本发明涉及一种用于将圆形运动转换为非圆形 闭合线运动的装 置， 以及包含有这种装置的时计和工具。 背景技术

现有的时计如钟表等一般包括表盘和指针， 指针以表盘中心为枢 轴点转动。 通常来说， 指针的最外点在一个圆形轨迹上运动， 因此表 盘的形状也通常为圆形。

然而， 非圆形的如长方形或椭圆形的钟表因其别致的 造型在市场 上也十分受欢迎。 在这种钟表中， 指针中最长的秒针必须短于该表盘 的最小径向尺寸， 以便秒针仍能够在表盘内整圈地枢轴转动。 然而， 在这种情况下， 当秒针和分针转动到表盘的最大径向尺寸位置 时， 存 在着秒针和分针的长度不够而无法清楚地指示 出表盘上的刻度的缺 点。 同时， 秒针与分针之间的长度差异也很小， 使得不容易快速地分 辨出秒针和分针。

曰本公开特许公报特开平 7-318664公开了一种具有非圆形表盘 的时计， 其中指针采用套叠式的可伸缩结构同时具备磁 性， 并且在表 盘的周边上设置了磁石。 这样， 通过适当选择磁石与指针之间的相互 吸引力， 指针就能够在围绕表盘中心转动时被适当地吸 引而能够伸长 或缩短， 这样就能在不同的位置处以不同的长度指向表 盘上的刻度 , 实现指针最佳地匹配于非圆形表盘的外周。

然而在这种设计中， 如何控制磁石与指针之间的相互吸引力或排 斥力是艮困难的， 经常会出现这种磁相互作用力的大小不适当而 导致 指针的长度过长或过短的情况。 同时， 磁石所产生的磁作用力无疑会 对时计内部的机芯的正确运作带来非常不利的 影响。 另外， 套叠式的 可伸缩结构实现起来也比较复杂， 在长期的工作中容易出现故障。 发明内容

本发明旨在提供一种能够以简单可靠的机械结 构来将圆形运动 转换为非圓形的闭合线运动的装置。

根据本发明的第一方面， 提供了一种用于将圆形运动转换为非圆 形闭合线运动的装置， 包括： 驱动机构； 传动机构， 其具有两个输入 端， 用于接受且传递由驱动机构产生的普通旋转输 出， 并且具有两个 输出端提供两种输出； 终端轴， 其能够同时接受由传动机构所传递的 两种输出， 从而能够在转动的同时沿其轴向运动， 以便实现非圆形的 闭合线运动。

在一个实施例中， 该装置还包括设置在所述驱动机构和传动机构 之间的输入机构。 该输入机构能接受由驱动机构产生的普通旋转 输 出， 并提供合成输出给传动机构的一个输入端， 而传动机构的另一个 输入端接受由驱动机构产生的普通旋转输出。 在一个优选实施例中， 输入机构为本领域的技术人员所公知的双输入 齿轮机构。

在另一个实施例中， 所迷装置还包括设置在驱动机构和双输入齿 轮机构之间的转换机构。 该转换机构用于接受由驱动机构产生的普通 旋转输出， 但能够产生两种不同的输出即第一输出和笫二 输出， 它们 分别提供给双输入齿轮机构的两个输入端。

根据本发明的装置能够以筒单的机械结构来实 现复杂的非圆形 闭合线运动， 并且运动的可靠性高。

根据本发明的第二方面， 提供了一种时针， 其包括一个如上所述 的装置， 其中终端轴为秒针。

^^椐本发明的第三方面， 提供了一种时计， 其包括两个如上所述 的装置， 其中一个装置的终端轴为秒针而另一个装置的 终端轴为分 针。

根据本发明的第四方面， 提供了一种工具， 其包括如上所述的装 置， 其中在终端轴上设有绘图笔或雕刻刀。 这样就能够绘制或雕刻出 任意形状的非圆形图案。 附图说明

图 1显示了才艮据本发明的能够将圆形运动转换� �非圆形的闭合线 运动的装置；

图 2是图 1中所示的终端轴的放大视图；

图 3A到 3C显示了图 1所示装置中的传动机构和终端轴； 图 4显示了根据本发明的双输入齿轮机构;

图 5显示了图 1所示装置中的转换机构的第一实施例；

图 6显示了转换机构的第二实施例；

图 7显示了转换机构的第三实施例；

图 8显示了根据本发明的装置在钟表中的应用；

图 9显示了根据本发明的装置在绘图或雕刻工具� �的应用； 图 10是图 9的分解视图； 和

图 11显示了绘图或雕刻工具的另一实施例。 具体实施方式

下面将结合附图来对本发明进行详细的介绍。

图 1 显示了根据本发明的能够将圆形运动转换为任 意闭合线运 动、 尤其是非圆形 （或称为不规则） 的闭合线运动的装置 10 的示意 图。

如图 1所示，该装置 10包括有用来提供原始动力的驱动机构（未 示出） 、 终端轴 20和传动机构 15。 在该图所示的优选实施例中， 该 装置 10还包括输入机构 50、 转换机构 70， 以及可选择性设置在输入 机构 50和传动机构 15之间的中间传动机构 60,用来改变传动比或传 动方向。

图 2详细示出了装置 10中的终端轴 20。 如图所示， 该终端轴 20 为一根扁平的轴， 在其一个表面上设置了带齿部分， 即齿条部分 25。 在一个优选实施例中， 在该终端轴 20上还可开有贯通的长槽 28 , 其 用途将在下文中介绍。

传动机构 15 至少包括第一传动件和第二传动件 , 在该实施例中 即为第一齿轮 30和笫二齿轮 40 (见图 3C ) 。 如图 3A所示， 第一齿 轮 30包括集成于其上的位于中心处的空心轴 32,终端轴 20可滑动地 安装在该空心轴 32上。 在一个实施例中 , 在该空心轴 32的自由端处 设有引导件、 例如一对导轨 35 , 终端轴 20便安装在该对导轨 35内 , 从而能够沿着导轨滑动。 这样， 当第一齿轮 30旋转时， 终端轴 20也 能够以相同的速度随之旋转。 容易理解， 其它形式的引导件如滑槽等 也属于本发明的范围内。 .

如图 3B所示，笫二齿轮 40也包括集成于其上的中心轴 42。在中 心轴 42的自由端处设置了小齿轮 45。

当安装时， 如图 3C所示， 第一齿轮 30和笫二齿轮 40套叠在一 起,使得第二齿轮 40的中心轴 42从第一齿轮 30的空心轴 32中穿过， 导致第二齿轮 40的中心轴 42上的小齿轮 45与安装在第一齿轮 30的 空心轴 32上的导轨 35中的终端轴 20的齿条部分 25形成啮合。

这样, 在一个实施例中， 当第一齿轮 30和第二齿轮 40接受到驱 动机构所输出的旋转动力而相应地转动时 , 由于引导件即导轨 35 的 存在， 使得第一齿轮 30的转动将导致终端轴 20也随之转动； 与此同 时， 由于齿条部分 25和小齿轮 45相啮合， 因此笫二齿轮 40的转动 将导致终端轴 20沿着导轨 35移动。 也就是说， 终端轴 20同时进行 转动和平移， 因此， 终端轴 20的自由端 21的运动轨迹即为一种不规 则的闭合线运动。 这样， 笫一齿轮 30和第二齿轮 40的圆形运动就转 换成了终端轴 20的自由端的非圆形闭合线运动。

在一个实施例中， 根据本发明的装置 10还包括输入机构 50, 用 来为第一齿轮 30和第二齿轮 40提供旋转动力的输入。 在一种未示出 的实施例中， 该输入机构 50从驱动机构如电动机中直接获得旋转动 力， 然后将该旋转运动同时传递给传动机构 15的第一齿轮 30和第二 齿轮 40。 也就是说， 在该实施例中， 笫一齿轮 30和第二齿轮 40的转 速相等。 在这种情况下， 根据本发明的装置 10 能够将电动机的旋转 运动转换成终端轴 20 的自由端的非圓形闭合线运动。 然而， 由于笫 一齿轮 30和笫二齿轮 40的转速相等， 无法使终端轴 20的自由端实 现任意形状的闭合线运动。

根据图 1所示的优选实施例， 根据本发明的输入机构 50采用了 输入齿轮机构的形式。 这种双输入齿轮机构是本领域的技术人员所 熟知的，其包括两个输入端以接受两种输入， 同时提供一种合成输出。 在图 4中显示了该双输入齿轮机构 50的一个例子。 如图所示， 双输 入齿轮机构 50包括两个输入端, 分别用来接受第一输入和第二输入。 其中， 第一输入传递给固定在轴 60上的第一输入齿轮 51 , 并通过与 轴 60固定在一起的连杆 56而将该第一输入传递给中间齿轮 54， 54，， 之后经中间齿轮 55, 55'传递给通过轴承而安装在轴 60上的输出传动 齿轮 58。第二输入传递给第二输入齿轮 52,其经过中间齿轮 53, 53', 54, 54', 55， 55'而传递给输出传动齿轮 58。这样，输出传动齿轮 58所输出 的转动实际上是笫一输入和第二输入的叠加。 容易理解， 其它形式的 双输入齿轮机构也属于本发明的范围内。

图 5显示了用于为该双输入齿轮机构提供两种输� �的转换机构的 第一实施例。 也就是说， 该转换机构能够从一种旋转输入中输出两种 不同的旋转输出。通常来说，该转换机构包括 第一转换齿轮和输出件。

在如图 5所示的第一实施例中， 转换机构 70 包括第一转换齿轮 72和输出件 75。 该第一转换齿轮为带槽齿轮 72。

一方面， 带槽齿轮 72连接到驱动机构、 例如电动机的输出轴上， 同时与双输入齿轮机构 50的笫二输入齿轮 52相啮合。 这样， 带槽齿 轮 72就能够将电动机所输出的旋转运动直接传递� ��双输入齿轮机构 50 的第二输入齿轮 52 , 因此， 电动机所输出的旋转运动即为又输入 齿轮机构 50的第二输入。 另一方面， 带槽齿轮 72在其一个平坦的侧表面 （指无齿的侧面） 上设置有槽 74。 在该实施例中， 输出件 75构造为一个 L形杆， 其第 一端 （图 5中的垂直端）安装在该槽 74内以便能沿着该槽 74运动， 第二端 （图 5中的水平端）构造成带有齿条， 用于与双输入齿轮机构 50的第一输入齿轮 51形成啮合。 这样， 当电动机带动带槽齿轮 72旋 转时， 输出件 75的第一端也沿着槽 74运动， 这导致其第二端也相应 地运动即往复运动， 从而带动第一输入齿轮 51 也旋转， 这就为双输 入齿轮机构 50提供了第一输入。 因此， 转换机构 70就能够将驱动机 构所输出的一种旋转运动转化为两种不同的输 入而施加到双输入齿 轮机构 50中， 它们分别作为默输入齿轮机构的第一输入和第 二输入。

容易理解， 也可以将带槽齿轮 72设置成与双输入齿轮机构 50的 第一输入齿轮 51形成啮合， 而将输出件 75的笫二端即齿条端设置成 与双输入齿轮机构 50的第二输入齿轮 52形成啮合。 这是本领域的技 术人员在阅读了本发明之后容易想到的一种变 型。

图 6显示了转换机构的第二实施例。 在该实施例中， 转换机构 80 还包括一个设置在第一转换齿轮 81 和输出件 88之间的笫二转换单 元。 如图所示， 第一转换齿轮 81 类似地可从驱动机构即电动机中接 受旋转输出， 其与双输入齿轮机构 50的笫二输入齿轮 52相啮合， 从 而为双输入齿轮机构 50提供第二输入。

该转换机构 80的第二转换单元包括中间齿轮 83、 偏心地安装在 中间齿轮 83上的行星齿轮 84,以及行星齿轮 84能够围绕其运动的齿 圈 85。 笫一转换齿轮齿轮 81与中间齿轮 83啮合， 将旋转动力传递给 行星齿轮 84 , 导致行星齿轮 84可围绕齿圈 85运动。

该实施例中的输出件 88 为一带齿条的条形件， 其一端安装在行 星齿轮 84上， 同时通过其齿条与双输入齿轮机构 50的第一输入齿轮 51啮合。 这样， 当行星齿轮 84围绕齿圈 85运动时， 输出件 88进行 往复平移运动， 从而为双输入齿轮机构 50提供第一输入。

图 7显示了转换机构的第三实施例。 在该第三实施例中， 笫一转 换齿轮 91 类似地可从驱动机构中接受旋转输出， 并为默输入齿轮机 构 50提供第二输入。

第二转换单元包括中间齿轮 92、 偏心地安装在中间齿轮 92上的 行星齿轮 93、 行星齿轮 93能够围绕其运动的齿圈 95、 偏心地安装在 行星齿轮 93上的齿条件 97 , 以及与齿条件 97啮合的带槽齿轮 94。

第一转换齿轮齿轮 91与中间齿轮 92啮合， 将旋转动力传递给行 星齿轮 93 , 导致行星齿轮 93能够围绕齿圈 95运动。 在这种情况下， 偏心地安装在行星齿轮 93上的齿条件 97也产生运动， 从而带动带槽 齿轮 94转动。 带槽齿轮 94和输出件 98以与笫一实施例中类似的方 式为双输入齿轮机构 50提供第一输入。

该第三实施例的优点在于， 能够非常精确地实现复杂的非圆形运 动。

容易理解， 本领域的技术人员在阅读了本发明之后， 还能够设计 出多种转换机构， 以便将驱动机构如电动机的旋转输出转换为两 种不 同转速的输出。

根据本发明， 双输入齿轮机构 50的第一输入齿轮 51和第二输入 齿轮 52中的一个与传动机构 15的笫一齿轮 30和第二齿轮 50中的一 个相啮合，而双输入齿轮机构 50的输出与第一齿轮 30和第二齿轮 50 中的另一个相啮合。 这样， 虽然驱动机构仅提供一种转速的旋转， 然 而经转换机构 70和欢输入齿轮机构 50能够将两种不同的转速分别传 递给第一齿轮 30和第二齿轮 50。 如上所述， 第一齿轮 30和第二齿轮 50的转动将最终导致终端轴 20的自由端 21—边转动一边移动。 由于 第一齿轮 30和第二齿轮 50的转速不同， 因此终端轴 20的自由端 21 的运动轨迹将形成为一种任意形状的不规则闭 合线运动。 这样, 利用 根据本发明的装置 10，就能够将驱动机构的圆形运动转换成不规� ��的 闭合线运动。

容易理解， 终端轴 20 的自由端的不规则闭合线运动取决于带槽 齿轮 72, 94上的槽 74, 96 )的形状和 /或转换机构中传动部件的传动比 等参数。 一般来说， 通过适当选择槽 74, 96的形状， 就能够使得终端 轴 20的自由端作所需的闭合线运动。 槽 74, 96的具体形状可根据所 需的闭合线运动的形状而利用简单的数学知识 来确定。 在图 5所示的 实施例中， 槽 74设计成为椭圓形， 这样， 终端轴 20的自由端在围绕 中心旋转一周时其运动轨迹也形成为一个椭圆 形。 容易理解， 通过选 择槽的具体形状、 传动部件 （如齿轮、 齿条等） 的齿数比等参数， 就 能够基于简单的数学知识而得到任意形状的闭 合线图形。

在一个改进的实施例中 , 上述双输入齿轮机构可由多输入齿轮机 构来替代。 例如， 在该多输入齿轮机构中可以设置两个叠加在一 起的 输入齿轮机构， 其中一个双输入齿轮机构的输出作为另一个第 二双 输入齿轮机构的笫二输入， 其与该另一双输入齿轮机构的第一输入一 起形成合成输出。 根据实际情况的需要， 该多输入齿轮机构可以包括 三个或更多个以这种方式叠加起来的双输入齿 轮机构 50。

在上文中所披露的输入机构、 传动机构和转换机构中以齿轮为例 子介绍了动力之间的传递， 然而可以理解， 其它形式的传动件如蜗轮 -蜗杆、 皮带轮、 链条、 连杆机构等也可以作为齿轮的替代而用在本发 明中。

图 8显示了根据本发明的装置 10用在时计中的情况。 容易理解， 由于时针是最短的指针， 因此它可以不采用本发明的创新性设计， 而 是以普通的方式安装。 这从节约成本的角度来看是有利的。

在一个实施例中， 时计使用了一个^^据本发明的装置 10, 其中终 端轴 20为钟表的秒针。

在另一个实施例中， 时计还额外地使用了另一个根据本发明的装 置 10, 它的终端轴 20为钟表的分针。 该分针可利用其上的贯通长槽 28而套在中心轴上。

通过利用根据本发明的装置， 时计的秒针和分针均可一边旋转一 边沿径向运动， 从而能够精确地符合任意形状的表盘外周。 这样就能 够提供具有任意别致造型的时计。 图 9和 10显示了利用才艮据本发明的装置的绘图工具 110。 其中， 该绘图工具 110同样包括如上所述的转换机构 70和双输入轴齿轮机 构 50, 在此不再赘述。

该绘图工具 110还包括传动机构， 其具有第一传动件 130和笫二 传动件 140,它们分别用来接受双输入轴齿轮机构 50中的一个输入以 及双输入轴齿轮机构 50 的合成输出。 这一点与上述介绍的第一传动 件 30和第二传动件 40类似。 如图 10所示， 第一传动件 130为大致 筒状， 其包括齿轮部分 131以接受双输入轴齿轮机构 50的第一输入 或第二输入。 第二传动件 140包括两个部分， 即齿轮部分 141和蜗杆 部分 142。

该绘图工具 110还包括设置在笫一传动件 130上的蜗轮 135 , 以 及横向地穿过第一传动件 130而安装的终端件 120。 终端件 120是带 有齿条的细长杆， 其一端构造成环形部分 121 , 绘图笔（或者是雕刻 刀等）可插入到其中并固定住。 当第一传动件 130转动时，终端件 120 也随之转动。

同时， 第二传动件 140的蜗杆部分 142与蜗轮 135啮合， 而蜗轮 135又与终端件 120上的齿条相啮合。 这样， 当笫二传动件 140转动 时， 终端件 120将产生平移。

也就是说， 当驱动机构开始工作并输出一个转速恒定的旋 转运动 时， 该旋转运动经转换机构 70和双输入齿轮机构 50就为第一传动件 130和笫二传动件 140分别施加了转速不 的旋转运动， 导致终端件 120一边旋转一边平移。 因此， 设置在终端件 120上的绘图笔就能够 画出任意形状的闭合线图形。

容易理解， 为了绘出任意大小的图形， 可以在蜗轮 135与终端件 120设置一个放大机构 （见图 11 ) 。 这种放大机构是本领域的技术人 员所熟知的， 例如为由可变形的四连杆机构构成。 通过放大器的放大 作用， 就能够绘出各种大小不一的图形。

在一个未示出的实施例中， 可以在终端件 120上设置雕刻刀以代 替绘图笔。 这样就可以得到一种雕刻工具。

图 11显示了绘图工具的另一实施例 160。该绘图工具 160包括同 样如上所述的转换机构 70和双输入轴齿轮机构 50, 在此不再赘述。

绘图工具 160还包括传动机构， 其具有第一传动件 170和笫二传 动件 180， 它们分別与上述介绍的第一传动件 30和第二传动件 40类 似， 用来接受双输入轴齿轮机构 50 中的一个输入以及双输入轴齿轮 机构 50的合成输出。

如图 11所示， 集成在第一传动件 170上的空心轴 175在其自由 端处设有小齿轮 172, 其与设置在放大机构 190的自由端上的齿条部 分 195啮合。 这样, 当第一传动件 170旋转时, 小齿轮 172也产生旋 转。 由于小齿轮 172与齿条部分 195的啮合作用， 导致放大机构 190 能够扩展或收缩。

另一方面， 当第二传动件 180旋转时， 其带动轴 185也旋转， 导 致安装在其上的杆 186也旋转。杆 186的一端固定在放大机构 190上， 使得杆 186的旋转带动放大机构 190整体上也旋转。

这样， 当传动机构接受到两种不同的旋转输入时， 它便可以使得 放大机构 190同时转动和平移 (即伸缩）。 因此，安装在放大机构 190 上的绘图笔 199就可进行任意形状的闭合线运动， 从而绘制或雕刻出 任意的非圆形图案。

容易理解， 通过适当地选择放大机构 190的各连杆的长度， 就可 以设置任意的放大比例， 从而绘制或雕刻出任意大小的非圆形图案。

另外， 杆 186本身可以设置为具有固定的长度， 也可以设置为具 有可伸缩的长度。

同样， 如果用雕刻刀来代替绘图笔 199 , 就可以得到一种相应的 雕刻工具。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述 ， 但在不脱离本发 明的范围的情况下， 可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换 其 中的部件。 尤其是， 只要不存在结构冲突， 本发明所披露的各个实施 例和示例中的各项特征均可以任意方式相互结 合起来使用， 在本说明 书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅 仅是出于省略篇幅和 节约资源的考虑。

另外， 在不脱离本发明原理的情况下， 也可以进行多种改变以使 得特定的环境或材料适于本发明的教导。 因此， 本发明并不局限于文 中公开的特定实施例， 而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方 案。