温度駆動巻きシステム

関連出願の相互参照

本発明は、2013年3月15日に出願された米国仮出願第61/787,727「温度駆動巻きシステム」の便益を主張し、その全ての内容はここに参照して組み込まれる。

著作権及び法律上の表示

本特許文書に開示されるものの一部には、著作権保護の対象となる資料が含まれている。出願人は、特許商標庁の記録として特許開示されている特許文書に関しては、第三者によるファクシミリ複製に異論はないが、そうでない場合はいかなる場合も、すべての著作権を留保する。また、本願に記載される第三者の特許又は記事は、先行技術を理由として、本発明がその物件を先行する権利がないことを承認するものとして考慮すべきでない。

本発明は、時計のための自動巻きシステムに関し、より詳細には、温度差駆動自動巻き時計、とりわけ温度の変化に反応して巻かれる腕時計に関する。

電池式腕時計を除き、全てとは言わずとも多くの腕時計は、巻き重量または腕時計の装着者の腕の動きに応じた方向に回転する腕時計のローターによって、主バネバレルアーバー(barrel arbor)を介して主バネを巻くためのエネルギーを受け取る。この装着者の腕の動きは、巻き重量または回転軸を回転するローターを促進させる。これにより、それが取り付けられるシャフトの双方向回転が生じる。このシャフトの双方向回転は、主バネを巻く別のシャフトの一方向回転に転換される。時計において一方のシャフトの双方向回転をもう一方のシャフトの一方向回転に転換する単純かつ一般的な機構は、ペラトン機構として知られている。ペラトン機構は、一方の端部が二股に分けられたレバーから構成される。二股のアームは、偏心された揺動運動を生じるように回転カムまたは偏心ピンによって作用される。レバーのバネ装填爪部は、爪車の間隔が空いた場所で爪車と係合することで、巻き重量またはローターによって誘発されるレバーの揺動運動によりラチェットの一方向回転を生じる(例、米国特許2,696,073および4,174,607)。

このような類の機械転換を行うまた別の機構は、ウィグワグ(wig−wag)機構として知られている。この機構では、双方向に回転可能なシャフトのピニオンが、直線状に移動可能なウィグワグギヤを駆動する。このギヤは、ウィグワグギヤの回転方向に応じて2つあるその他のギヤのうちの一方に係合する。ギヤ配置は、主バネバレルが常に主バネを巻く方向に駆動されるように構成される。

自動巻き腕時計は、通常約1日半から3日程度のパワーリザーブを有する。これは自律性とも呼ばれる。「自律性」および「パワーリザーブ」という用語は、自動巻き腕時計が満巻されて尚かつ装着されなかった場合に作動し続ける期間を指す。時計のパワーリザーブを増加させる様々な努力が試みられたが、未だに装着されない期間を経ると全てのパワーリザーブを失ってしまうという結果が生じる。このため、使用者の腕の動きから得られる固有のパワーリザーブに依存しない自動巻き時計の必要性がある。本発明は当該技術分野におけるこれらおよびその他の必要性を解消する。

本発明は、装置を付勢するための駆動システムを提供し、該駆動システムは貯蔵部内の流体の温度差による膨張および収縮によって、直線的な前後運動を提供し、上記貯蔵部はベローズと流体接触するベローズ作動駆動を含む。

本発明の別の目的は、時計を付勢するための駆動システムを提供することである。該システムは円形または略円形の貯蔵部を含み、該貯蔵部内の流体は温度差に応じて膨張および収縮し、1つまたはそれ以上のベローズが貯蔵部と流体接続することで流体の膨張および収縮に応じた運動を提供する。

本発明のまた別の目的は自動巻き時計を提供することである。時計は、ケーシング、ムーブメント、ムーブメントを駆動するための主バネとケーシングにおける主バネの巻き機構、および巻き機構を駆動するためのエネルギー源を含む。該エネルギー源は、図中ではC形状の(しかし、どんな幾何学的形状であってもよい)構造で示される貯蔵部と、温度差に応じて膨張および収縮する貯蔵部内の流体と、貯蔵部と流体接続することで流体の膨張および収縮に応答した運動を提供する1つまたはそれ以上のベローズとからなる。

さらに、本発明のまた別の目的は、動作温度差の範囲で時計を付勢する方法を提供することである。該方法は、流体で満たされた貯蔵部を1つまたはそれ以上のベローズと流体接続し、ベローズの運動を作動するために貯蔵部およびベローズ内の流体の膨張および収縮のために温度差を提供することを含む。本発明のこれらおよびその他の目的は、図面、図面の簡単な説明および発明の詳細な説明においてさらに詳細が示される。

本発明の駆動システムの断面の上面図である。

本発明の駆動システムのまた別の実施形態の断面の上面図である。

本発明で使用される複合的ベローズ機構の正面図である。

本発明で使用される複合的ベローズ機構の斜視図である。

本発明の駆動システムが組み込まれた時計の上部斜視写真である。

本発明の駆動システムが組み込まれた図4の時計の後部斜視写真である。

本発明の駆動システムが組み込まれた時計の改変形態の上部斜視写真である。

本発明の駆動システムが組み込まれた図6の時計の改変形態の写真の後部上面図である。

図4の時計の改変形態の拡大された後部斜視図である。

歯車および図9Bで示される機構で使用される軟らかい摩擦面のサブシステムを有するギヤの側面斜視図である。

本発明における時計機構のサブシステムの上面図であり、時計機構の一部の拡大図である図9C及び本発明のバネの側面斜視図である図9Dを含む。

本発明のバネの側面斜視図である。

歯車および図10Bで示される機構で使用される軟らかい摩擦面のサブシステムを有するギヤの分解組立図である。

本発明における時計機構のサブシステムの上面図であり、時計機構の一部の拡大図である図10Cと時計機構の別の一部の拡大図である図10Dを含む。

本発明のバネの側面斜視図である。

Tロッドサブシステムの概念図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

第46〜53段落の説明図である。

図面に示される要素は単純化及び明確性のために開示され、必ずしも縮尺で描かれていないことは、当業者には明らかである。例えば、本発明の様々な実施形態の理解をより深めるために、図面のいくつかの要素の寸法は、その他の要素に対して強調して描かれていることもある。さらに、本件で用いられる「第1」、「第2」やその類の用語は、とりわけ、類似する要素を区別するために使用され、必ずしも順次的または時系的な順番を示すものではない。また、明細書および/または請求項における「正面」、「背面」、「上部」、「底部」やその類の用語は、便宜的な目的で使用され、必ずしも限定的な相対位置を総合的に表わすものではない。上記のように用いられる用語は、例えば本願で開示される様々な実施形態が、明確に図示又は説明される以外の構成および/または配向でも操作可能であるような、適切な状況下では置き換えられてもよいことを当業者は理解されたい。

好適な実施形態の詳細な説明

以下の説明は本質的に例示的であり、本願が出願された時点で発明者が知り得た本発明の最良の態様を説明するもので、本発明の範囲をいかなる意味でも制限するものではない。その結果として、本願で開示される例示的な実施形態におけるすべての要素の配置および/または機能は、本願発明の精神および範疇から逸脱することなく変更を加えることが可能である。

本発明は、例えば、時計400、600(図4〜8)およびそのサブシステムなどの油圧機械式の時計のための駆動装置、および本件に記載されるその他の装置に関する。これらの例示的な時計は、以下に記載される機能的目的のために、そのサブシステムにおいて液体402が使用され、一例としてチタンや、ショットピーニングされて、例えばピンクゴールド、ブラックDLC皮膜チタン、レッドゴールド等の特定の色が刷かれた梨地面を有するチタンから構成される。もちろん、その他の金属やポリマー材料も時計に使用されてもよい。時計は、例えば円周が約48mm、厚さまたは深さが約18mmに寸法設定され、テーパ状のベゼルを含んでもよい。使用者の腕または手首に装着されるように、より小さなまたはより大きな寸法が用いられることももちろん可能である。

液体402、616(図4および6)は、ダイヤルの端周辺の円管826(図8)上に時間を表示するために用いられる。駆動システム10のピストン状装置828、830(図8)の1つまたは複数はベローズ404、406と併せて使用され、その幾らかまたは全ての部分はダイヤル408上またはその下側周辺で使用者が可視でき、円形の目盛410に時刻を表示させるために液体402を押したり引いたりするのに使用される。分412は、時計装置400の中央上部416周辺に任意的に配置された、中くらいの大きさのサブダイヤル414に表示される。時計装置400の(右または左の)側面部には、光学パワーリザーブインジケーター418が手動巻き機械ムーブメントのために配置される。時計装置400の幾つかまたは全ての内部要素406、406、414、418は、上側表面422に配置された透明カバー420を通して可視でき、任意的には時計装置400の下側表面500(図5)には第2透明カバー502が配置される。

本発明の改変形態として、時計装置600は図6および7に示される。ベローズ602および604は、大よそ6時の位置にV形状の構成で配置される。この構成により、以下に説明されるように、時計機構のサブシステムを流体システムに接続するインターフェース606の一体化が最適化される。ベローズ602、604の対を反映するように、バランスバネ(図示なし)がブラックブリッジ(black bridge)608の正午の位置に配置される。3時の位置には「H−N−R」クラウン位置インジケーター610が配置され、それは温度インジケーター614の要素とされるもう1つのハンド612の存在によって平衡される。腕時計が装着されると、この機能によって使用者は流体616が機能的な最適温度範囲にいつ到達したかを正確に知ることができる。流体616は、一連の腕時計製造の仕様に準ずる。流体616は、例えば赤、黄、緑などの様々な色で提供され、振動、衝撃および温度差に対して均質的な抵抗を提供し、装置600の長期に及ぶ確実な耐水性には変化は生じない。フルオレセインが含まれた液体616が完全に一周(回転)して6:00〜18:00の位置まで達すると、吐出ポンプが圧縮される一方でベローズ602、604受け部が伸長されて、抵抗が生じることにより結果としてエネルギー必要量が増加する。

ベローズ602、604は微粒子の合金から構成され、非常に高い柔軟性と抵抗性を有する。別の改変形態では、ベローズ602、604は抵抗性および柔軟性の高い電着された合金からなり、ピストン828,830(図8)によってそれぞれ駆動される。ベローズ602、604の形状により、それらの圧縮に要するエネルギーが低減され、衝撃が吸収されて堅牢な防水が保証される。中央には、分針618が流体システムの構造に完璧に適合するように階段状に構成および設計され、分針は30分が経過するとベローズ602、604を避けるために跳ねるように設計される。

図7には、装置600の内部構造702の背部700が示される。本発明の一改変形態では、自動巻き時計600は、複数のベローズ602、604を含み、そのうちの少なくとも2つのベローズ602、604は1度以上かつ約180度以下の角度で相互に配置される。別の改変形態では、少なくとも2つのベローズ602、604は、約45度以上かつ110度以下の角度で互いに対して配向される。また別の改変形態では、ベローズ602、604は互いに対して90度の角度で配置される。ベローズ602、604の機械的に相互作用する幾つかの構成要素は、ベローズ602、604と同様の角度配向を有することが理解されたい。

図8は時計400の後方分解斜視図である。流体402の正確なマイクロリットル分量が、耐水性を提供するために密閉された回路に使用される。クラウンと液体402のリンクにより、時計システムは液体402があまり速く動き回ってメニスカス(図示なし)を損傷しないように設計される。機械ムーブメント機構822は時計400の上部824に配置され、ピストンを押してベローズ602、604を作動させるカムを推進させる。機械ムーブメントと油圧システムの間のインターフェースは、密閉された防水回路として設計される。その両方はそれぞれ独立するように個別に組み立てられ、それから同時に作動されるように設計される。

次に図1を参照して、本発明は装置を付勢するための駆動システム10を提供する。駆動システム10は、ベローズ104によって作動される駆動インターフェース105を含む。ベローズ作動の駆動インターフェース105は、温度差に応じた伝熱流体107の流体伸長および収縮(図1および2に示されるような)によって直線的な前後の並進運動を提供する。流体107は剛性の貯蔵部100内に配置される。貯蔵部100はベローズ104と流体接続される。貯蔵部100は、駆動部の外側の温度差が流体107に熱的に伝達される熱導管として作用するのに適したどんな材料で構成されてもよい。ベローズ104は、流体107の液量が変化した際に、ベローズ104がベローズ本体部に対して軸方向に移動可能となるように、軟性のエラストマー材料から構成される。ベローズ104と剛性の貯蔵部100(図示なし)は、任意的な機械的インターフェースによって接続される。本発明の一改変形態では、ベローズ104は、図に示されるようにアコーディオン状の本体部を有する。

駆動インターフェース105は、駆動システムの使用法に応じて、幾つかある中の一つの形態をとることができる。例示的な駆動インターフェース105は図2にて示される。剛性貯蔵部10の寸法は、様々な幾何学的構造で設定される。図1および2で示されるように、貯蔵部10は、腕時計を付勢すると共に、貯蔵部内の流体の以下の特性を活性化するために、以下の寸法を有する略円形の管状構造(例えば、略C形状または略U形状の)をとる。外径−約40mm、内径約30mm、厚さ約5mm、貯蔵庫角度約270°、貯蔵庫内容積8247mm³またはその近似値、表面インターフェース19.63mm²またはその近似値(5mmまたはその近似値のディスク直径を有する)、拡張係数(1/摂氏温度)−0.0012(3Mフロリナート(登録商標)電子液体FC−40を使用)、1℃毎の膨張9.90mm³、インターフェースにおけるムーブメント0.50mm、3℃での膨張(29.69)、インターフェースにおけるムーブメント1.51mm、50℃毎の膨張494.80mm³−インターフェースにおけるムーブメント25.20mm(0℃から+50℃)、90℃での膨張890.64mm³(−20℃から+70℃)、インターフェースにおけるムーブメント45.36mm。本発明のまた別の改変形態では、システムは高い熱膨張係数を有する流体を含む。このため、装置が激しい温度変化に耐えなければいけない場合、ベローズ104の形状、構成およびその剛性は、極高温度でも装置が損傷を受けないように適応または調整される。

次に図3Aおよび3Bを参照して、大ベローズ200および小ベローズ201からなる複合的なベローズ104’が例として提供される。もちろん、ベローズ200、202の寸法および構成は所望の機能を得るために互いに異なってもよい。複合ベローズ104’は、図で示されるように高さ204と高さ206では異なる断面を有する。この実施形態では、(大ベローズ200の)領域Aの剛性は(小ベローズ202の)領域Bの剛性よりも大幅に高い。従って、ベローズの材料の剛性または3次元的構造もまた、互いに異なってもよい。極高温度または大よそ10℃から15℃の変動に関連した通常の動作では、小ベローズはギヤ112を作動するためにアクティブとなる。装置10が高い極高温度にさらされると、小ベローズ202はその上面部210が、その弾性範囲を超えて伸長するのを防止する係止アーム212に当接するまで伸長される。両ベローズは、相互と異なる弾性範囲を提供する材料から構成されてもよい。温度が上昇すると、大ベローズ200が優勢になって伸長がより小さくなり、これによってシステムの全体的な伸長が複合ベローズ104’の弾性範囲内に止まるように制御され、装置10を損傷し得る過剰な伸長を防止する。

低プロファイルを有することで時計ケーシング内に装置が配置可能となるように、複合ベローズ104’の厚さ「t」は、その構成要素の幅w1およびw2と比較して狭小にされてもよい。

駆動システム10は、例えば、腕時計、懐中時計、時計、医療装置、移植可能な医療装置、心臓律動管理装置、補聴器、医療用マイクロインジェクタ、センサーやバイオメトリック送信機などの様々な装置を駆動するために用いられる。このように、本発明は、発明の一改変形態において腕時計を付勢するための使用のみに限定されるものではなく、むしろ多様な装置適用が可能である。

図2を参照すると、一例では駆動システム10は時計を付勢するために使用される。駆動システム10は略U形状の密閉された貯蔵部100を含む。U形状の貯蔵部は、本発明で使用される様々な駆動インターフェース105からなる内側領域109を含む。図2で描かれる駆動インターフェース105は、例示のためのみ開示される。その他の例示的な駆動インターフェース105は、カムシステム、genouillereシステムおよびマルチレバーシステムなどの運動伝達機構を含む。

流体102は貯蔵部100内に収容される。(剛性かつ透明または半透明の材料から形成される剛性の)貯蔵部内の流体102は、温度差に応じて伸長および収縮する。本発明では様々な流体が使用される。一例として、本発明の装置、システムおよび方法において有用な流体は、非腐食性かつ化学的に非反応性で、本質的に化学的に不活性の流体である。また、流体は非爆発性かつ非燃性で、その気体または液体が皮膚接触、吸引および消化されても生物、特に人間に対して毒性を有さない。操作の状況下では、流体は単相(例えば、液体)で維持されることが有用となる。例示的な流体は、比較的不活性なフッ素化有機化合物、好適には全てまたは本質的に全ての水素原子がフッ素原子で代替される化合物からなる。「ペルフルオロ」という前置詞は、全てまたは本質的に全ての水素原子がフッ素原子に代替された化合物を含む。

フッ素化された不活性流体は、約5個から約18個またはそれ以上の炭素原子を有するフルオロ脂肪族化合物の1種または混合物であり、任意的には1つまたはそれ以上の、二価酸素、三価窒素または六価硫黄などのカテナリーヘテロ原子を含む。本発明で有用となる適切なフッ素化された不活性流体は、例えば、ペルフルオロペンタン、ペルフルオロヘキサン、ペルフルオロヘプタン、ペルフルオロオクタン、ペルフルオロ−1、2−ビス(トリフルオロメチル)ヘキサフルオロシクロブタン、ペルフルオロテトラデカヒドロフェナントレンおよびペルフルオロデカリンなどのペルフルオロアルカンまたはペルフルオロシクロアルカン;ペルフルオロトリブチルアミン、ペルフルオロトリエチルアミン、ペルフルオロトリイソプロピルアミン、ペルフルオロトリアミルアミン、ペルフルオロ−N−メチルモルホリンおよびペルフルオロ−N−イソプロピルモルホリンなどのペルフルオロアミン;ペルフルオロブチルテトラヒドロフラン、ペルフルオロジブチルエーテル、ペルフルオロブトキシエトキシホルマール、ペルフルオロヘキシルホルマールおよびペルフルオロオクチルホルマールなどのペルフルオロエーテル;ペルフルオロポリエーテル;ペンタデカフルオロヒドロヘプタン、1,1,2,2−テトラフルオロシクロブタン、1−トリフルオロメチル−1,2,2−トリフルオロシクロブタン、2−ヒドロ−3−オクサヘプタデカフルオロオクタンなどのヒドロフッ素炭素を含む。適したフッ素化された不活性流体は、商標「フルオリナート」として3M会社から販売されている流体および、米国特許第34,651、5,317,805、5,300,714、5,283,148、5,251,802、5,205,348、5,178,954、5,159,527、5,141,915、5,125,978、5,113,860、5,104,034、5,089,152、5,070,606、5,030,701、5,026,752、4,997,032、4,981,727、4,975,300、4,909,806にて開示され、参照として本件に組み込まれるフッ素化された不活性流体を含む。フルオリナート流体は、それぞれ155℃、174℃、215℃、215℃および215℃の沸点を有するFLOURINERT FC−40、FC−43、FC−5311、FC−70およびFC−5312を含む。これらのうち最も好ましいのは、3M FLUORINERT(TM)FC−40である。所望の機械的パラメーター内でベローズ104を適切に作動させるために必要な伸縮に適した特性を有するものであれば、その他の流体を本発明で用いることももちろん可能である。

ベローズ104は領域109のU形状内に配置され、任意的に領域109は例えば伸長および/または収縮フィンなどのフィン115を複数含む。ベローズ104は、流体102と相溶性のある、適したエストラマー材料から構成される。ベローズ104はさらに機械的インターフェース部119を含み、ベローズ104は流体102の伸縮に反応した軸方向運動を提供する貯蔵部100と流体接続する。本発明の図2で示される改変形態では、駆動システム10はスライダー110と第1直径を有する第1ハーフホイール(half−wheel)112をさらに含み、スライダー110を介してベローズ104はその直線運動を伝達する。また、第2直径を有する第2ホイール114も備えられる。第2ホイール114は第1ハーフホイール112によって駆動される。倍増された運動を提供するために、第1ハーフホイールと第2ホイールの直径差によって運動が倍増される。ハーフホイール112とホイール114は、相互に作用するように適切に寸法設計された歯を有する。一改変形態では、倍増された運動はスパイラルバネ(図示なし)をリチャージするのに用いられる。第2改変形態では、倍増された運動は発電機(図示なし)を作動および付勢するのに使用される。もちろん、駆動システム10が使用される装置に応じて、その他のサブシステムを作動することもできる。

駆動システム10は、さらにベローズ104によって作動されるピストン106からなる。ピストン106は、図2の矢印で示されるような直線的な前後運動を提供する。ピストンガイド108によって、ピストン106の軸方向運動が制御される。この例示的な構造では、ベローズ104は図2で示されるその他の機械的な機構と接触するが、ベローズは腕時計などの使用に適しており、本発明の駆動システムを用いてその他の(電気的/機械的または電子機械的な)機構が作動可能であることを理解されたい。

上記で説明されたように、本発明は手巻き時計400、600もまた提供する。時計400、600は、ケーシング、ムーブメント、ムーブメントを駆動するための主バネとケーシングにおける主バネの巻き機構、および巻き機構を駆動するためのエネルギー源を含む。ここではこのエネルギー源の説明がなされ、エネルギー源は略U形状の(もちろん、その他の幾何学的形状であってもよく、略円形または腕時計ケーシングに収まる適切な形状であればどれであってもよい)構造で示される貯蔵部100、温度差に応じて膨張および収縮する貯蔵部内の流体102および上記U形状内に配置されるベローズ104からなる。ベローズ104は、流体102の膨張および収縮に応答して軸方向運動を提供することで、ピストン106および(ピボット113で回転する)ハーフホイール112を移動させるように、貯蔵部100と流体接続してなる。

本件で説明される発明は、さらに動作温度差の範囲で時計を付勢する方法を提供する。動作温度差は、例えば概日リズムなどの使用者の体温の変化と周囲の外気温の変化によって生じる。これらの変化は、日や風などにさらされた領域間の温度前線(temperature fronts)によって、昼夜サイクルで生じる。この方法は、流体で満たされた貯蔵部をベローズと流体接続し、ベローズの直線運動を作動するために貯蔵部およびベローズ内の流体が膨張および収縮するように温度差を提供することを含む。図1および2に関連して上記で説明されたように、ベローズ104によって作動され、協働する可変伝導速度システムが備えられる。可変伝導速度システムによって、時計は動作温度差周りで十分な伝導速度を維持しつつ、温度範囲差が大きい場合もシステムを破壊することなく耐えることが可能となる。

次に、歯車およびギヤ機構のまた別の改変形態と、図10A〜10Eにも別の改変形態が示されたサブシステム900の側面斜視図が示された図9Aを参照する。図9Bは本発明の時計機構/システム900の上面図である。システム900の目的は、平角ロッドT1002の前後の直線運動における20ミクロンの変位を捉え(時計製造者の要件に応じてそれより大きいまたは小さい変位も捉えることももちろん可能である)、ラチェットGアセンブリ1022’に配置された時計バネ(図示なし)を巻くことである。この説明は、軸T1006(図10に図示されるが、図9Bの説明にて参照される)より右側に注視されたものである。軟らかい摩擦面のサブシステムB1018およびD1016を備えた歯車/ギヤを有する左側の機構1008は、右側の機構A1032、C1034の鏡像であり、システム1000の安定化を目的とする。従って、ここで説明されるギヤサブシステムは、ロッドT1002の運動軸に関連した鏡像サブシステムを含む。

これまで4つのサブシステムが開示されたが、本発明の改変形態ではより小さいまたはより多数のサブシステムが使用される。システム900には、Kプレート1009’および1009”のシステムもまた含まれる。(例えば、ピストン1050に接続されたベローズ1052内の流体の熱膨張または熱収縮によって)平角ロッドT1002が1の方向に移動する際、軟らかい摩擦面d1010を有するギヤ(図10Bにも図示される)もまた摩擦によって同方向に駆動され、バネR1012によって拘束される。様々なギヤ1028、1030(Aa、Bb、Cc、Dd)の組み合わせは、それらギヤシステムのそれぞれの矢印で示されるように回転される。回転が進むほど、平角ロッドT1002と歯車D1014の間隔は狭くなるため、ギヤd1010と平角ロッドT1002/歯車D1014間の摩擦は増加する。歯車D1016は矢印によって示されるように駆動される。ギヤトレインD1016、B1018およびE/e1020に次いで、ギヤサブシステムE/eは回転し、図示されるその他のギヤの組み合わせおよびサブシステムと同様に、図9Bで示されるように回転係合し、変位は倍増されてラチェットG1022’に送られる。ラチェットギヤG1022’は、領域Aの分解図である図10DのI1025で示される摩擦システム1027のおかげで、Hブラケット1024、1026によって固定される。

次に図9C(および図10C)を参照すると、固定システム1026と1024には、ギヤ1022’の円滑な円周に沿ってローラー1054が回転可能に収容される複数の凹部1053が含まれる。また、固定要素1056も含まれる。摩擦サブシステム1027(図9A〜10E)にはロッド1002への接続システムと、ベローズシステムまたは本件で説明されたその他のシステムが含まれる。平角ロッドT1002が方向2に進むと、軟らかい摩擦面b1028を有するギヤが摩擦によってこの方向に駆動されて再びギヤトレインB1030、e/E、Gを駆動する。方向が逆の場合、軟らかい摩擦面d1032を有するギヤ(一改変形態のその他のギヤ組み合わせでも同様に)Dとの係合が外れ、T1002および歯車システムD1016の表面を滑走し、変位2が増加するとさらに滑走する。方向1または2どちらでも、ラチェットG1022は示される方向に回転する。

次に、図9Bで示される機構およびシステムで用いられる歯車1030と軟らかい機能性表面1028を有するギヤのサブシステム1029の斜視図である図9Aを参照する。ギヤ1030には2つの部分があり、一方はギヤまたはローラー1028を収容するのに十分な高さの円滑で摩擦的に係合する円周部分1031で、もう一方はシステム900のその他の要素と嵌合し、回転係合する歯部1033である。軟らかい機能性表面システムギヤa、b、c、d、はそれぞれの駆動トレインシステムA1032、B1018、C1034、D1016に複製され、その例示的なギヤ1030が図9Aおよび図10Aに示される歯車A、B、C、Dを含む。

それぞれのサブシステムは、より大きいギヤ、より小さな嵌合ギヤおよびバネrの組み合わせからなり、全てのサブシステムは相互に対して様々な回転関係で作動する。例えば、サブアセンブリの大きいギヤDが反時計回りに回転すると、サブアセンブリの大きいギヤDは時計回りに回転する。一方、小さいギヤはa−時計回り、b−時計回り、 c−反時計回り、d−時計回りに回転する。ギヤ1022’が時計回りに回転する一方で、同時にギヤサブシステムE/eが反時計回りに回転する。その他の回転に関する改変案も本発明に適用可能であることを理解されたい。

次は、図9Bの時計機構の一部の拡大図であり、構成要素1028にさらに複製される構成要素1024の構造に関する詳細を含む図9Cを参照する。構成要素1024および1028はギヤ1022’の反対側に配置されるペアとして示される一方、本発明の改変形態では1つ、3つまたはそれ以上の同様の要素が使用されることを理解されたい。次は、図10Bの時計機構また別の一部の拡大図である図9Dを参照する。図10Eは、バネrまたは固定クリップr1028の上面図である。アイドラギヤがバネr1028’と連携するように付勢される。システム900は一方の方向に進み、もう一方の方向に滑ることで巻かれる。このように、システム900は両方向に移動することができる。全体的に見ると、機構は円形または平角ロッドを中心に対称である。時計バネは両方向に巻かれるため、滑り配置および機構が備えられ、時計が両方向に巻かれるように様々なサブシステムが横方向に配置されて構成される。

次いで、本発明の時計機構/システム1000の上面図である図10Bを参照する。システム1000の目的は、平角ロッドT1002の前後の直線運動における20ミクロンの変位を捉え(時計製造者の要件に応じてそれより大きいまたは小さい変位も捉えることももちろん可能である)、ラチェット1004に配置された時計バネ(図示なし)を巻くことである。ここでは、軸T1006の右側に注視して説明される。軟らかい摩擦面のサブシステムBおよびDを備えた歯車/ギヤを有する左側の機構1008は、右側の機構1008の鏡像であり、システム1000の安定化を目的とする。システム1000には、プレート1009もまた含まれる(図11の熱伝導管1106も参照)。(例えば、ピストン1050に接続されたベローズ1052内の流体の熱膨張または熱収縮によって)平角ロッドT1002が1の方向に移動する際、軟らかい摩擦面d1010を有するギヤもまた摩擦によって同方向に駆動され、バネR1012によって拘束される。回転が進むほど、平角ロッドT1002と歯車D1014の間隔は狭くなるため、ギヤd1010と平角ロッドT1002/歯車D1014間の摩擦は増加する。歯車D1014は矢印で示されるように駆動される。ギヤトレインD1016、B1018およびE/E1020に次いで、変位は増幅されて、領域Aの分解図である図10DのI1025で示される摩擦システム1027のおかげで、Hブラケット1024、1026によって固定されるラチェットG1022に送られる。摩擦サブシステム1027にはロッド1002への接続システムと、ベローズシステムまたは本件で説明されたその他のシステムが含まれる。平角ロッドT1002が方向2に進むと、軟らかい摩擦面b1028を有するギヤが摩擦によってこの方向に駆動されて再びギヤトレインB1030、e/E、Gを駆動する。方向が逆の場合、軟らかい摩擦面d1032を有するギヤは(一改変形態のその他のギヤ組み合わせでも同様に)Dとの係合が外れ、T1002および歯車システムD1016の表面を滑動し、変位2が増加するとさらに滑動する。方向1または2どちらでも、ラチェットG1022は示される方向に回転する。次に、図10Bで示される機構およびシステムで用いられる歯車1030と軟らかい機能性表面1028を有するギヤの拡大図である図10Aを参照する。軟らかい機能性表面システムギヤa、b、c、d、は、それぞれの駆動トレインシステムA1032、B1018、C1034、D1016に複製され、その例示的なギヤ1030が図10Aに示される歯車A、B、C、Dを含む。次は、図10Bの時計機構の一部の分解図であり、要素1024の構造に関する詳細を含む図10Cを参照する。そして、図10Bの時計機構のまた別の一部の拡大図である図10Dを参照する。図10Eは、バネRの上面図である。アイドラギヤは、バネRと押し込み関係(wedging relationship)をなすように付勢される。システム1000は一方の方向に進むと巻かれ、もう一方の方向には滑る。このように、システム1000は両方向への移動が可能となる。全体的に見ると、機構は円形または平角ロッドを中心に対称である。時計バネは両方向に巻かれるため、滑り配置および機構が備えられ、時計が両方向に巻かれるように様々なサブシステムが横方向に配置されて構成される。

ロッド1002は自由自在に移動する必要があるが、ロッドには摩擦力も働くため、配列に関する問題が生じる。対称型システム1000はロッドの両側の力が同等になるように設計される。しかし、ロッド1002の横方向の移動または軸に平行な動作が生じることもある。フランジによってロッド1002の横方向の動作が制限されるように、任意的なフランジまたは固定機構が備えられる。該部品はシステム1000に直接取り付けられても、その部品に取り付けられてもよい。本発明の一改変形態におけるここで記載するベローズシステムは、システム/機構100の上に配置され、ベローズシステムまたはその部品は平角ロッドから分離されるアームに対して作用する。ベローズシステムとシステム1000のサンドイッチ構造によって、時計はよりコンパクトになる。また、ベローズを機構/システムの上に重ねて配置することもコンパクトさに繋がる。

次に図11を参照して、ロッドサブシステム1100が開示される。サブシステム1100によって(ロッド1002と類似する)ロッド1109を駆動可能とする方法が提供され、図には本発明のサブシステム1100を用いた、最大位置1117から公称位置1119を経て最小位置1121に至るまでの、平角ロッド1109の矢印1115で示される軸方向の前後運動と、その間の変位が示される。最小位置1121は温度が17℃から−20℃の場合に得られる。公称位置1119は温度が0.1℃でデルタTが0.02℃の際に得られる。最大位置1117は温度範囲が32℃から70℃の際に得られる。最大位置1117と最小位置1121の間の変位は約9mmとなるが、所望の範囲での変位はもちろん可能である。システムはベース1111、流体熱膨張収縮システム1102、ロッド1109が接続される上部1104およびベース1111が接続される円形伝熱管1106を含む。流体温度膨張収縮システム1102はさらに、内部に熱的に膨張および収縮する流体または気体1113で満たされたベローズ1103を含んでなる。ベローズ1103の周りには、上部1104と嵌合すると共に移動可能に接続する任意的な円形外側スリーブ1105が備わってなり、上部1104のスリーブ1105に関連した運動を可能にする。

ベース1111および伝熱管1106は、ロッド1102の望ましい運動が得られるような、金属やその他の熱伝導性材料などの適切な伝熱材料から形成される。本発明の一改変形態における伝熱管1106の厚さは1.3mmとされ、ベース1100から上部1104の真ん中の公称位置までの長さは約32.6mmとされる。伝熱管その物の直径は40mmであるが、もちろん円形またはその他の望ましい3次元形状および寸法が用いられてもよい。矢印で示されるように、システム1100の例示的な直径は4.9mmとされるが、その他の直径および断面形状が使用されてもよい。矢印1127で示されるような様々な軸力は、材料などの選択に応じて、システム1100によって望ましく加えられる。一改変形態では、システムによって力30Nが生成されるが、所望の時計メーカーの範囲で力を加えるようにシステムを設計することも可能である。もちろん、要素1102のその他の寸法および容積は、ロッド1109の所望の変位に応じて選択される。一改変形態では、ロッド1109は矩形の断面形状を有するように設計されるが、本発明のその他の改変形態では、円形、楕円形、三角形、四角形などの様々な断面形状をとられてもよい。さらにロッド1109は、ロッド1109の本体部をスリーブ1105からオフセットおよび分離して、スリーブ1105および伝熱管1106に関連したこのサブアセンブリの運動を可能にする接続部1131を有する。熱的に圧縮/膨張可能な流体はベローズ1108内に配置される。一改変形態では30Nの力が生成される。サブシステムが形成される材料は、システムによって生成される力が時計メーカーの所望の範囲になるように異なってもよい。

このように、本発明は時計の機能を起動する機械サブシステム900、1000を提供する。サブシステムは複数のギアサブアセンブリ(図9A〜10E)を含む。ギヤサブアセンブリはロッドの軸の反対側に対称的に配置される。ロッドは、ロッド運動を得るためにギヤサブアセンブリに関連して双方向的および周期的に移動する一方で、ギヤサブアセンブリはロッドと回転式に係合する。ロッド運動は、温度差の結果として生じる熱膨張および収縮によって駆動される。本発明の一改変形態では、ロッド運動は1〜20mmの範囲とされる。また、本発明の他の改変形態では、ロッド運動および変位は記載された数字よりも大きくなることも可能である。

本発明はさらに、使用者に装着された時計(図11)の機能を駆動する流体機械サブシステムを提供する。流体機械サブシステム1100はロッド110と、流体を収容しベローズによって作動される本体部を含む。ロッド1109は本体部からオフセットになるように構成され、本体部はベース1111と熱的に接続される。ベース1111は伝熱部品1106と熱的に接続される。ロッドは、ロッド1109が伝熱部品1106の表面1137によって規定される領域1135内でのみ移動するように、最小位置1121から公称位置1119を経て最大位置1117に至るまでの温度の変化に応じた位置範囲における、矢印1105で示されるような軸方向の前後運動が可能とされる。流体機械サブシステム1100には、さらに1つまたはそれ以上の第2サブシステム900、1000(図9A〜10E)が含まれてもよい。第2サブシステム900,1000は、ロッド1119の前後に限定された軸方向運動が第2サブシステム900を作動するのに使用されるように構成される。

本願で開示および説明される特定の実施形態は、本発明の代表的および最適な態様を示すものであって、本発明の範囲を制限することを意図したものでは決してないことを理解されたい。当業者には理解されるように、本発明はシステム、装置または方法として具現化することが可能である。

本願の明細書および図面は、限定するためではなく例示的なものとして理解されたく、本願で説明されるすべての改良は、例えそれが出願時に明確に請求されていない場合でも、本願の請求する発明の範囲に包含されることを意図される。従って、本願発明の範囲は、上記された単なる例示案からではなく、添付される請求項(または後で補正あるいは追加される請求項、またはそれに法的に相当する物)によって判断されるべきである。すべての方法または工程の請求項で記載されるステップは、特に記載のない限りどの順番であっても実行可能であり、請求項に記載される特定の順番に限定されるものではない。さらに、装置の請求項で記載される要素および/または部品は、本願と本質的に同様の成果をもたらす様々な置換で組立または操作的に構成されることも可能である。総じて、本願発明は請求項で記載される特定の構成に限定されるものではない。

機械式時計は、周囲温度変化を通して生成される液体膨張によって駆動される(熱巻き(thermal winding)システム、以下TWSと呼ぶ)。日中の間、時計は手首に装着される(16時間の間の温度変化は18〜33℃とする)。夜間は、時計は装着されない(8時間の間の温度は31〜25℃に低下する)。日中:ΔT_d=15℃*Nb_d、夜間:ΔT_n=6℃とされる。温度変化の合計は、Nb_dが時計メーカーの所望の仕様に応じて規定されるものとして、ΔT=ΔT_d+ΔT_n=15℃*Nb_d+6℃とされる。時計メーカーの仕様に従って、時計の機能要件は:日毎蓄積エネルギー:ES≒200mJ(H1とH2バレルを参照する)とされる。最大液量はVr≒2000mm³、または時計メーカーが所望する通りとする。伝導要件は、最小回転:αi_min≒4°とされる。一改変形態では最大力:Fi_max≒15Nとされる。一改変形態における温度要件は次の通りとなる:作動温度範囲:ΔT_w=15℃(18℃から33℃)、安全温度範囲:ΔT_s=90℃(-20℃から70℃)。基準液は、商標名FC−40として周知のものが本発明で使用される。その密度はρ_l=1855kg/m3、特定の熱はC_l=J/(kg*℃)、そして膨張係数はα_l=0.0012l/℃とされる。同様の特性を有するその他の液体が使用されてもよい。TWS活性表面の寸法はSP=12.6mm2(r=2mm)とされ、18℃から33℃の必要な変位:xΔTW≒3mm、−20℃から70℃の必要な変位:xΔTS≒18mm、そして必要な力:F=f(ΔT)とされる。これらの計算から2つの見解が導かれる。 1.システムに必要とされる力を定義するために、日毎に累計されたΔTが評価される。50℃の近似値が機構に加わる力を制限するために用いられる。 2.必要とされる安全変位(safe displacement)は大きく、標準的な金属製のベローズでは達成できないため、その他のベローズ材料が使用されて以下の表および図で開示されるような伸長が確保できるシステムが実装される。

これらのシミュレーションに基づき、体温から隔離された貯蔵部は環境温度の下降に対してより敏感となり、よりよい温度下降変換率を提供する(50%ではなく80%)。

これらの計算に基づき、次の見解が導かれる。必要とされる安全変位は大きく、標準的な金属製のベローズでは達成できないため、ポリマー材料などのその他のベローズ材料が使用される。伸長が確保できるシステムが実装される。必要とされる最小変位20μmは、インバーターの回転を発生させ、バレルを与圧するには十分となる。もちろん、計算および以下の表に少なくとも部分的に一致する材料要件に応じて、その他の変位も用いられる。

本発明の一改変形態では、上部要素の右側にブルーディスクが配置される。以下の表は、本発明の目的を達成する上で特に効果的な本発明の1つのバージョンを示したものである。

日毎に累計されたデルタTは、本発明の効果に最も大きな影響を及ぼす。機構の内部で適切な力を確保するには、50℃の累計されたΔTが必要とされる(F=20.3N)。113.4℃から33.4℃の間の数値(温度下降およびシステム熱慣性補償を含む)がデータロガーによって実行される方法に基づいて使用される。

本発明の一改変形態では、インバーター/バレルを有するインターフェースが用いられる。4度の回転を生成するためには小システムの並進(small system translation)の変換(〜20μm)が必要とされ、これは腕時計に組み込まれるのに適合する全体的な寸法を有する周転円ギヤリングおよび/または平歯車システムによって達成可能となる。このようなシステムの遊びは大きく、20μmの並進が少なくとも4度の回転に確実に転換されるようにするには、遊びを除去する必要がある。遊びの低い伝導システムが設計され、代表的なデモンストレーターで試された。

ここでは伸長制限が用いられる。伸長制限は、ベローズの伸長を-20℃から70℃に固定するために小さなダイヤフラムのバックリングに基づいて行われる。適切なベローズ伸長を得るために、特に、ダイヤフラムバックリングを開始するのに必要な圧力が検証され、所望のパラメーターで作用するダイヤフラムの材料が選択される。熱巻き概念の機能の検証は、次の方法に基づき代表的なデモンストレーターを用いて腕時計内に組み込まれる。

本発明の別の改変形態では、流体機械サブシステムには、システムとその構成要素と共に膜が含まれる。膜は、所望の作動範囲内でシステム要素を移動させることができる。膜は使用者とは違う温度範囲で機能するように選択および適応され、システムを作動させる。

本願で用いられる「からなる」、「から構成される」やその他の同様の言い回しは、要素の非限定的な一覧を表すために用いられ、その要素一覧から構成される本発明の工程、方法、物品、構成または装置は記載される要素のみを含むわけではなく、本明細書に記載されるその他の要素を含むことも可能である。また、「を含む」、「を含んでなる」または「本質的に含む」といった言い回しは、別段に指定のない限り、列挙される要素のみに発明の範囲を限定する意図で用いられるものではない。本発明の実施に用いられる上記された要素、材料または構造の組み合わせまたは改良は、本発明の一般原則から逸脱することなく、当業者によってその他の設計に変更または適応することも可能である。

本発明の他の特徴及び実施形態は、添付の請求項において説明される。さらに、本発明は、新規性、進歩性及び産業上の利用性を具備すると考慮される本明細書、添付の請求項及び/又は図面において説明された全ての特徴の可能な全ての組み合わせから構成されることを考慮されたい。

著作権は本出願人又はその譲受人によって所有され、1つ又は複数の請求項で定義される権利の第三者へのライセンスに関しては、その他の請求項で定義される発明を使用する黙示的なライセンスは許可されていない。さらに、公衆又は第三者に対して、添付物を含む本特許明細書明を基にした二次的著作物及びいかなるコンピュータピログラムも、それを作成する明示的又は黙示的なライセンスは許可されていない。

本発明の付加的な特徴および機能は添付の請求項にて説明される。その請求項の全ては参照することで本明細書に組み入れられ、提出される出願の一部として考慮されたい。

上述された発明の実施形態において、様々な変更及び改良を加えることが可能である。本発明の、特定の具体的な実施形態が開示及び説明されたが、幅広い改良、変更及び置換が上述の実施形態では考慮される。上記の説明には多くの特定事項が含まれるが、発明の範囲を限定するものとしてではなく、むしろ1つ又はその他の好適な実施形態の例示であると考慮されたい。場合によっては、本発明のいくつかの特徴は、対応する他の特徴を使用することなく用いられる。従って、上述の説明は広義に解釈され、単なる実例又は例示として理解され、本発明の精神及び範囲は本出願で最終的に発行される請求項によってのみ限定されるべきである。