KR20080111523A - 조정 시스템을 위한 결합 공진기 - Google Patents

Abstract

결합 공진기는 밸런스 스프링(1)과 같은 제 1 저주파 공진기와, 튜닝 포크(2)와 같은 제 2 고주파 공진기를 포함하며, 이 두 공진기(1, 2)는 영구적인 기계적 결합 수단을 포함한다. 이는 시계의 조정 시스템으로 적용된다.

Description

조정 시스템을 위한 결합 공진기{Coupled Resonator For Regulating System}

본 발명은 시스템을 조정하기 위한 결합 공진기(즉, 두 개의 공진기로 형성된 조립체(assembly))에 관한 것이다. 이 공진기는 주파수를 안정화하고 이에 따라 외부 영향에 독립적이 되도록 한다. 본 발명은 등시성이 질적 기준인, 기계적 시계 작동 기구(mechanical timepiece movement)의 조정 시스템에 의해 더 구체적으로 설명될 것이다.

수많은 장치가 이미 스프렁 밸런스 조정 시스템의 주파수를 설정하기 위해 제안되어 왔다. 영국 특허(제 1 138 818, 1967년 공개)는 직접적인 기계적 링크 없이, 제 1 오실레이터의 진동이 충격(shock)을 통해 튜닝 포크(tuning fork)를 자극하는 결합 장치에 대해 게시한다. 더 최근의 조정 장치는, 전자 레귤레이터와 전자기적 결합에 의해 연결된 스프렁 밸런스와 같은 기계적 레귤레이터와 결합한 장치에 의존한다. 이 결합은 밸런스의 암(arms) 또는 겉테(felly)에 배열된 자석을 이용하여 얻어질 수 있다. 이러한 유형의 장치는 예를 들면, 미국 특허(제 3 937 001호)에 게시되어 있다. 이러한 기본 장치에 수많은 개선이 이루어질 수 있다. 즉, 주요하게는 자석, 전자 회로 및 제 2 공진기의 디자인 또는 배치에 관한 것이며, 그리고 이와 같은 전자 회로에 전력을 공급하는데 필요한 에너지원에 관한 것이다. 이러한 개선 장치는 예를 들면 유럽특허(제 0 679 968 호, 제 0 732 243호, 제 0 806 710호, 제 0 822 470 호, 제 0 848 306 호, 제 0 935 177 호 및 제 1 521 141 호)에 포함되어 있다.

이러한 결합 장치 모두가 신뢰성이 없거나, 특이 기능이 서로에 대해 조절되어야 하는 복수의 구성요소의 조립체를 필요로 하는 문제점을 가지며, 이는 결국 최종 제품의 비용을 현저히 증가시킨다.

따라서 본 발명의 목적은 더 간단하고 더 신뢰성 있는 디자인의 결합 공진기를 제공함으로써 위에 설명한 종래 기술의 문제점을 극복하기 위한 것이다.

따라서, 본 발명은 예를 들면, 수 헤르츠의 제 1 저주파 공진기와 예를 들면 100Hz의 제 2 고주파 공진기를 포함하는 결합 공진기에 관한 것이다. 본 발명에서 제 1 공진기 및 제 2 공진기는 영구 기계적 결합 수단을 포함하고, 이는 외부 간섭의 경우에(예를 들면, 충격(shock)이 있는 경우에) 주파수를 안정화하는 기계적 결합 수단이다.

두 개의 공진기가 동일한 또는 서로 다른 물질로 각각 제조될 수 있으며, 이후에 본 발명이 속하는 분야의 기술자에게 잘 알려진 방법(예를 들면, 본딩(bonding), 리벳, 용접 또는 스냅 핏)으로 기계적으로 조립된다.

두 개의 공진기는 단일 물질의 단일 피스(piece)로 제조될 수도 있다.

사용된 물질은 소정의 탄성 상수를 가지며, 예를 들면, 금속이나 합금, 또는 비정형, 단결정이나 다결정 물질(예, 유리, 수정, 및 실리콘) 또는 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.

본 발명은 밸런스 스트링 및 튜닝 포크로 형성된 결합 공진기에 의해 더 구페적으로 표현될 것이며, 이러한 타입의 공진기는 시계(구체적으로 손목 시계)의 조정 시스템에 포함되어 충격을 처리할 수 있다.

본 발명이 온전히 이해되고 실질적인 효과를 내기 위해, 본 발명의 바람직한 실시예(이에 제한되는 것은 아님)를 첨부된 도면을 참조하여, 이하에서 설명한다.

도 1은 제 1 실시예를 나타내는 도면이다.

도 2는 제 2 실시예를 나타내는 부분 도면이다.

도 3은 제 3 실시예를 나타내는 부분 도면이다.

도 4는 결합 시스템의 고유 주파수를 나타내는 그래프이다.

도 5는 주파수 안정에 대한 결합(coupling)의 영향을 나타내는 그래프이다.

이하에서, 첨부된 도면 및 실시예와 함께 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명은 도 1에 도시된, 기계적 시계 작동 기구(movement)의 등시성을 유지하기 위한 결합 공진기에 의해 더 구체적으로 표현될 것이다.

기본적으로 수 헤르츠의 주파수를 가지는 밸런스 스프링(1)으로 형성된 제 1 공진기와, 수백 헤르츠의 주파수를 가지는 튜닝 포크(2)로 형성된 제 2 공진기를 포함한다. 밸런스 스프링(1)의 내부 터미널 곡선부(3)가 콜릿(5, collet)에 일반적인 방식으로 고정되어 이를 밸런스 막대기(staff)에 고정한다. 그리고 튜닝 포크(2)는, 잘 알려진 바와 같이, 풋(8)으로 연결된 두 개의 암(4, 6)을 포함한다. 튜닝 포크(2)의 풋(8)은 시계 작동 기구의 고정 부분(예, 밸런스 코크(cock))에, 잘 알려진 방식으로 고정된다.

위에서 알 수 있는 바와 같이, 밸런스 스프링(1) 및 튜닝 포크(2)는, 이 실시예에서, 튜닝 포크(2)의 암(6)에 기계적으로 영구히 결합되고, 암은 밸런스 스프핑(1)의 외부 곡선부에 의해 확장된다.

다르게 설명하면, 사용된 물질에 따라 달라지는 잘 알려진 기술에 의해 두 개의 공진기가 하나로 만들어진다.이러한 물질은 금속 및 합금과 같은 특정한 탄성 상수 "k"를 가지는 물질, 또는 유리, 수정 실리콘 이들의 조합과 같은 비정형, 단결정 또는 다결정 물질이다.

이러한 물질을 스탬핑(stamping), LIGA, 에칭, 포토리소그래피, 또는 다른 기술을 이용하여 모양을 형성하는 기술은 본 발명이 속하는 분야의 기술자에게 잘 알려져 있으며, 따라서 더 이상 설명하지 않을 것이다.

이러한 기본적일 예시는 이하에서 이러한 결합이 주파수 안정화에 어떻게 유리한 영향을 끼치는지를 나타내는 실시예로 구현된다.

도 2는 변형예를 나타낸다. 이 변형예는 이전 실시예와 다음과 같은 면에서 차이가 난다. 제 1 공진기 즉, 밸런스 스프링(1) 및 제 2 공진기 즉, 튜닝 포크(2)가 초기에 두 개의 독립적인 부분이며 서로 다른 물질로 만들어질 수 있다. 기계적 연결이 이러한 두 개의 공진기 부분 사이에 형성된다. 도시된 예에서, 튜닝 포크(2)의 암(6)은 노치(notch, 10)를 포함하고, 노치에 밸런스 스프링의 외부 곡 선부(7)의 끝단이 연결되며, 기계적 연결부가 본딩(bonding)에 의해 완성된다. 본 발명에 속하는 분야의 기술자에게 잘 알려진 바와 같이, 다른 모드의 기계적 연결부가 가능한 것은 분명하다. 도시된 실시예에서, 튜닝 포크(2)의 풋(8)이 넥(12, neck)을 포함하며, 이는 시계 작동 기구(movement)의 고정부에 부착되도록 하기 위한 것이다. 또한 이는 두 개의 공진기 사이의 결합 상수 "kc"에 영향을 미칠 수 있다.

도 3은 제 1 및 제 2 공진기 사이의 결합 상수 "kc" 및 제 2 공진기의 고유 주파수를 조절하기 위한 큰 자유도(freedom)를 제공하는 다른 변형 예를 나타낸다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 풋(8)은 결합 상수 "kc"를 변경시킬 수 있는, 물질 내에 오목부(14, recess)를 포함할 수 있다. 오목부는 또한 튜닝 포크(2)의 다른 부분, 구체적으로 이들 질량(m)을 변경하여, 튜닝 포크의 고유 주파수를 변경하기 위한 프리 암(4) 상에 형성될 수 있다. 역으로, 도시되지 않은 실시예에 따르면, 제 2 공진기에 어느 위치에든 질량(mass)을 부가할 수도 있다.

도 3은 또한 또 다른 변형예를 나타낸다. 이 변형예는 제 1 공진기의 고유 주파수를 변경하기 위해 이전 변형예와 결합할 수 있다. 프리 암(4)은 관성 블록(16)과, 프리 암(4) 상의 모바일을 포함하고, 예를 들면 조임 나사(18)를 이용하여 소정의 위치에 고정될 수 있다.

도시되지 않은 다른 변형예에 따르면, 튜닝 포크(2)가 피에조 전기 효과를 얻기 위한 결정학적 축을 따라 수정으로 형성된 때, 전극이 암(4, 6)에 제공되어 전기 에너지를 발생시킨다. 손목 시계의 경우에, 이러한 에너지는 예를 들어 다이 얼을 조명하는 데 쓰일 수 있다.

도 4 및 5를 참조하면, 도 1에 도시된 실시예에 따른 결합 공진기에 대응하는 예가 이하에 설명될 것이다. 제 1 공진기는 탄성 상수(k1 = 5·10^-6N m/rad) 및 관성(I1 = 16·10^-10Kg·m²)을 가지며, 이는 고유 주파수(f1= 9.2Hz)에 대응한다. 제 2 공진기는 탄성 상수(k2 = 1·10^-4N m/rad) 및 관성(I2 = 5·10^-10Kg·m²)을 가지며, 이는 고유 주파수(f2= 71Hz)에 대응한다. 두 개의 공진기가 기계적으로 연결될 때, 결합 상수(Kc)의 값은 두 개의 공진기를 연결하는 풋의 모양에 따라 달라진다. 이러한 결합 주파수는 1·10^-8 및 1·10^-4 사이에서 변하도록 만들어진다. 그리고 도 4에, 결합 시스템의 고유 주파수의 로그 스케일로 도시된다. 도 4에서 알 수 있듯이, 주파수(f1, f2)는 결합 계수(kc)의 변화에 영향을 받는다.

도 5의 그래프는, 위에 언급한 제한 내에서, 결합 계수(kc)의 변화값의 함수로, 충격에 의한 제 1 공진기에 대한 간섭의 연구 결과를 나타낸다. 즉, 제 1 공진기가 단독일 때와 제 2 공진기와 결합될 때(더 안정한 것으로 여겨짐), 제 1 공진기 주파수 변화량에 대한 간섭의 효과 비교를 나타낸다.

결합 계수(kc≤1.10^-6)에 대해 알 수 있는 바와 같이, 20% 이상의 안정성이 얻어지며, 이는 간편하고 비용을 절감할 수 있는 디자인을 가지는 시계에 대한 조정 시스템의 주파수를 안정화하는 발명의 결합 공진기에 대한 흥미있는 측면을 나타낸다.

상술한 본 발명의 실시예들은 단지 예시와 설명을 위한 것일 뿐이며, 본 발명을 설명된 형태로 한정하려는 것이 아니다. 따라서, 다양한 변화 및 변경을 할 수 있음은 본 발명이 속하는 분야의 당업자에게 자명하다. 또한, 이 명세서의 상세한 설명이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항에 의해서 정의된다.

Claims (10)

1. 저주파 공진기인 제 1 공진기; 그리고

   고주파 공진기인 제 2 공진기를 포함하되,

   상기 제 1 공진기와 상기 제 2 공진기는 영구적인 기계 결합 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 결합 공진기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 공진기는 동일하거나 서로 다른 물질로 만들어지며, 본딩(bonding), 리벳, 용접 또는 스냅 핏과 같은 수단에 의해 조립되는 것을 특징으로 하는 결합 공진기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 공진기가 일체화되고 동일한 물질로 만들어지는 것을 특징으로 하는 결합 공진기.
4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,

   상기 제 1 및 제 2 공진기에 사용되는 물질이 금속이나 합금, 또는 유리, 수정, 실리콘 및 이들의 조합으로 이루어진 비정형, 단결정 또는 다결정 물질 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 결합 공진기.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 공진기는 밸런스 스프링(1)이고, 상기 제 2 공진기는 풋(foot)에 의해 연결된 두 개의 암(4, 6)을 포함하는 튜닝 포크(2)이며, 상기 두 개의 암 중 하나(6)는 상기 밸런스 스프링(1)의 외부 곡선부(7)에 고정되고, 다른 암(4)은 자유로이 움직이는 것을 특징으로 하는 결합 공진기.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 튜닝 포크(2)의 프리 암(4)은 고유 주파수를 변경하도록 이동될 수 있으며 이에 따라 상기 결합 공진기의 조파수를 조절하는 관성 블록(16)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결합 공진기.
7. 제 5 항에 있어서,

   상기 튜닝 포크(2)의 프리 암(4)은 상기 튜닝 포크의 고유 주파수를 변경하기 위해 쉽게 기계조작됨으로써 상기 결합 공진기의 주파수를 조절하는 구역(14)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결합 공진기.
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 공진기는 수 헤르츠의 고유 주파수를 가지고, 상기 제 2 공진기는 수백 헤르츠의 고유 주파수를 가지는 것을 특징으로 하는 결합 공진기.
9. 제 4 항에 있어서,

   상기 물질이 수정이며, 상기 공진기가 피에조전기 효과를 얻기 위해 결정학적 방향을 따라 형성되는 경우에, 상기 튜닝 포크(2)의 암(4,6)은 전기 에너지를 발생하는 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 결합 공진기.
10. 제 1 항에 있어서,

    기계적 무브먼트를 가지는 시계에 있어서,

    상기 시계는 제 1 항 내지 제 9 항에 따른 결합 공진기를 조절 시스템으로 포함하는 것을 특징으로 하는 결합 공진기.

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