 연결 방식으로 고정된다.
도 3 내지 7에 도시된 실시예에 따라서, 로터(42)는 4 내지 10 미크론의 베어링 간극을 가지며, 폴(48, 50)과 동시에 형성된 중앙 일체형 또는 안내식 슬라이드 베어링(60)에 의해 안내되며, 대략적인 하부 경계는 80 미크론의 두꺼운 실리콘 층에 대항한다. 폴(48, 50)은 폴들이 상기 간극보다 상당히 큰, 즉 일반적으로 20 내지 100 미크론의 접선 코스 상에서 작동된다면 원활히 작동될 것이다. 이는 스타일러스(44, 46)가 편향 스프링(도시되지 않음)에 의해 안내되는 가능한 코스 범위에 해당한다.
로터(42)의 토크는 크랭크와 유사한 시스템에 의해 피니언(pinion, 62)으로 전달된다. 로터(42)의 바로 위에 위치된 상기 피니언(62)은 로터와 동축을 형성하고, 중앙 샤프트(64)에 의해 안내된다. 상기 피니언(62)은 로터(42)의 슬롯(68) 내에 끼워 맞춤된 핀(pin, 66)이 제공된다. 작동 간극(operating clearance, j_goup, j_rot, j_pi)은 도 7의 도면에 도시된 바와 같이 피니언(62)과 로터(42)의 다양한 요소들 사이에 제공된다. 따라서 로터(42)와 피니언(62)은 비스듬히 결합되지만 횡방향으로는 독립적이며, xy 평면에서의 간극은 로터(42)를 위한 베어링(60)과 피니언(62)을 위한 샤프트(64)에 의해 점유된다. 따라서 하중으로 인한 횡방향 반작용력(reaction force)은 로터(42)에서 베어링(60)에 의해 흡수되지 않고 샤프트(64)에 의해 피니언(62)의 안내로 흡수된다. 이에 따라 마이크로모터(36)의 미세가공된 요소들은 예를 들어 충돌 시에 시계 요소들에 의해 가해진 상대적으로 큰 힘들로부터 보호된다.
피니언(62)은 플레이트(30)의 외측 주변 변부(72)에 인접하게 배치된 맞물림 영역(70) 내에서 무브먼트(22)의 입력 휠(28)과 맞물리도록 제공된다.
선호되는 특징에 따라서, 로터(42)는 맞물림 영역(70)에 대응하는 외측 주변 변부(72)와 로터(42)의 기어(52) 사이의 거리(D)를 최소화시키기 위하여 플레이트(30) 상에 제공된다. 게다가, 피니언(62)의 외측 직경은 로터(42)의 직경보다 다소 커서 상기 맞물림 영역(70) 내에서 플레이트(30)에 대해 돌출된다.
도 7의 도면을 단순화시키기 위하여, 오직 4개의 슬롯(68)만을 가진 로터(42)와 오직 4개의 핀(66)만을 가진 피니언(62)이 도시된다. 특히 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같은 선호되는 실시예에 따라서, 8개의 슬롯(68)과 8개의 핀(66)이 제공된다.
선호되는 실시예에 따라서, 로터(42)와 각각의 폴(48, 50)의 인터로킹 영역의 각 위치(angular position)는 맞물림 영역(70)에 대해 각을 형성하도록 이동된다(shift). 각각의 폴(48, 50)의 고정 영역은 축(x'x)에 대해 각도(β)를 형성한다. 주어진 상태에서 α는 맞물림 시 슬롯(68)의 변부에 대해 접하는 핀(66)을 통과하는 반경과 상기 축(x'x) 사이의 각도를 나타낸다(도 7 참조).
그 뒤, 피니언(62), 로터(42)의 주어진 반경 및 핀(66)의 서클(circle)에 대한 모든 매개변수{α, β, j_jot, j_pi, j_group}을 적절하게 선택함으로써 기계적 파워를 로터(42)로부터 피니언(62)로 전달하는 효율성이 개선될 것이다. 따라서 β=45°인 본 발명의 특정 경우를 위해, 간극들이 적절히 조정된다면, 4개의 핀을 가진 시스템에 대한 효율성은 85%에 근접하게 될 것이며, 이로 인해 로터(42)와 피니언(62)이 서로 부착된 경우에 비해 효율성이 개선된다. 사실, 후자의 경우에서, 모든 하중(load)은 틸팅 토크(tilting torque)로 인해 기판(32)과 로터(42)의 원주 사이에서는 수직하게 그리고 베어링(60)에서는 횡방향인 실리콘-실리콘 마찰력의 형태로 존재한다. 상기 실리콘-실리콘 마찰력은 정적건계수(static dry coefficient)가 0.4에 접근할 때는 다소 바람직하지 못하다.
상기 전달 방법에 따라 하중에 따라서 토크와 속도를 적절하게 형성하기 위하여 피니언(62)의 직경이 가변될 수 있다. 더구나 피니언(62)이 충분히 크고 플레이트(30)의 주변 변부(72)를 초과하여 돌출된다면, 시트(sheet)에 의한 맞물림은 단순화될 것이며, 구동 모듈(13)은 모듈 방식, 즉 구동된 휠(28)을 분리/재부착시키지 않고 시계(10)의 플레이트(26) 상에 조립될 수 있다.
다양한 변형물(variant)에 따라서,
-로터(42)는 베어링(60)과 폴들에 결합(pairing)을 보장하기 위하여 액추에이터(38, 40)와 같이 동일한 기판(320 상에서 및 제자리에 미세가공되며,
-그 외의 다른 변형물은 동일한 웨이퍼 또는 그 외의 다른 웨이퍼 상에 개별적으로 로터(42)를 제조하는 단계를 포함하고, 그 뒤, 상기 로터(42)는 플레이트(30) 또는 고정자(stator) 상에 조립된다. 이에 따라 로터가 베어링(60)에 의해 안내되는 경우 반경방향 간극이 감소될 수 있으며,
-변형물의 그룹은 DRIE 기계가공(레이저 절삭(laser cutting), EDM, LIGA, 미세주입법(microinjection) 등) 이외의 방법으로 미세가공되는 피니언(62) 및/또는 로터(42)로 구성되며, 그 뒤, 상기 고정자에 대해 플레이트(30) 상에 조립되며,
-변형물의 그 외의 다른 그룹은 피니언(62) 및/또는 로터(42) 내에서 제 2 포토리소그라피 레벨(second photolithographic level)에 의해 형성된 핀(66)으로 구성된다.
본 발명에 따른 구동 모듈(13)은 상기 모듈(13)의 잔여부(rest)를 개조시키지 않고 다양한 직경을 가진 피니언(62)을 사용하도록 허용함으로써 로드에 대해 적합성(adaptation)을 위해 증가된 모듈성(modularity)이 허용된다. 따라서 구동 모듈(13) 내로 일체구성되고 마이크로모터(36)로 회전가능하게 연결된 피니언(62)이 존재하기 때문에 시계 무브먼트(22)로 연결하기 위한 기계적 인터페이스가 이미 존재함에 따라 조립체에 대한 증가된 모듈성이 구현된다.
피니언(62)은 황동(brass)과 같은 금속으로 제조될 수 있으며, 이에 따른 핀(66)도 또한 금속으로 제조될 수 있다. 또한 피니언(62)은 몰딩에 의해 핀(66)과 단일 부분으로 플라스틱 재료로 제조될 수 있다. 플라스틱 재료 상에 몰딩된 금속 핀(66)을 포함한 플라스틱 재료로 제조된 피니언(62)도 또한 가능하다.
특히 도 4 및 도 5에 도시된 실시예에 따라서, 피니언(62)의 회전축은, 기판(32) 내에 형성된 제 1 홀(first hole, 74)을 통해 플레이트(30) 내로 삽입되며 케이스(12)의 플레이트(106) 내에 형성된 제 2 홀(76) 내로 구동되는, 컷 아웃 금속으로 제조된 스텝가공된 샤프트(stepped shaft, 64)에 의해 형성된다. 이러한 실시예에서, 샤프트(64)로 가해진 반경방향 힘은 플레이트(106)에 의해 흡수된다.
샤프트(64)는 하측 단부 부분(78)을 가지며, 상기 하측 단부 부분과 하측 중간 부분(80)은 플레이트의 하측 면에 대해 축방향으로 인접하고 상부를 향하여 방향 설정된 제 1 숄더 표면(82)과 경계가 형성된다. 하측 중간 부분(80)은 제 1 홀(74)의 직경과 실질적으로 동일한 직경을 가지며 상기 홀(74)로 연장된다. 상기 샤프트는 하측 중간 부분(80)보다 약간 작은 직경을 가지는 상측 중간 부분(84)을 가지며, 회전가능하게 안내하기 위하여 피니언(62)의 보어(86) 내로 연장된다. 상측 단부 부분(88)과 함께 상측 중간 부분(84)은 제 2 숄더 표면(90)과 경계를 형성하고, 상측 단부 부분(88) 상에서 상기 제 2 숄더 표면에 대해 구동되는 고정 링(92)은 축방향으로 인접하게 수용된다.
제 1 홀(74)이 베어링(60)에 대해 샤프트(64)의 센트링(centring)을 결정하는 방식으로 로터(42)의 회전 가능한 안내가 포토리소그래픽 에칭 공정에 의해 형성되는 베어링(60)에 의해 제공되기 때문에, 샤프트(64), 피니언(62), 베어링(60) 및 로터(42)의 매우 우수한 센트링이 구현된다.
추가적으로, 베어링(60)을 대향한 피니언(62)의 하측 면은 벌지(bulge, 94)를 포함하며, 상기 벌지(94)는, 특히 틸팅 시 피니언(62)이 로터(42)에 대해 축방향으로 인접하는 것을 방지하며, 로터(42)의 고장을 방지한다.
도 8 및 도 9는 그 외의 다른 선호되는 실시예를 도시하며, 여기서 샤프트(64)는 제 1 홀(74)의 주위에서 기판(32)에 배열된 탄성 고정 구조물(96)에 의해 구동되는 방식으로 플레이트(30)에 장착된다. 상기 실시예에서, 샤프트(64)로 가해진 반경방향 힘들은 기판(32)과 탄성 고정 구조물(96)에 의해 흡수된다.
여기서 탄성 고정 구조물(96)은 플레이트(30)의 후방 면에 석판인쇄된 가요성 러그( 98)에 의해 형성된다. 폴(48, 50)과 로터(42)를 포함하는 상부층(34)에 대한 전방 면의 석판인쇄가 후방 면의 석판인쇄에 대해 매우 정확하게 정렬되고 중심이 형성되기 때문에(1 마이크론 미만의 오차) 반경방향 간극이 1 마이크론으로 감소될 수 있음에 따라 플레이트(30)를 포함하는 단일 부분으로 제조된 축보다 더 정확하게 안내되고 중심이 형성된다.
상기 정확한 정렬과 센트링으로 인해, 로터(42)가 샤프트(64)에 의해 회전 가능하게 직접 안내될 수 있도록 베어링(60)이 생략될 수 있다. 따라서 상기 샤프트(64)는 로터(42)와 피니언(62)을 회전 가능하게 안내할 수 있다. 샤프트(64)가 매우 제한된 제조 오차를 획득할 수 있는 절단 공정에 의해 제조되기 때문에 매우 정확한 조립이 구현되며, 특히 액추에이터(38, 40)의 신뢰성 있는 작동이 보장된다. 그 뒤 로터(42)는 샤프트(64)의 외측 축방향 벽에 의해 안내된다.
샤프트(64)는 추가적인 고정 방법, 즉 도 8에 도시된 용접부(weld, 99)에 의해 기판(32)으로 용접하거나 또는 부착시킴으로써 플레이트(30) 내에 고정될 수 있다.
샤프트(64)에 대한 마찰의 문제점들은 부품들 사이의 마찰이 제거되도록 샤프트(64)의 외부 축방향 벽(external axial wall)으로 고체 박층(solid thin layer)을 침전(deposition)시킴으로써 해결될 수 있다.
탄성 고정 구조물(96)은 특히 공보 CH 695 395호에 기술되고 도시된 실례들로부터 또는 플레이트(30) 상에 샤프트(64)를 정확히 센트링하고 클램핑 고정할 수 있는 그 외의 다른 구조물 즉 자유 단부를 가진 가요성 탭의 형태인 구조물로부터 선택될 수 있다.
바람직하게 특히 도 3을 고려할 때, 액추에이터(38, 40)는 서로 대략 90°의 각도를 형성하는 것으로 도시되고, 구동 모듈(13)이 플레이트(30)의 외측 윤곽에 의해 형성된 일반적인 “V"자 형태를 가지도록 상기 각도의 이등분선(bisector)은 로터(42)의 회전축(z'z)과 맞물림 영역(70)을 관통하며, 상기 윤곽은 최적화된다.
플레이트(30)는 로터(42)와 2개의 횡방향 부분(102, 104)을 수용하는 중앙 부분(100)을 포함한다. 상기 플레이트(30)의 외측 윤곽은 2개의 직사각형의 전체적인 교선(intersection)에 대응하며, 상기 2개의 직사각형은 서로 직교하며 2개의 횡방향 부분(102, 104)을 형성하고, 가로방향 직사각형(transverse rectangle)은 중앙 부분(100)을 형성하고, 가로방향 직사각형은 2개의 그 외의 다른 직사각형 각각에 대해 45°의 각도로 도시된다. 각각의 횡방향 부분(102, 104)의 표면의 주요 부분은 액추에이터(38, 40)에 의해 점유되는 반면 중앙 부분(100)의 표면의 주요 부분은 로터(42)에 의해 점유된다. 맞물림 영역(70)은 상기 중앙 부분(100)의 주변 변부(72)들 중 한 변부에 인접하게 제공된다.
바람직하게 터미널(56, 57, 58, 59)은 로터(42)의 축(z'z)에 대해 맞물림 영역(70)과 마주보는 측부 상에서 중앙 부분(100)에 배열된다.
구동 모듈(13)의 “V"자 형태로 인해, 사용된 플레이트(30)의 표면에 대한 마이크로모터(36)의 효율이 최적화할 수 있으며 마이크로모터(36)와 구동 모듈(13)을 제조하기 위하여 사용된 결정질 재료 또는 비결정질 재료의 표면이 최적화될 수 있다. 따라서, 도 10에 도식적으로 도시된 바와 같이, 플레이트(30)가 실리콘 웨이퍼(101)로 제조될 때, "V"자 형태로 인해 주어진 실리콘 표면으로부터 얻어진 마이크로모터(36)의 개수를 최대화시키기 웨이퍼의 표면상에 플레이트(30)의 삽입된 배치(interleaved arrangement)의 복제(replication)가 가능하다. 특히, 도 10에 도시된 실례에 따라서, 플레이트(30)는 셰브론 방식으로(in the manner of chevron) 평행한 칼럼(column)에서 웨이퍼 상에 배열될 수 있으며, 서로 인접하게 배치된 2개의 칼럼(Cn, Cn +1)은 상반된 방향으로 배향된다. 게다가 2개의 인접하게 배치된 칼럼(Cn, Cn +1)의 2개의 인접한 플레이트(30)의 횡방향 부분(102)은 인접하고 정렬된다.
바람직하게, 2개의 액추에이터(38. 40)에 의한 각도는 90°내지 140°사이의 범위로 형성된다. 상기 각도가 크면 클수록 웨이퍼(100) 상의 플레이트(30)의 삽입(interleaving)은 더욱 최적화되지만, 큰 각도는 액추에이터(38, 40)의 기계적 효율을 저해하는 각각의 대칭축(A1, A2)에 대해 상기 액추에이터(38, 40)의 스타일러스(44, 46)를 변위시키도록 요구된다.
도면에 도시된 실시예에 따라서, 구동 모듈(13)을 수용하는 케이스(12)는 시계(10)의 요소, 여기서 무브먼트의 플레이트(26)로 고정되도록 제공된 하부 플레이트(106)를 가지며, 구동 모듈(13)의 플레이트(30)는 하부 플레이트(106)에 장착된다. 케이스(12)는 하부 플레이트(106)에 대해 구동 모듈(13)을 수용하고, 나사(109)에 의해 하부 플레이트(106)로 체결된 구동 모듈(13)을 뒤덮는 보호 커버(108)를 가진다.
하부 플레이트(106)의 상측 면은 오목부(recess) 또는 저장소(receptacle, 110)를 가지며, 상기 오목부 또는 저장소내에 구동 모듈(13)의 플레이트(30)가 상보적인 방식으로 수용된다.
커버(108)는 외측 주변 변부들 중 한 변부에 개방된 압입부(indentation, 112)를 가지며, 피니언(62)은 커버(108)가 하부 플레이트(106)에 장착된 후 압입부(112) 내에 수용된다.
바람직하게 인쇄 회로(printed circuit, 114)는 마이크로모터(36)가 터미널(56, 57, 58, 59)에 의해 시계(10)의 전자 모듈로 전기적으로 연결될 수 있도록 하부 플레이트(106)와 커버(108) 사이에 삽입된다
실례의 실시예에 따라서(도시되지 않음), 무브먼트 메커니즘(27)의 조립을 용이하게 하고 구동 수단의 필요 공간을 최소화시키기 위하여, 특히 부품의 개수를 최소화시키기 위하여 케이스(12)가 제거될 수 있도록 구동 모듈(13)이 플레이트(26) 상에 직접적으로 장착될 수 있다. 보호 요소는 이의 부품들을 보호하기 위하여 구동 모듈(13) 상에 제공될 수 있다.

Claims (11)

  1. 마이크로모터(36)는 모터(42)를 회전 가능하게 구동시키는 하나 이상의 액추에이터(38, 40)를 가지며, MEMS 타입의 마이크로모터(36)가 식각되는 상부 층(34) 및 기판(32)을 형성하는 하부 층을 포함하는, 결정질 또는 비결정질 재료로 제조된 기판(30)을 가진 기계 휠(28)과 맞물림되는 구동 모듈(13)에 있어서,
    로터에 대해 동축을 형성하도록 배열된 피니언(62)은 로터에 회전 가능하게 연결되고 로터 위에 배열되며, 상기 피니언은 플레이트(30)의 외측 주변 변부(72)에 인접하게 위치된 맞물림 영역(70) 내에서 시계 휠과 맞물림되기 위해 제공되고, 로터(42)는 맞물림 영역(70)에 대응하는 플레이트(30)의 외측 주변 변부(72)와 로터(42)의 외측 주변 변부 사이의 거리를 최소화시키기 위하여 플레이트 상에 배열되며, 피니언(62)의 직경은 로터(42)의 직경보다 커서 플레이트(30)에 대해 맞물림 영역(70)으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 구동 모듈(13).
  2. 제 1 항에 있어서, 액추에이터(38, 40)는 플레이트(30)의 평면에 대해 평행하게 이동 가능한 스타일러스(44, 46)를 가지며, 상기 스타일러스(44, 46)는 연속적으로 로터를 회전가능하게 구동시키기 위하여 로터(42)의 외측 주변 변부에 배열된 톱니 기어(52)와 협력하도록 제공되는 폴(48, 50)과 스타일러스의 자유 단부에서 끼워 맞춤되고, 로터(42)와 폴(48, 50)의 인터로킹 영역의 각 위치는 맞물림 영역(70)에 대한 각도에서 다소 이동되는(shift) 것을 특징으로 하는 구동 모듈(13).
  3. 제 2 항에 있어서, 스타일러스(44, 46)는 액추에이터(38, 40)를 2개의 완전히 대칭된 부분으로 분리시키는 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 구동 모듈(13).
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 2개의 액추에이터(38, 40)는 이동식 스타일러스(44, 46)를 각각 가지도록 제공되며, 스타일러스의 자유 단부는 폴(48, 50)이 제공되고, 밀기 위한(pushing) 상기 한 폴과 끌어당기기 위한(pulling) 그 외의 다른 폴은 맞물림 영역(70)의 한 측부에서 로터(42)의 기어(52)와 협력하는 것을 특징으로 하는 구동 모듈(13).
  5. 제 4 항에 있어서, 액추에이터(38, 40)들 사이의 각도는 80° 내지 140°로 형성되며, 이러한 각도의 이등분선은 로터(42)의 회전축을 통해 맞물림 영역(70)을 통과하여 플레이트(30)는 플레이트(30)의 외측 윤곽에 의해 형성된 "V"형태를 가지는 것을 특징으로 하는 구동 모듈(13).
  6. 제 5 항에 있어서, 플레이트(30)는 2개의 횡방향 부분(102, 104)과 로터(42)를 지지하는 중앙 부분(100)을 가지며, 플레이트(30)의 윤곽은 중앙 부분(100)을 형성하는 횡방향 직사각형과 2개의 횡방향 부분(102, 104)을 형성하며 서로 수직한 2개의 직사각형의 교선(intersection)과 전체적으로 대응하고, 상기 횡방향 직사각형은 그 외의 다른 2개의 직사각형에 대해 40°의 각도로 형성되며, 각각의 횡방향 부분(102, 104)의 표면의 주요 부분은 액추에이터(38, 40)에 의해 점유되는 반면 중앙 부분(100)의 표면의 주요 부분은 로터(42)에 의해 점유되고, 맞물림 영역(70)은 중앙 부분(100)의 주변 변부(72)들 중 한 주변 변부에 인접하게 배열되는 것을 특징으로 하는 구동 모듈(13).
  7. 제 6 항에 있어서, 플레이트(30)는 엑추에이터(38, 40)를 전자 모듈로 연결시키기 위한 터미널(56, 57, 58, 59)을 가지며, 상기 터미널(56, 57, 58, 59)은 로터(42)의 축에 대해 맞물림 영역(70)에 대하여 마주보는 측부에서 중앙 부분(100)에 배열되는 것을 특징으로 하는 구동 모듈(13).
  8. 제 1 항에 있어서, 구동 모듈(13)은 하부 플레이트(106)로 고정된 커버(108)및 무브먼트 플레이트(26)와 같이 시계 요소(10)에 고정되도록 제공된 하부 플레이트(106)를 가진 케이스(12) 내에 배열되는 것을 특징으로 하는 구동 모듈(13).
  9. 제 8 항에 있어서, 커버(108)는 이의 외측 주변 변부들 중 한 변부에 개방된 압입부(112)를 가지며, 피니언(62)은 상기 압입부(112) 내에 수용되는 것을 특징으로 하는 구동 모듈(13).
  10. 제 5 항에 따르는 구동 모듈(13)을 제조하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 실리콘 웨이퍼와 같은 비결정질 재료 또는 결정질 재료의 시트 내에서 몇몇 플레이트를 식각하는 단계(etching)를 포함하고, 플레이트(30)는 셰브론 방식으로 몇몇 컬럼(Cn) 내에 삽입되며(interleaved), 2개의 인접한 컬럼(Cn)의 플레이트(30)는 상반된 방향으로 방향설정되는 것을 특징으로 하는 구동 모듈(13).
  11. 마이크로모터(36)는 모터(42)를 회전 가능하게 구동시키는 하나 이상의 액추에이터(38, 40)를 가지며, MEMS 타입의 마이크로모터(36)가 식각되는 상부 층(34) 및 기판(32)을 형성하는 하부 층을 포함하는, 결정질 또는 비결정질 재료로 제조된 기판(30)을 가진 기계 휠(28)과 맞물림되는 구동 모듈(13)에 의해 회전 가능하게 구동되는 무브먼트(22)를 가진 시계(10)에 있어서,
    로터에 대해 동축을 형성하도록 배열된 피니언(62)은 로터에 회전 가능하게 연결되고 로터 위에 배열되며, 상기 피니언은 플레이트(30)의 외측 주변 변부(72)에 인접하게 위치된 맞물림 영역(70) 내에서 시계 휠과 맞물림되기 위해 제공되고, 로터(42)는 맞물림 영역(70)에 대응하는 플레이트(30)의 외측 주변 변부(72)와 로터(42)의 외측 주변 변부 사이의 거리를 최소화시키기 위하여 플레이트 상에 배열되며, 피니언(62)의 직경은 로터(42)의 직경보다 커서 플레이트(30)에 대해 맞물림 영역(70)으로 돌출되는 것을 특징으로 하는 시계(10)
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