KR20100042591A - 시계 구동 모듈용 로킹 메커니즘 - Google Patents
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Abstract
시계 기어 트레인용 드라이브 모듈(1)의 로킹 및 단위 증분용 장치가 기술된다. 상기 모듈(1)은 톱니형 휠(7)과 협력하는 액티브 클릭(5)으로 끼워맞춤된 액츄에이터(2)를 포함하고, 상기 장치는 톱니형 휠(7)과 협력하는 제 2 핑거(9)와 제 1 핑거(8)를 포함한다. 이 장치는, 제 1 핑거(8)가 톱니형 휠(7)의 톱니들 중 하나와 맞물릴 때 상기 제 1 핑거(8)는 톱니형 휠(7)의 회전을 전체적으로 로킹하고, 제 2 핑거(9)는 제 1 스톱 부재(10)와 제 2 스톱 부재(11) 사이에 배열되며, 제 2 핑거(9)가 톱니형 휠(7)의 톱니들 중 하나와 맞물릴 때 스톱 부재(10, 11)들 사이의 공간은 상기 톱니형 휠(7)의 각행정(angular travel)을 제한하는 것을 특징으로 한다.
단위 증분용 장치, 톱니형 휠, 액티브 클릭, 로킹 핑거, 스톱 부재, 액츄에이터, 패시브 클릭
Description
본 발명은 시계 구동 모듈용 로킹 메커니즘에 관한 것이다. 본 발명은 손목시계용 전자기계식 마이크로모터에 특히 적합하다.
전기 펄스를 기계적인 회전운동으로 변환시키기 위하여 스테핑 모터가 잘 알려져 있다. 시계와 손목시계 제조 산업 용도로 1936년에 Lavet씨가 최초의 스테핑 모터를 발명하였으며, 그 이후 스테핑 모터는 바늘들을 가진 대부분의 수정 시계들의 무브먼트를 구동하도록 개발되었다. 상기 타입의 모터는 또한 속도 또는 위치를 제어하고자 하는 모든 장치에 공통적으로 존재한다.
"Lavet" 모터는 전기 신호들 사이에서 안정적인 위치를 형성할 수 있는 영구자석들을 포함한다. 따라서 로터 즉 모터의 회전부에 가해지는 영구적 토크(permanent torque)로 인해, 심지어 시계에 충격이 가해질 때에도 모터가 부주의하게 작동하는 것이 방지되어야 한다. 또한, 통상 모터 토크(motor torque)보다 훨 씬 크게 선택되는 영구적 토크는 동시에 한 스텝(one step)보다 더 큰 증분(incrementation)을 방지하도록 하는데 그 목적이 있다. 하지만 이러한 포지셔닝 토크(positioning torque)는 맞물림 휠(meshed wheel)들을 완전하게 로킹하거나 또는 점진적으로 인덱싱(index)하지 않으며, 그 결과, 예를 들어, 미국특허번호 4647218호에서와 같이, 홀드 및 로킹 기능들을 향상시키기 위해 상기 모터들과 협력하기 위한 클릭 시스템(click system)들이 제안되었다. 이 특허에서, Lavet 모터는 각각의 전기 신호 즉 매 분 마다 휠이 180° 회전하도록 구동하며, 이 휠은 직경방향으로 마주보는 두 끝 부분에서 스피것(spigot)들로 끼워맞춤되고, 상기 스피것은 분 휠(minute wheel)에서 연속적인 반경방향 슬롯들과 맞물린다. 따라서, 각 펄스 사이에서, 두 개의 스피것들은 일련의 분 휠의 두 개의 반경방향 슬롯들에 맞물리며 이들의 가능한 움직임이 방지된다.
이제, 예를 들어, 본 출원인이 출원한 유럽특허번호 1921520호에 개시된 미세기계식 일렉트로모터(micromechanical eletromotor)와 같이 그 외의 다른 타입들의 스테핑 모터가 가능한데, 이 일렉트로모터는 선형 액츄에이터(linear actuator)를 포함하며, 상기 선형 액츄에이터는 휠이 회전하도록 구동하기 위한 액티브 클릭(active click) 및 이 액츄에이터가 요동운동(oscillation)하는 동안 복귀될 때 로터가 반대방향으로 회전하는 것을 방지하기 위한 패시브 클릭(passive click)으로 끼워맞춤된다. 이 모터를 위해, 동일한 로킹 및 단위 증분 기능(unitary incrementation function)이 바람직할 것이다. 하지만, 특히 Lavet 모터 경우에는, 위에서 기술한 클릭 메커니즘이 적절하지 못하다.
전기 펄스를 기계적인 회전운동으로 변환시키기 위하여 스테핑 모터가 잘 알려져 있다. 시계와 손목시계 제조 산업 용도로 1936년에 Lavet씨가 최초의 스테핑 모터를 발명하였으며, 그 이후 스테핑 모터는 바늘들을 가진 대부분의 수정 시계들의 무브먼트를 구동하도록 개발되었다. 상기 타입의 모터는 또한 속도 또는 위치를 제어하고자 하는 모든 장치에 공통적으로 존재한다.
"Lavet" 모터는 전기 신호들 사이에서 안정적인 위치를 생성시킬 수 있는 영구자석들을 포함한다. 따라서 로터 즉 모터의 회전부에 가해지는 영구적 토크로 인해, 심지어 시계에 충격이 가해질 때에도 모터가 부주의하게 작동하는 것이 방지되어야 한다. 또한, 통상 모터 토크보다 훨씬 크게 선택되는 영구적 토크는 동시에 한 스텝보다 더 큰 증분을 방지하도록 하는데 그 목적이 있다. 하지만 이러한 포지셔닝 토크는 맞물림 휠들을 완전하게 로킹하거나 또는 점진적으로 인덱싱하지 않으며, 그 결과, 예를 들어, 미국특허번호 4647218호에서와 같이, 홀드 및 로킹 기능들을 향상시키기 위해 상기 모터들과 협력하기 위한 클릭 시스템들이 제안되었다. 이 특허에서, Lavet 모터는 각각의 전기 신호 즉 매 분 마다 휠이 180° 회전하도록 구동하며, 이 휠은 직경방향으로 마주보는 두 끝 부분에서 스피것들로 끼워맞춤되고, 상기 스피것은 분 휠에서 연속적인 반경방향 슬롯들과 맞물린다. 따라서, 각 펄스 사이에서, 두 개의 스피것들은 일련의 분 휠의 두 개의 반경방향 슬롯들에 맞물리며 이들의 가능한 움직임이 방지된다.
이제, 예를 들어, 본 출원인이 출원한 유럽특허번호 1921520호에 개시된 미세기계식 일렉트로모터와 같이 그 외의 다른 타입들의 스테핑 모터가 가능한데, 이 일렉트로모터는 선형 액츄에이터를 포함하며, 상기 선형 액츄에이터는 휠이 회전하도록 구동하기 위한 액티브 클릭 및 이 액츄에이터가 요동운동하는 동안 복귀될 때 로터가 반대방향으로 회전하는 것을 방지하기 위한 패시브 클릭으로 끼워맞춤된다. 이 모터를 위해, 동일한 로킹 및 단위 증분 기능이 바람직할 것이다. 하지만, 특히 Lavet 모터 경우, 위에서 기술한 클릭 메커니즘이 적절하지 못하다.
본 발명의 목적은 맞물림 휠(meshed wheel)을 안정적인 인덱싱 위치(indexing position)에 그리고 병렬로 로킹하며(lock) 동시에 한 스텝(step)보다 더 많은 스텝만큼 증분되는 것을 방지하는 새로운 메커니즘을 제안하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 전적으로 "Lavet" 타입의 모터 뿐만 아니라 어떠한 타입의 스테핑 모터에도 제공할 수 있는 로킹 메커니즘(locking mechanism)을 제안하는데 있다.
이 목적들은 특히 톱니형 휠(toothed wheel, 7)과 협력하는 액티브 클릭(5)으로 끼워맞춤된 액츄에이터(2)를 포함하는 시계 기어 트레인(gear train)용 드라이브 모듈(1)의 로킹 및 단위 증분(unitary incrementation)용 장치로써 구현된다. 이 장치(1)는 톱니형 휠(7)과 협력하는 제 2 핑거(9)와 제 1 핑거(8)를 포함하며,
-제 1 핑거(8)가 톱니형 휠(7)의 톱니들 중 하나와 맞물릴 때 상기 제 1 핑 거(8)는 톱니형 휠(7)의 회전을 전체적으로 로킹하고,
-제 2 핑거(9)는 제 1 스톱 부재(10)와 제 2 스톱 부재(11) 사이에 배열되며, 제 2 핑거(9)가 톱니형 휠(7)의 톱니들 중 하나와 맞물릴 때 스톱 부재(10, 11)들 사이의 공간은 상기 톱니형 휠(7)의 각행정(angular travel)을 제한하는 것을 특징으로 한다.
또한 이 목적들은 상기 장치를 사용하는 로킹 방법(locking method)에 의해 구현되며 이 방법은,
(A)제 1 핑거(8)를 하강시키고 톱니형 휠(7)을 구속해제하는 단계,
(B)액츄에이터(2)의 액티브 클릭(5)에 의해 톱니형 휠(7)을 회전하도록 구동하는 단계,
(C)제 1 핑거(8)를 상승시키고 이 핑거를 톱니형 휠(7)의 톱니들 중 하나와 맞물리는 단계,
(D)액츄에이터(2)의 액티브 클릭(5)을 구속해제하고 복귀시키는 단계,
(E)제 1 스톱 부재(10)에 대향하여(against) 제 2 핑거를 구속해제하고 복귀시키는 단계,
(F)제 2 핑거(9)를 상승시키고 이 핑거를 톱니형 휠(7)의 톱니들 중 하나와 맞물리는 단계를 포함한다.
제안된 해결사항의 한가지 이점에 따르면, 예를 들어 기계식 시계용 조절 부재들을 포함하는 임의의 타입의 스테핑 모터 및 잠재적으로는 임의의 타입의 시계 드라이브 모듈에 제공될 수 있거나 또는 이들과 연동될 수 있다.
제안된 해결사항의 또 다른 이점에 따르면, 모터에 의해 구동된 기어 트레인의 아이들 위치(idle position) 또는 정지 위치(rest position)를 안정화시키기 위해 더 이상 영구자석들을 필요로 하지 않는다.
제안된 해결사항의 추가적인 이점에 따르면, 전자기계식 스테핑 모터는 액츄에이터가 요동운동(oscillation)하는 동안 복귀할 때 로터가 반대방향으로 회전하는 것을 방지하기 위해 패시브 클릭을 더 이상 필요로 하지 않는다.
게다가, 요구되는 전력소모량이 최대 모터 토크값에 연계되지 않는다는 점에서 제안된 로킹 해결사항은 Lavet 모터에 제공된 로킹 시스템과는 기본적으로 상이하다. 제안된 해결사항의 한가지 중요한 이점은 로킹 시스템의 전력소모량이 모터 자체의 전력소모량보다 잠재적으로는 현저하게 더 작다는 것이다.
제안된 해결사항의 한가지 이점에 따르면, 예를 들어 기계식 시계용 조절 부재들을 포함하는 임의의 타입의 스테핑 모터 및 잠재적으로는 임의의 타입의 시계 드라이브 모듈에 제공될 수 있거나 또는 이들과 연동될 수 있다.
제안된 해결사항의 또 다른 이점에 따르면, 모터에 의해 구동된 기어 트레인의 아이들 위치 또는 정지 위치를 안정화시키기 위해 더 이상 영구자석들을 필요로 하지 않는다.
제안된 해결사항의 추가적인 이점에 따르면, 전자기계식 스테핑 모터는 액츄에이터가 요동운동하는 동안 복귀할 때 로터가 반대방향으로 회전하는 것을 방지하 기 위해 패시브 클릭을 더 이상 필요로 하지 않는다.
게다가, 요구되는 전력소모량이 최대 모터 토크값에 연계되지 않는다는 점에서 제안된 로킹 해결사항은 Lavet 모터에 제공된 로킹 시스템과는 기본적으로 상이하다. 제안된 해결사항의 한가지 중요한 이점은 로킹 시스템의 전력소모량이 모터 자체의 전력소모량보다 잠재적으로는 현저하게 더 작다는 것이다.
본 발명은 안정적인 상태를 구현하도록 포지셔닝 토크(positioning torque)를 아이들 상태(idle state) 또는 정지 상태(rest state)에 제공하기 위하여 더 이상 자석을 사용할 필요가 없게 되며, 게다가 제 1 핑거는 기계가공하기에 보다 복잡하고 이에 따라 비용이 더 비싼 패시브 클릭을 사용할 필요가 없게 된다. 따라서, 제안된 해결사항은 톱니형 휠의 각행정(angular travel)이 항상 제한되는 것만은 아니기 때문에 로킹 장치의 기능을 향상시키면서도 로킹 장치의 전체 비용을 줄여 준다. 또한 종래 기술의 당업자는 톱니형 휠과 맞물린 클릭들이 본 장치와 앞에서 기술된 로킹 방법에 상관없이 작동되어 전자기계식 및 순수 기계식 시계 트레인 모두에 적용할 수 있음을 이해할 것이다.
도 1은 공지된 타입의 전자기계식 스테핑 마이크로모터를 포함하는 시계 휠과 맞물리기 위한 드라이브 모듈(1)을 예시한다. 이 마이크로모터는 액츄에이터(2)로 구성되며, 상기 액츄에이터는 로터의 톱니형 휠(7)과 협력하는 액티브 클릭(5)들에 의해 로터를 회전하도록 구동하는 이동 바늘(mobile stylus, 3)들을 포함한 다. 로터 구동의 액티브 기능(5)을 고려할 때, 용어 "모터" 액츄에이터는 종종 액츄에이터(2) 용도로 사용된다. 톱니형 휠(7)과 클릭들 사이의 상기 협력 및 로터를 연속적으로 회전하도록 구동하기 위한 메커니즘이 도 1b에 상세하고 정확하게 예시되는데, 상기 도 1b는 도 1의 확대도면으로서 모터 평면에서 5시 방향에서의 톱니형 휠(7)을 보여준다.
도 1에서, 액츄에이터(2)는 전체적으로 대칭인 두 개의 파트들로 구성되며, 상대적으로 높은 토크를 가함으로써 모터 수율(yield)을 향상시키도록 제 1 파트는 액티브 스러스트 클릭(active thrust click)을 포함하고 제 2 파트는 액티브 트랙션 파트(active traction part)를 포함한다. 하지만, 종래 기술의 당업자는 단일의 스러스트 클릭과 단일의 트랙션 클릭으로도 로터를 회전하도록 구동하기에 충분하다는 것을 이해할 것이다. 도시된 바람직한 구체예에 따르면, 각각의 액츄에이터(2)는 패시브 클릭(6)과 연결되며, 이 패시브 클릭은, 바늘(3)이 이동될 때, 구동 단계 동안 정확한 각도 포지셔닝(angular positioning)을 보장하도록 그리고 후방 이동을 방지하기 위해 톱니형 휠(7)용 로킹 메커니즘을 형성하도록, 톱니형 휠(7)과 탄성적으로 맞물려 로킹된다.
도 1b는 도 1의 스테핑 모터용 드라이브 및 인덱싱 메커니즘을 예시하는데, 여기서 단일의 패시브 클릭(6)과 단일의 액티브 클릭이 도시된다. 바늘의 끝 부분에 위치된 액티브 클릭(5)은 접선방향에서 톱니형 휠(7)로 요동운동(oscillating movement)을 가진다. 톱니형 휠(7)의 인덴테이션(indentation)들은 바늘(3)의 트랙션 운동(traction movement) 동안 반시계 회전방향으로 운동하도록 구동하려는 경 향이 있으며, 패시브 클릭(6)의 각각의 톱니는 톱니형 휠을 회전시키기 위한 인덱싱 위치(indexing position)를 제공하는데, 이는 통상 한 모터 스텝(step)에 상응한다. 게다가, 위와 동일한 접선방향에서 톱니형 휠(7)로 바늘(3)의 복귀 운동(return movement) 동안, 하지만 반대방향으로, 패시브 클릭(6)은 액티브 클릭(5)이 톱니형 휠(7)을 반대방향으로 구동하는 것을 방지하고 각각의 스텝 사이에서 톱니형 휠(7)의 각위치(angular position)를 유지하는 것을 방지한다. 하지만, 기술된 로킹 및 인덱싱 메커니즘은 가령, 예를 들어, 액티브 클릭(5)에 의해 가해진 모터 토크가 너무 큰 경우, 액츄에이터(2)에 의해 생성된 전기 펄스들의 진폭이 너무 큰 경우, 또는 심지어 모터 스텝들 사이에서, 전자기계식 모터를 가진 시계케이스(watchcase)에 충격이 가해지는 경우에, 톱니형 휠(7)이 반시계방향으로 바람직하지 못하게 가속되는 것을 방지하지 못한다.
도 2 내지 도 7은 상기 종래 기술의 결점들을 극복하는 본 발명에 따른 로킹 및 인덱싱 메커니즘의 바람직한 구체예를 예시한다. 이 도면들은 모두 회전 평면에서 톱니형 휠(7) 및 로킹 장치를 본 메커니즘의 상태에 기초한 다양한 위치에서 도시한 횡단면들로서, 톱니형 휠(7)은 액티브 클릭(5)에 의해 구동되며, 이 액티브 클릭(5)은 톱니형 휠(7)의 톱니들과 맞물리고 요동운동(oscillating movement)들에 의해 기어 높이(gearing level)에서 톱니형 휠(7)에 대해 접선방향을 따라 선형 이동하고, 상기 로킹 장치는 두 개의 고유한 로킹 핑거(8 및 9)들로 구성된다. 예시된 바람직한 구체예에 따르면, 제 1 로킹 핑거(8)는 상기 제 1 로킹 핑거가 오직 수직 운동을 가지도록 따라서 오직 병진운동에서 한 개의 자유도를 가지도록 안내 되기 위해 두 개의 스톱 부재(15, 16)들 사이에 수용된다. 그러나, 대안의 구체예에 따르면, 회전운동에서도 자유도를 가질 수 있다. 제 1 핑거의 기능은 상기 제 1 핑거가 톱니형 휠의 톱니들 중 하나와 맞물릴 때 상기 톱니형 휠의 회전운동을 체크하는 데 있다. 제 2 로킹 핑거(9)는 상기 제 2 로킹 핑거가 톱니형 휠의 톱니들 중 하나와 맞물릴 때 상기 톱니형 휠의 각행정(angular travel)을 제한하도록 두 개의 스톱 부재(10 및 11)들 사이에 배열된다. 도시된 본 발명의 바람직한 구체예에 따르면, 스톱 부재(10, 11)들 사이의 공간은 톱니형 휠(7)의 각행정을 단일 톱니의 운동, 따라서 한 모터 스텝에 상응하게 제한한다. 스톱 부재(10, 11)들 및 스톱 요소(stop element)들에 대하여, 다양한 로킹 단계들 동안 핑거들의 운동을 나타내는 하기의 도 3 내지 도 7에 모두 예시될 것이지만, 이 스톱 부재들과 스톱 요소들은 기술된 내용에서 시스템적으로는 다시 언급되지 않을 것이다.
도 2는, 한 모터 스텝 전, 아이들 상태(idle state) 또는 정지 상태(rest state)에서 본 발명에 따른 로킹 장치를 예시한다. 이 상태에서, 두 개의 로킹 핑거(8 및 9)들이 상승하며 톱니형 휠(7)의 두 개의 연속적인 톱니 속에 수용된다. 또한 제 2 로킹 핑거(9)는 제 1 스톱 부재(10)에 대향하여(against) 수용된다. 본 시스템이 이 상태에 있을 때, 액티브 클릭(5)은 톱니형 휠(7)의 톱니(71)들 중 하나와 맞물리며, 화살표(4)를 따라 요동운동에 의해 선형 이동한다(도 1과 도 1b에 도시된 이동 바늘(mobile stylus)은 이 도면 또는 이 후 도면들에서는 더 이상 도시되지 않는데, 이것은 하기에 기술되는 로킹 메커니즘을 이해하기 위해서 이동 바늘이 더 이상 필요 없기 때문이다). 액티브 클릭(5)에 의해 맞물린 톱니(71)에 대 하여, 하기의 도 3 내지 도 7에 모두 예시될 것이지만, 이 톱니는 기술된 내용에서 시스템적으로는 다시 언급되지 않을 것이다.
도 3은 제 1 로킹 핑거(9)를 하강시키는 단계 동안(화살표 A)의 로킹 장치를 예시한다. 도시된 바람직한 구체예에 따르면, 톱니형 휠(7)의 반경 내에서 즉 하기의 도면들에서 볼 수 있듯이 액티브 클릭(5)과 액츄에이터의 운동에 대해 수직으로 병진운동에서 제 1 로킹 핑거(8)의 오직 한 개의 자유도를 가지는 것을 볼 수 있다. 핑거가 하강되고 나면, 톱니형 휠(7)은 회전되도록 구동될 수 있다. 하지만, 시스템이 이 상태에 있을 때, 제 2 로킹 핑거가 두 개의 스톱 부재(10 및 11)들 사이에서 병진운동에서 하나의 자유도를 가진다 하더라도, 제 2 로킹 핑거(9)는 여전히 제 1 스톱 부재(10)에 대향하여 수용된다.
도 4는 한 모터 스텝 동안 즉 톱니형 휠(7)이 액티브 클릭(5)에 의해 회전하도록 구동될 때(화살표 B로 예시된 B 단계) 본 발명에 따른 로킹 장치를 예시한다. 로킹 핑거(9)가 톱니형 휠의 톱니들 중 하나와 맞물리는 톱니형 휠(7)이 회전되어, 이에 따라 클릭의 운동으로서 동일한 병진운동에서 화살표(B)를 따라 휠에 대해 접선방향으로 그리고 2개의 자유도 중 하나와 상응하는 방향으로 핑거(9)를 구동시킨다. 톱니형 휠(7)은 제 2 핑거(9)가 제 2 스톱 부재(11)에 대향하도록 위치되는 즉시 정지되며 이에 따라 톱니형 휠의 어떠한 추가적인 이동도 방지된다.
도 5는 제 2 핑거(9)가 스톱 부재(11)에 대향하여 로킹되는 상태에서 본 발명에 따른 로킹 장치를 예시한다. 화살표(C)는 제 1 로킹 핑거(8)를 상승시키는 단계를 예시하며, 제 1 로킹 핑거는 톱니형 휠의 톱니들 중 하나와 맞물리고, 심지 어, 그 시간까지 작동되었던 방향과 반대방향으로 즉 기술된 구체예를 위해 시계방향으로, 톱니형 휠(7)의 임의의 운동을 체크한다. 이 단계가 끝나고 나면, 본 장치는 톱니형 휠의 어떠한 회전운동도 방지하는 안정 상태에 다시 있게 될 것이나, 이번에는, 두 개의 핑거들이 휠의 두 개의 연속적인 톱니 내에 수용되었던 도 2에서와 달리, 두 핑거(8, 9) 모두 두 개의 톱니에 의해 분리된다. 따라서, 예시된 구체예에서, 톱니형 휠(7)의 각행정은, 최대로, 상기 톱니형 휠(7)의 한 톱니에 상응하게 된다.
도 6은 제 1 로킹 핑거가 상승되고 난 뒤 그리고 액츄에이터가 복귀되는 단계(화살표 D) 및 제 2 로킹 핑거가 복귀되는 단계(화살표 E) 동안의 로킹 장치를 예시하는데, 클릭(5)과 동일한 방향으로 병진운동 하기 위해 톱니로부터 구속해제 되도록 그 앞에서 하강되어야 한다(화살표 E1). 액티브 클릭(5)과 제 2 핑거(9)의 복귀 단계(D 및 E2)들은 서로 무관하게 그리고 임의의 순서대로 연속적으로 수행될 수 있다. 하지만, 본 발명의 바람직한 한 구체예에 따르면, 이 단계들은, 예를 들어, 클릭(5)의 복귀 운동 동안 제 2 핑거(9)에 작용하기 위하여, 상기 액티브 클릭(5)을 제어하는 것으로부터 고유한 액츄에이터(이 도면에는 도시되지 않지만 도 1에서 도면부호 2에 상응함)를 프로그래밍 함으로써, 또는 심지어 클릭(5)의 액츄에이터(도 1에서 도면부호 2)를 스템(도시되지 않음)을 거쳐 제 2 핑거(9)에 결합시킴으로써, 동시에 수행될 수 있으며, 이에 따라 액츄에이터 요동운동 방향(도 2에서 화살표 4 참조) 및 특히 복귀 방향(이 도면에서 화살표 D)을 따라 병진운동에서의 임의의 액츄에이터(2) 운동은 제 2 핑거(9)의 병진운동에서의 동일한 운동에 의해 수반된다. 게다가, 이 결합은 액티브 클릭(5)과 제 2 핑거(9)가 각각 맞물린 톱니로부터 이들을 동시에 구속해제하게 할 수 있다.
도 7은 한 모터 스텝의 끝 부분에서 아이들 상태에 있을 때 즉 제 2 핑거(8)가 제 1 스톱 부재(10)에 대향하는 스톱으로 복귀하고 난 뒤 그리고 톱니형 휠(7)의 톱니들 중 하나로 상승되고 난 뒤의(이 도면에서 상응하는 화살표로 예시된 단계 F) 본 발명에 따른 로킹 장치를 예시한다. 두 개의 로킹 핑거(8, 9)의 배열은 도 2의 배열과 그리고 핑거(8, 9)에 대한 클릭(5)의 배열과 동일하다는 것을 유의해야 한다. 하지만, 클릭(5)은 이제 톱니(71) 뒤에 위치되며 이 톱니 내에서 한 모터 스텝 전에 맞물려 있다.
기술된 로킹 메커니즘의 바람직한 구체예에 따르면, 첨부된 도면들을 참조하여 기술한 단계들과 비교하였을 때, 제 1 핑거(8)는 병진운동에서 한 개의 자유도를 가져서(즉 도면들에서 수직방향으로) 상기 핑거가 상승될 수 있거나 또는 하강될 수 있으며 이에 따라 톱니형 휠(7)의 톱니들 중 하나와 맞물리거나 혹은 톱니들 중 하나로부터 구속해제될 수 있는 것으로 드러났다. 제 2 핑거(9)는 병진운동에서 위와 동일한 자유도를 가지며 액티브 클릭(5)의 요동운동(4) 방향 및 핑거(9)가 맞물린 톱니형 휠(7)의 접선(tangent)에 상응하는 스톱 부재(10 및 11)들 사이에서 추가적인 자유도를 가진다(도면에서 수평방향으로). 두 개의 로킹 핑거(8, 9)들의 자유도들 사이의 어떠한 상관관계도 본 발명을 적절하게 실시하는데 필요하지 않으며 또한 병진운동의 운동방향이 반드시 각각 수직이고 수평일 필요가 없다는 것을 유의해야 한다. 게다가, 제 1 핑거(8)와 제 2 핑거(9)에 대해서, 톱니들을 맞물리고 구속해제하기 위한 자유도는 병진운동에서가 아니라 잠재적으로 회전운동에서라는 것이 위에서 이미 기술되었다. 각각의 핑거(8, 9)의 자유도 및 자유도 타입 간의 어떠한 조합도 본 발명의 범위 내에서 가능하다.
도 7은 로킹 핑거(8 및 9)들의 운동 절차(movement sequence)를 관리하기 위한, 바람직하게는 프로그래밍 가능한 전자 회로(14)를 도시한다. 이 회로(14)는 본 발명의 바람직한 한 구체예에 상응하기 때문에 이 도면에 추가되었으며, 이 구체예에 따르면, 핑거(8, 9)들의 운동은 각각의 핑거(8, 9)에 결합된 각각의 일렉트로스태틱 액츄에이터(12, 13)들이 이동하도록 하게 하는 전기 신호들에 의해 제어된다. 이 도면에서, 혼동을 피하기 위하여 모터 액츄에이터(2)가 핑거(8, 9)들의 액츄에이터(12, 13)로 추가되었다.
핑거들의 운동 절차(9, 0)는 도 8의 상태 다이어그램에 구성된 앞서 언급한 단계들을 따르며, 로킹 시스템의 상태를 나타내는 3개의 숫자들은 다음의 사항들을 나타낸다.
첫 번째 숫자: 제 1 핑거(8)의 상태; 0=하강, 1=상승
두 번째 숫자: 제 2 핑거(9)의 상태; 0=하강, 1=상승
세 번째 숫자: 제 2 핑거(9)의 위치; 0=하강, 1=상승
제 1 단계(A)는 제 1 핑거(8)를 하강시키는 단계로 구성되며, 그 뒤, 제 1 핑거는 톱니형 휠(7)로부터 구속해제되고, 이에 따라 시스템이 안정적이고 "아이들" 상태 또는 정지 상태(110)로부터 톱니형 휠이 회전할 수 있는 상태(010)로 통과하게 한다.
제 2 단계(B)는 액츄에이터(2)의 액티브 클릭(5)에 의해 톱니형 휠(7)을 회전하도록 구동시키는 단계로 구성되며, 이에 따라 스톱 부재(10)의 제 2 로킹 핑거(9)가 시스템 내에서 다른 스톱 부재(11)를 향해 이동되는 상태(010)가 되게 하는데, 상기 그 외의 다른 스톱 부재(11)는 톱니형 휠의 추가적인 행정(travel)을 차단하고 이에 따라 시스템이 상태(011)가 되게 한다.
제 3 단계(C)는 제 1 핑거(8)를 상승시키는 단계로 구성되며, 상기 제 1 핑거를 톱니형 휠(7)의 톱니들 중 하나와 맞물리게 하여 다시 휠을 완전히 로킹하고 본 시스템을 상태(011)로부터 안정한 상태(111)로 변경시킨다.
액츄에이터(2)의 액티브 클릭(5)의 구속해제 단계 및 복귀 단계로 구성되는 단계(D)는 로킹 시스템의 상태를 바꾸지 않는다. 하지만, 제 1 스톱 부재(10)에 대향하여 제 2 핑거의 구속해제 단계 및 복귀 단계로 구성되는 E 단계는 2개의 보조단계 즉 E1 단계와 E2 단계로 나눌 수 있으며, E1 단계에서는 제 2 핑거가 하강되어 시스템을 상태(111)로부터 상태(101)로 변하게 하고, E2 단계에서는 본 시스템이 상태(101)로부터 상태(100)로 변하게 된다. 로킹 방법(locking method)의 바람직한 변형예의 한 실시예에 따르면, 액티브 클릭(5)과 제 2 핑거(9)를 구속해제하고 복귀하기 위한 단계(D 및 E)들은 동시에 일어난다.
마지막으로, 단계(F)는 제 2 핑거(9)를 상승시키는 단계로 구성되며, 상기 제 2 핑거를 톱니형 휠(7)의 톱니들 중 하나와 맞물리게 하고 시스템을 아이들 상태 또는 정지 상태로 불리는 초기 상태(110)로 복귀시키며 이에 따라 한 모터 스텝의 증분 사이클(incrementation cycle)을 끝내게 한다.
두 개의 핑거들 중 적어도 한 핑거가 톱니들 중 한 톱니와 항상 맞물리도록 하는 앞서 기술한 절차는 로킹 장치를 "안정 상태" 즉 톱니형 휠이 전체적으로 움직이지 않는(제 1 핑거는 톱니형 휠(7)에 맞물린) 상태, 또는 "제한 상태" 즉 톱니형 휠의 행정이 제한되는(제 2 핑거(9)가 톱니형 휠(7)에 맞물린) 상태로 유지한다. 따라서 본 발명은 안정적인 상태를 구현하도록 포지셔닝 토크(positioning torque)를 아이들 상태 또는 정지 상태에 제공하기 위하여 더 이상 자석을 사용할 필요가 없게 되며, 게다가 제 1 핑거는 기계가공하기에 보다 복잡하고 이에 따라 비용이 더 비싼 패시브 클릭을 사용할 필요가 없게 된다. 따라서, 제안된 해결사항은 톱니형 휠의 각행정이 항상 제한되는 것만은 아니기 때문에 로킹 장치의 기능을 향상시키면서도 로킹 장치의 전체 비용을 줄여 준다. 또한 종래 기술의 당업자는 톱니형 휠과 맞물린 클릭(5)들이 본 장치와 앞에서 기술된 로킹 방법에 상관없이 작동되어 전자기계식 및 순수 기계식 시계 트레인 모두에 적용할 수 있음을 이해할 것이다.
도 7에 예시된 바람직한 한 구체예에 따르면, 목표 절차(desired sequence)는 전자 프로그래밍에 의해 구현되는 것이 바람직하다. 하지만 캠(cam)에 의해 적어도 핑거의 하강운동 및 상승운동이 제어될 수 있는 구체예가 고안될 수도 있다.
또한, 손목시계분야에서, 본 발명의 바람직한 한 구체예에 따라 마이크로모터 로킹 장치를 실시하기 위한 핑거 액츄에이터들은 일렉트로스태틱 타입이지만, 그 외의 다른 시계 분야에서 유압식 액츄에이터를 사용하는 것도 고려할 수 있다. 이와 마찬가지로, 개시된 도면들에서 예시된 베벨 형태의(bevelled) 톱니들은 톱니 형 휠을 반시계 방향으로 회전시키려는 경향이 있으며, 반대방향에서는 유사한 형태로 변경될 수 있거나 또는, 예를 들어, 심지어 충격을 받을 경우에도 휠이 완전히 로킹되도록 노치형(notched)이 될 수도 있다. 실질적으로, 이 노치 형태(도시되지는 않음)는 톱니가 시스템 외부의 힘들의 작용에 의해 구속해제되게 하는 것이 불가능하게 하는데, 이는 로킹 핑거(8, 9)들의 끝 부분을 위한, 상응하는 동일한, 하지만 뒤집혀진(inverted) 노치 형태와의 협력 때문이다. 하지만, 도면들에 예시된 톱니 형태는 톱니형 휠들을 시계방향으로 맞물리게 하기에 적합하며 그에 따라 예를 들어 바늘을 가진 디스플레이 트레인(display train)과 용이하게 연동될 수 있다.
도 7에 예시된 바람직한 한 구체예에 따르면, 목표 절차는 전자 프로그래밍에 의해 구현되는 것이 바람직하다. 하지만 캠에 의해 적어도 핑거의 하강운동 및 상승운동이 제어될 수 있는 구체예가 고안될 수도 있다.
또한, 손목시계분야에서, 본 발명의 바람직한 한 구체예에 따라 마이크로모터 로킹 장치를 실시하기 위한 핑거 액츄에이터들은 일렉트로스태틱 타입이지만, 그 외의 다른 시계 분야에서 유압식 액츄에이터를 사용하는 것도 고려할 수 있다. 이와 마찬가지로, 개시된 도면들에서 예시된 베벨 형태의 톱니들은 톱니형 휠을 반시계 방향으로 회전시키려는 경향이 있으며, 반대방향에서는 유사한 형태로 변경될 수 있거나 또는, 예를 들어, 심지어 충격을 받을 경우에도 휠이 완전히 로킹되도록 노치형이 될 수도 있다. 실질적으로, 이 노치 형태(도시되지는 않음)는 톱니가 시스템 외부의 힘들의 작용에 의해 구속해제되게 하는 것이 불가능하게 하는데, 이는 로킹 핑거(8, 9)들의 끝 부분을 위한, 상응하는 동일한, 하지만 뒤집혀진(inverted) 노치 형태와의 협력 때문이다. 하지만, 도면들에 예시된 톱니 형태는 톱니형 휠들을 시계방향으로 맞물리게 하기에 적합하며 그에 따라 예를 들어 바늘을 가진 디스플레이 트레인과 용이하게 연동될 수 있다.
본 발명의 실시예들은 하기 사항들에 기술되고 첨부된 도면들에 예시된다.
도 1은 종래 기술의 공지된 스테핑 모터의 상부도를 예시하는 것으로, 바람직하게는, 본 발명에 따른 로킹 메커니즘과 연동될 것이다.
도 1b는 액티브 클릭과 패시브 클릭을 가진 로터의 톱니형 휠의 상세한 작동을, 모터 평면을 따라 절단하여 예시한 횡단면도.
도 2는, 한 모터 스텝 전 아이들 상태에 있을 때, 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 로킹 장치를 예시한 횡단면도.
도 3은 제 1 로킹 핑거를 하강시키는 단계 동안 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 로킹 장치를 예시한 횡단면도.
도 4는 한 모터 스텝 동안 본 발명에 따른 바람직한 구체예에 따른 로킹 장치를 예시한 횡단면도.
도 5는 제 2 로킹 핑거가 정지되었을 때 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 로킹 장치를 예시한 횡단면도.
도 6은 제 1 로킹 핑거가 상승하고 난 뒤 그리고 액츄에이터와 제 2 로킹 핑거의 복귀 동안 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 로킹 장치를 예시한 횡단면도.
도 7은, 한 모터 스텝의 끝 부분에서 아이들 상태에 있을 때, 본 발명의 바람직한 구체예에 따른 로킹 장치를 예시한 횡단면도.
도 8은 본 발명에 따른 로킹 방법의 바람직한 구체예의 단계들과 로킹 장치의 다양한 상태들을 구성하는 상태 다이어그램을 예시한 도면.
* 도면부호 *
1 드라이브 모듈
2 모터 액츄에이터
3 이동 액츄에이터 바늘
4 이동 바늘의 요동운동 방향
5 액츄에이터의 액티브 클릭
6 패시브 클릭
7 톱니형 휠
8 제 1 로킹 핑거
9 제 2 로킹 핑거
10 제 2 로킹 핑거용 제 1 스톱 부재
11 제 2 로킹 핑거용 제 2 스톱 부재
12 제 1 로킹 핑거 액츄에이터
13 제 2 로킹 핑거 액츄에이터
14 로킹 핑거들을 작동하기 위한 프로그래밍가능 회로
15 제 1 로킹 핑거용 제 1 스톱 요소
16 제 1 로킹 핑거용 제 2 로킹 요소
A 제 1 로킹 핑거를 하강시키는 단계
B 톱니형 휠과 제 2 로킹 핑거를 구동하는 단계
C 제 1 로킹 핑거를 상승시키는 단계
D 톱니형 휠 드라이브에 대해 반대방향으로 액티브 클릭을 복귀시키는 단계
E1 제 2 로킹 핑거를 하강시키는 단계
E2 제 2 로킹 핑거 복귀 단계
F 제 2 로킹 핑거를 상승시키는 단계
110 두 개의 핑거들이 두 개의 연속적인 톱니 위로 상승하며, 제 2 핑거는 제 1 스톱 부재에 대향하여 상승된, 시스템의 아이들 또는 정지 상태
010 제 1 핑거는 하강되고, 제 2 핑거는 제 1 스톱 부재에 대향하여 상승된, 한 톱니만큼의 증분되는 시스템 상태
011 제 2 핑거는 상승되고 제 2 스톱 부재에 대향하며, 제 1 핑거는 여전히 하강된, 한 톱니만큼 증분된 후의 시스템 상태
111 제 2 핑거는 상승되고 제 2 스톱 부재에 대향하며, 제 1 핑거는 상승된, 한 톱니만큼 증분된 뒤 완전히 로킹된 시스템
101 제 1 핑거는 상승되고, 제 2 핑거는 제 2 스톱 부재에 대향하여 하강된, 완전히 로킹된 시스템 상태
100 제 1 핑거는 상승되고, 제 2 핑거는 제 1 스톱 부재에 대향하여 하강된, 완전히 로킹된 시스템 상태
Claims (13)
- 시계 기어 트레인용 드라이브 모듈(1)의 로킹 및 단위 증분용 장치로서, 상기 모듈(1)은 톱니형 휠(7)과 협력하는 액티브 클릭(5)으로 끼워맞춤된 액츄에이터(2)를 포함하고, 상기 장치는 톱니형 휠(7)과 협력하는 제 2 핑거(9)와 제 1 핑거(8)를 포함하는 로킹 및 단위 증분용 장치에 있어서,-제 1 핑거(8)가 톱니형 휠(7)의 톱니들 중 하나와 맞물릴 때 상기 제 1 핑거(8)는 톱니형 휠(7)의 회전을 전체적으로 로킹하고,-제 2 핑거(9)는 제 1 스톱 부재(10)와 제 2 스톱 부재(11) 사이에 배열되며, 제 2 핑거(9)가 톱니형 휠(7)의 톱니들 중 하나와 맞물릴 때 스톱 부재(10, 11)들 사이의 공간은 상기 톱니형 휠(7)의 각행정(angular travel)을 제한하는 로킹 및 단위 증분용 장치.
- 제 1항에 있어서,톱니형 휠(7)의 최대 각행정은 상기 톱니형 휠(7)의 한 톱니인 것을 특징으로 하는 로킹 및 단위 증분용 장치.
- 제 1항에 있어서,제 1 로킹 핑거(8)는 병진운동에서 하나의 자유도를 가지며 제 2 로킹 핑거(9)는 병진운동에서 두 개의 자유도를 가지는 것을 특징으로 하는 로킹 및 단위 증분용 장치.
- 제 1항에 있어서,제 1 로킹 핑거(8)는 톱니형 휠(7)의 반경을 따라 병진운동에서 하나의 자유도를 가지며 제 2 로킹 핑거(9)는 액티브 클릭(5)의 요동운동 방향(4)을 따라 병진운동에서 하나의 자유도를 가지는 것을 특징으로 하는 로킹 및 단위 증분용 장치.
- 제 3항에 있어서,제 2 핑거(9)는 제 1 핑거(8)와 동일한 자유도 및 추가적인 자유도를 가지는 것을 특징으로 하는 로킹 및 단위 증분용 장치.
- 제 1항에 있어서,톱니형 휠(7)의 톱니들과 로킹 핑거(8, 9)들의 끝 부분은 노치 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 로킹 및 단위 증분용 장치.
- 제 1항에 있어서,핑거(8, 9)들은 일렉트로스태틱 또는 유압식 액츄에이터(13, 14)들에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 로킹 및 단위 증분용 장치.
- 제 1항에 있어서,추가적으로, 핑거(8, 9)용 작동 신호(actuating signal)들을 제어하기 위한 프로그래밍 가능한 전기회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 로킹 및 단위 증분용 장치.
- 제 1항에 있어서,추가적으로, 핑거(8, 9)의 운동을 작동시키기 위한 캠(cam)을 포함하는 것을 특징으로 하는 로킹 및 단위 증분용 장치.
- 제 1항에 있어서,제 2 핑거(9)는 액티브 클릭(5)의 액츄에이터(2)에 결합되는 것을 특징으로 하는 로킹 및 단위 증분용 장치.
- 제 1항 내지 제 10항들 중 어느 한 항에 따른 로킹 장치를 사용하는 시계 기어 트레인용 드라이브 모듈(1)의 로킹 및 단위 증분용 방법에 있어서, 상기 방법은,(A)제 1 핑거(8)를 하강시키고 톱니형 휠(7)을 구속해제하는 단계,(B)액츄에이터(2)의 액티브 클릭(5)에 의해 톱니형 휠(7)을 회전하도록 구동하는 단계,(C)제 1 핑거(8)를 상승시키고 이 핑거를 톱니형 휠(7)의 톱니들 중 하나와 맞물리는 단계,(D)액츄에이터(2)의 액티브 클릭(5)을 구속해제하고 복귀시키는 단계,(E)제 1 스톱 부재(10)에 대향하여(against) 제 2 핑거를 구속해제하고 복귀시키는 단계,(F)제 2 핑거(9)를 상승시키고 이 핑거를 톱니형 휠(7)의 톱니들 중 하나와 맞물리는 단계를 포함하는 로킹 및 단위 증분용 방법.
- 제 11항에 따라 시계 기어 트레인용 드라이브 모듈(1)의 로킹 및 단위 증분용 방법에 있어서,단계(E)는 제 2 핑거(9)를 하강시키는 제 1 보조단계(E1) 및 제 1 스톱 부재(10)에 대향하여 상기 제 2 핑거를 복귀시키는 제 2 보조단계(E2)로 구성되는 것을 특징으로 하는 로킹 및 단위 증분용 방법.
- 제 11항에 있어서,제 2 핑거(9)의 및 액츄에이터(2)의 액티브 클릭(5)을 구속해제하고 복귀시키는 단계(D, E)들은 동시에 일어나는 것을 특징으로 하는 로킹 및 단위 증분용 방법.
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