JP2008014782A - 時計用歯車部品および時計 - Google Patents

Abstract

【課題】耐久性を向上させた時計用歯車部品、およびこれを備えた時計を提供すること。
【解決手段】時計の輪列を構成する時計用歯車部品３，４を、先端に形成されたほぞ１７３Ａ，１７３Ｂが軸受け部１６に挿通されて支持される軸１７と、軸１７に設けられたかな１７１と、軸１７に設けられた歯車１７０とで構成し、かな１７１、およびほぞ１７３Ａ，１７３Ｂに硬質炭素膜処理を施した。このため、ほぞ１７３Ａ，１７３Ｂ、およびかな１７１に、高い耐磨耗性を有するとともに摩擦係数が低い硬質炭素膜を形成することができ、ほぞ１７３Ａ，１７３Ｂ、およびかな１７１の耐久性を向上させることができる。また、これにより、この時計用歯車部品３，４を長期間使用しても運針の精度を保持することができる。
【選択図】図５

Description

本発明は、かなおよびほぞに硬質炭素膜処理が施された時計用歯車部品、およびこれを備えた時計であって、詳しくは、三番車にこの時計用歯車部品が用いられている電子制御式機械時計に関する。

近年、ゼンマイが開放する時の機械エネルギを、ゼンマイを内部に備えた香箱車（一番車）により回転に変え、この回転を、複数の時計用歯車部品である二〜六番車により構成されてゼンマイと連結した輪列により発電機のロータに伝達し、伝達された回転を発電機により電気エネルギに変換し、この電気エネルギにより回転制御装置を作動させてロータの回転を制御することにより、ロータに連結する輪列の回転を制御して輪列に結合された指針を正確に駆動し、時刻を表示する電子制御式機械時計の実用化が進められている。

このような電子制御式機械時計の輪列は、香箱車からの回転を増速させてロータに伝達する増速輪列となっており、上流に位置する番車ほど伝達されるトルクが大きくなっている。そして、このトルクの影響により、長期間使用すると番車が磨耗し、番車の早期の交換の必要が生じたり、運針の精度を低下させてしまうことがあるという問題があった。

二〜六番車は、軸の先端に形成されたほぞが軸受け部に挿入されて支持されている。ここで、上述のような構成の電子制御式機械時計において、二〜六番車に硬質Ｎｉメッキを施した場合の二〜六番車およびロータの上ほぞと下ほぞとにかかる面圧を測定し、その結果を図７のテーブルにまとめた。なお、上ほぞとは、輪列受側の軸受け部に挿入されるほぞのことをいい、下ほぞとは、地板側の軸受け部に挿入されるほぞのことをいう。以降も同様の呼び方をする。上ほぞおよび下ほぞの両方、あるいはどちらか片方を含んで説明する場合、以後、単にほぞという。また、二番車においては、軸受け部に挿通された部分（図３参照）を上ほぞとする。

図７に示される各番車およびロータの上ほぞと下ほぞとにかかる面圧を比較すると、三番車の下ほぞにかかる面圧が一番高くなり、三番車の下ほぞには、二番車、四番車および五番車の上ほぞや下ほぞにかかる面圧の５倍にもなる極めて高い面圧がかかっていることが分かる。従って、この極めて高い面圧により、電子制御式機械時計においては、特に三番車の下ほぞが非常に磨耗しやすいということが分かる。

ここで、ほぞの磨耗を防止する技術として、従来、ほぞまたは軸受け部に硬質炭素膜処理を施すことで、ほぞと軸受け部との間の摩擦を低減させ、ほぞの磨耗を防止する滑り軸受け装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−２２２１３５号公報

しかしながら、番車での磨耗は、ほぞだけではなく、歯車と噛み合ってトルクを授受するかなでも生じており、ほぞまたは軸受け部に硬質炭素膜処理を施すだけでは、番車に十分な耐久性を与えているとはいえなかった。つまり、長期間の使用により、かなを大きく磨耗させ、番車の消耗を早めるとともに、かなと歯車との噛み合いを不正確にし、運針の精度を低下させるおそれがあった。

本発明の目的は、耐久性を向上させた時計用歯車部品、およびこれを備えた時計を提供することにある。

本発明の時計用歯車部品は、時計の輪列を構成する時計用歯車部品であって、先端に形成されたほぞが軸受け部に挿通されて支持される軸と、前記軸に設けられたかなと、前記軸に設けられた歯車とを備え、前記かな、およびほぞには硬質炭素膜処理が施されていることを特徴とする。
このような本発明においては、磨耗しやすいほぞおよびかなには、硬質炭素膜処理が施されているので、ほぞおよびかなに、高い耐磨耗性を有するとともに摩擦係数が低い硬質炭素膜を形成することができ、歯車およびかなの耐久性を向上させることができる。また、これにより、この時計用歯車部品を長期間使用しても運針の精度を保持することができる。
さらに、かなに硬質炭素膜処理が施されていることにより、かなと、かなと噛み合ってかなを回転させる他の時計用歯車用部品の歯車との間で微小ながら発生するすべりを安定させることができる。つまり、かなと、他の時計用歯車用部品の歯車との間で生じるすべりを、安定して発生させることにより、時計用歯車用部品を滑らかに回転させることができ、運針の精度を向上させることができる。
そのうえ、かな、およびほぞには硬質炭素膜処理が施されているので、かな、およびほぞで生じる摩擦を低減でき、運針させるのに必要な最低のトルクを低下させることができて時計を運針させているエネルギ源の持続時間を向上させることができる。

このような時計用歯車部品において、歯車にも硬質炭素膜処理が施されていることが望ましい。
歯車にも硬質炭素膜が形成されることで、より時計用歯車部品の耐久性を向上させることができる。

また、歯車は軸に組み付けられた歯車であって、組み付け後に硬質炭素膜処理が一括して施されていてもよい。なお、組み付け方としては、圧入や接着などがある。
歯車が軸に組み付けられた後に、時計用歯車部品の全体に一括して硬質炭素膜処理が施されることにより、軸と歯車とを別々に処理した際に生じる歯車の反りや、歯車を軸に圧入する時の軸部分での硬質炭素膜の剥離や、歯車の不十分な固定を防止することができるうえ、軸（かな、およびほぞ）と歯車とを別々に硬質炭素膜処理する必要が無く、コストを削減できる。

さらに、他の時計用歯車部品の筒状の本体に挿入される前記軸を有し、この軸には、他の時計用歯車部品の筒状の本体の内周面に接触する軸受け部位が設けられた時計用歯車部品である場合、この軸受け部位にも、硬質炭素膜処理が施されていることが望ましい。
他の時計用歯車部品の偏心などにより、軸受け部位は磨耗しやすく、硬質炭素膜が形成されることで、耐摩耗性が向上するとともに、摩擦の発生を低減できる。

そして、時計用歯車部品の軸は、貴石からなる軸受け部と共に滑り軸受け装置を構成していてもよい。
軸受け部に貴石を用い、ほぞ側に硬質炭素膜処理を施すことにより、貴石の美観を生かすことができ、外観のよい滑り軸受け装置とすることができる。

このような時計用歯車部品は増速輪列を構成していてもよい。
本発明の耐久性が向上された時計用歯車部品が増速輪列を構成していることで、増速輪列の耐久性を向上させることができる。

これらの時計用歯車部品を時計に組み込んでもよい。
このようにすれば、時計用歯車部品の耐久性を向上でき、長期間使用しても、時計用歯車部品がほとんど磨耗せず、正確な運針ができるうえ、前述のような効果を得ることができる。

この際、かな、歯車、ほぞ、および軸受け部位のいずれかには、潤滑油が塗布されていることが望ましい。
各摺動部における摩擦の発生をより低減でき、各摺動部が磨耗してしまうことを防止できる。

このような時計として、機械エネルギ源と、この機械エネルギ源に連結された輪列と、前記機械エネルギ源に蓄えられた機械エネルギを定期的に開放する調速機構と、輪列に結合された指針とを備える機械時計であり、前記輪列は、前記機械エネルギ源を内蔵し、この機械エネルギ源で駆動される一番車と、一番車に連結されているとともに分針が取り付けられている二番車と、二番車からの回転が伝達される三番車と、二番車の軸上に配置されて三番車からの回転が伝達されるとともに秒針が取り付けられている四番車とを備え、少なくとも二番車、三番車、四番車の一部が前記時計用歯車部品である機械時計であってもよい。

機械時計において、少なくとも二番車、三番車、四番車の一部に、本発明の時計用歯車部品を用いることにより、番車間で発生するすべりを安定させることができ、運針の精度を向上できる。また、番車の磨耗を低減させることができ、運針の精度を良好に保持できる。そのうえ、番車間で生じる摩擦を低減させることにより、運針させるのに必要な最低のトルクを低下させることができて機械エネルギ源の持続時間を向上させることができる。

また、このような時計として、機械エネルギ源と、この機械エネルギ源に連結された輪列により駆動されて誘起電力を発生し電気エネルギを出力する発電機と、前記輪列に結合された指針と、発電機から出力された電気エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置とを備える電子制御式機械時計であって、前記輪列は、前記機械エネルギ源を内蔵するとともに、この機械エネルギ源で駆動される一番車に連結されかつ分針が取り付けられている二番車と、二番車から回転が伝達される三番車と、二番車の軸上に配置されて三番車から回転が伝達されるとともに秒針が取り付けられている四番車とを備え、少なくとも前記二番車、三番車、四番車の一部が前記時計用歯車部品である電子制御式機械時計であってもよい。

この場合も、前述した機械時計と同様に、運針の精度を向上できるうえ、番車の磨耗を低減できて運針の精度を良好に保持できる。また、運針させるのに必要な最低のトルクを低下させることができて機械エネルギ源の持続時間を向上させることができる。
なお、電子制御式機械時計において、一般的に輪列は、機械エネルギ源のエネルギを回転に変え、増速させて発電機に伝達しているため、上流側に位置する番車ほど伝達されるトルクが大きい増速輪列となっている。そして、詳しくは後述するが、このような輪列を構成する各番車の上ほぞおよび下ほぞにかかる面圧を計測すると、三番車の下ほぞにかかる面圧が、全番車のほぞにかかる面圧のうち、一番大きな面圧になるということが分かった。
従って、電子制御式機械時計においては、三番車の下ほぞが一番磨耗しやすく、特に三番車に、少なくともかな、およびほぞに硬質炭素膜処理が施された本発明の時計用歯車部品を用いることで、効果的に運針の精度を向上させ、精度を良好に保持し、機械エネルギ源の持続時間を向上させることができる。

さらに、このような時計は、回転錐と、回転錐の回転を増速し伝える伝達輪列と、この伝達輪列と噛み合い発電する発電機を備える自動巻発電時計であって、前記伝達輪列は、回転錐と共に回転する回転錐車と、この回転錐車、および発電機の一部を構成する磁石を設けた発電ロータの間に配置され回転錐の回転を増速する伝え車とを備え、少なくとも前記伝達輪列の一部が前記時計用歯車部品である自動巻発電時計であってもよい。

少なくとも伝達輪列の一部に本発明の時計用歯車部品を用いることで、伝達輪列中に生じる摩擦を低減させることができ、発電効率を高めることができる。また、伝達輪列中の車の耐久性を向上させることができるので、発電効率を良好なまま保つことができる。

このような本発明によれば、時計用歯車部品の耐久性を向上でき、この時計用歯車部品を時計に適用することで、運針の精度を向上させることができるうえ、長期間運針の精度を良好に保持することができ、また、時計を運針させるエネルギ源の持続時間を向上させることができるという効果がある。

〔第１実施形態〕
以下に本発明の第１実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る番車を備えた電子制御式機械時計の要部を示す平面図であり、図２および図３は、その断面図である。

電子制御式機械時計は、機械エネルギ源であるゼンマイ１ａ、香箱歯車１ｂ、香箱真１ｃ及び香箱蓋１ｄからなる香箱車１を備えている。ゼンマイ１ａは、外端が香箱歯車１ｂ、内端が香箱真１ｃに固定されている。香箱真１ｃは、地板１０と輪列受１１に支持され、角穴車１２と一体で回転するように角穴ネジ１３により固定されている。
角穴車１２は、時計方向には回転するが反時計方向には回転しないように、こはぜ１４（図１参照）と噛み合っている。なお、角穴車１２を時計方向に回転しゼンマイ１ａを巻く方法は、機械式腕時計の自動巻または手巻機構と同様であるため、説明を省略する。

本実施形態では、香箱歯車１ｂの回転は、本発明に係る時計用歯車部品である二番車２、三番車３、四番車４、五番車５および六番車６からなる増速輪列１００を介して増速されてロータ７に伝達される。具体的には、香箱歯車１ｂの回転は、７倍に増速され二番車２に伝達され、二番車２から三番車３へは６．４倍増速され、三番車３から四番車４へは９．３７５倍増速され、四番車４から五番車５へは３倍増速され、五番車５から六番車６へは１０倍増速され、六番車６から発電機を構成するロータ７へは１０倍増速され、合計１２６，０００倍に増速されてロータ７へ伝達されている。

また、増速輪列１００の二番車２には筒かな２cが、筒かな２cには分針２００が、筒かな２cから日の裏車２０を介して回転される筒車２１には時針２１０が、四番車４には秒針４００が、それぞれ固定されている。従って、二番車２を１rphで、四番車４を1rpmで回転させるためには、ロータを８rpsで回転するように制御すればよい。この時、香箱車は１／７rphで回転する。

電子制御式機械時計の発電機８は、調速機を兼ね、ロータ７、ステータ８１、およびコイルブロック８２を備えている。
ロータ７は、ロータ磁石７０、ロータかな７a、ロータ慣性円板７１から構成されている。ロータ慣性円板７１は、香箱車１からの駆動トルク変動に対しロータ７の回転速度変動を少なくするためのものである。

ステータ８１は、ステータ体８１ａに４万ターンのステータコイル８１ｂを巻線したものである。コイルブロック８２は、磁心８２ａに１１万ターンのコイル８２ｂを巻線したものである。コイル８２ｂは、出力電圧の変動を検出することでロータ７の回転を検出するように構成されている。また、このコイル８２ｂとステータコイル８１ｂとは、各々の発電電圧を加えた出力電圧が出るように直列に接続されている。ステータ体８１ａと磁心８２ａとはＰＣパーマロイ等で構成されている。

図４は、本実施形態の電子制御式機械時計の構成を示すブロック図である。
電子制御式機械時計は、前述のようにゼンマイ１ａと、ゼンマイ１ａの回転を増速して発電機８に伝達する増速輪列１００と、増速輪列１００に結合されて時刻表示を行う指針２００，２１０，４００とを備えている。

発電機８は、増速輪列１００を介してゼンマイ１ａによって駆動され、誘起電力を発生して電気エネルギを供給する。この発電機８からの交流出力は、整流回路８３を通して昇圧、整流され、コンデンサ８４に充電供給される。

このコンデンサ８４から供給される電力によってワンチップＩＣで構成された回転制御装置８５が駆動される。この回転制御装置８５は、発振回路８６、ロータ７の回転検出回路８７およびブレーキの制御回路８８を備えて構成されている。

発振回路８６は、時間標準源である水晶振動子８９を用いて発振信号（３２７６８Ｈｚ）を出力し、この発振信号を所定の分周回路で分周し、基準信号ｆｓとして制御回路８８に出力している。

回転検出回路８７は、発電機８から出力される発電波形からロータ７の回転速度を検出し、その回転検出信号ＦＧを制御回路８８へ出力する。
制御回路８８は、基準信号ｆｓに対する回転検出信号ＦＧの位相差等に基づいて発電機８（調速機）にブレーキ信号を入力し、調速している。ここで、回転制御装置８５、発電機８、および増速輪列１００からゼンマイ１ａを内蔵した香箱車１の回転が制御されてゼンマイ１ａに蓄えられた機械エネルギが開放されており、本実施形態では、調速機構は、回転制御装置８５、発電機８、増速輪列１００、および香箱車１から構成されている。

ここで、本実施形態では、図３に示されるように、地板１０、輪列受１１、および二番受１５には、ルビーから構成され装飾を兼ねている軸受け部１６が圧入されており、各番車２〜６のほぞ１７３Ａ，１７３Ｂ、およびロータ７のほぞ１７３Ａ，１７３Ｂは、この滑り軸受け部１６に支持されている。すなわち、各番車２〜６およびロータ７は、軸１７と軸受け部１６とを有する滑り軸受け装置１６０により支持されている。なお、ルビーから構成された各軸受け部１６の硬度はＨｖ２０００程度になっている。軸受け部１６は、ルビーに限らず、美観がよくて耐摩耗性を有するものなら、他の貴石を使用してもよい。また、五番車５、六番車６、およびロータ７の滑り軸受け装置１６０には耐震構造が適用されているが、その構成は公知の構成であるので、説明は省略する。

以上のような電子制御式機械時計では、前述したように、三番車３の下ほぞ１７３Ｂには他の番車２〜６のほぞ１７３Ａ，１７３Ｂにかかる面圧と比べて極めて高い面圧がかかることが分かっており、この極めて高い面圧により、三番車３の下ほぞ１７３Ｂは、他の番車２，４〜６のほぞ１７３Ａ，１７３Ｂに比べて非常に磨耗しやすく、三番車３は、長期間使用されることで、早期の交換が必要になったり、運針の精度を低下させてしまうおそれがあった。また、かなにも、二番車２の歯車と噛み合ってトルクが伝達されるために大きな力がかかっており、長期間の使用により、磨耗し、歯車との噛み合いが不正確になり、運針の精度を低下させてしまうおそれがあった。

図５は、二番車２、三番車３、および四番車４の要部を示す断面図である。
そこで、本実施形態では、三番車３には全体に硬質炭素膜（ＤＬＣ：Diamond Like Carbon）処理が施されている。これにより、三番車３は、下ほぞ１７３Ｂ、およびかな１７１に硬質炭素膜が形成され、硬質炭素膜は、高い耐磨耗性を有しているとともに摩擦係数が低いので、下ほぞ１７３Ｂおよびかな１７１の耐摩耗性を向上できるとともに、摩擦の発生を低減できる。

このような三番車の軸には、上端側（図５中上側）から上ほぞ１７３Ａ、上側のあがき決め部１７２、歯車１７０、かな１７１、下側のあがき決め部１７２、および下ほぞ１７３Ｂが設けられている。あがき決め部１７２と軸受け部１６との間には隙間（あがき）が設けられており、三番車３は、軸方向に衝撃を受けた際に、この隙間分軸方向に動くことで衝撃を吸収できるようになっている。
そして、三番車３には全体に硬質炭素膜処理が施されているので、下ほぞ１７３Ｂおよびかな１７１だけでなく、上ほぞ１７３Ａ、あがき決め部１７２、および歯車１７０などにも硬質炭素膜が形成され、それら各部分の耐磨耗性が向上されているとともに、摩擦の発生が低減されている。

また、本実施形態では、三番車３のみならず、二番車２、四番車４、五番車５、および六番車６にも、硬質炭素膜処理が全体に一括して施されている。ここで、番車５〜６の構成は三番車３と略同様なので、説明を省略し、以下には、四番車４、および二番車２について説明する。

四番車４の軸１７の下端側（図５中下側）には、そろばん玉１７４が設けられ、下端には秒針４００が取り付けられている。そろばん玉１７４は、二番車２の筒状の本体２２の内周面に接触する軸受け部位であり、指針２００，４００などの重みによって二番車２および四番車４が偏心回転してしまうことを防止している。なお、軸１７の上端部には、三番車３と同様な構成のあがき決め部１７２が設けられている。

このように構成された四番車４にも、硬質炭素膜処理が全体に施されているので、上ほぞ１７３Ａおよびかな１７１だけでなく、あがき決め部１７２、歯車１７０、かな１７１の軸受け部１６との摺動面１７００、およびそろばん玉１７４などにも硬質炭素膜が形成され、各部分の耐磨耗性が向上されているとともに、摩擦の発生が低減されている。

二番車２は、歯車１７０およびかな１７１を備えて四番車４の軸１７が挿入された筒状の本体２２に、分針２００を備えた筒かな２cが取り付けられて構成されている。本体の上端側（図５中上側）は、細く形成されて軸受け部１６に挿入された上ほぞ１７３Ａとなっている。この上ほぞ１７３Ａの上端は、四番車４と接触する摺動部２３となっている。このように構成された二番車２にも、硬質炭素膜処理が全体に施されているので、上ほぞ１７３Ａ、およびかな１７１だけでなく、四番車４のかな１７１との摺動部２３、および歯車１７０などにも硬質炭素膜が形成され、耐磨耗性が向上されているとともに、摩擦の発生が低減されている。なお、本体２２の内周面には、硬質Ｎｉメッキが施され、本体２２の内周面は、そろばん玉１７４との間で磨耗および摩擦の発生が低減されるように構成されている。

ここで、これらの番車２〜６は、かな１７１が一体に形成され端部にほぞ１７３Ａ，１７３Ｂが設けられた軸１７に、歯車１７０が圧入されることで構成されている。そして、本実施形態では、番車２〜６は、軸１７に歯車１７０が圧入され、軸１７と歯車１７０とが一体になった状態で、硬質炭素膜が一度の処理で全体に施されている。
つまり、歯車１７０の表側と裏側とに、別々に硬質炭素膜処理が施された場合、歯車１７０は、非常に薄く平らに形成されているので、表側および裏側に形成された硬質炭素膜内の膜応力の差によって、反りが発生することがある。また、歯車１７０の表側と裏側とに形成された硬質炭素膜が合わさる境界部分で、硬質炭素膜の剥離が生じたりすることがあるが、番車２〜６の全体を一回で処理することで、歯車１７０の表側および裏側に同時に硬質炭素膜内が形成されるので、このような歯車１７０の反りや、硬質炭素膜の剥離を確実に防ぐことができる。

また、軸１７および歯車１７０を別々に硬質炭素膜処理した場合、歯車１７０を軸１７に圧入した際に、歯車１７０が圧入される軸部分で硬質炭素膜に割れが発生し、この割れが進行することにより、軸１７の膜全体の密着力に影響を与えてしまうという問題や、硬質炭素膜の摩擦係数が低いため、歯車１７０の固定が不十分になるという問題があるが、軸１７に歯車１７０を圧入し、軸１７と歯車１７０とが一体になった状態の番車２〜６に硬質炭素膜処理を施すことで、歯車１７０が圧入される軸部分での硬質炭素膜の割れの発生を防ぐことができるうえ、歯車１７０の固定が不十分になることもない。

硬質炭素膜処理が施されることによって番車２〜６に形成される硬質炭素膜の膜厚は、０．５μｍ以上、３μｍ以下が好ましく、より好ましくは１μｍ程度である。硬質炭素膜は、例えば、メタンを原料としたプラズマＣＶＤ法、ベンゼンを原料としたイオン化蒸着法、グラファイトを原料としたアークプラズマ法等により形成されるが、形成された硬質炭素膜の表面の平滑性、時計部品のような微細、複雑構造への均質膜形成を考慮するとプラズマＣＶＤ法またはイオン化蒸着法により形成することが好ましい。このような方法で形成された硬質炭素膜の硬度はＨｖ１０００からＨｖ５０００程度となる

ただし、本実施形態のように、軸１７と歯車１７０とが一体となった状態の番車２〜６に硬質炭素膜処理を施す場合、例えば径の細いほぞ１７３の近傍に径の大きなかな１７１や歯車１７０があることで、番車２〜６周りの硬質炭素膜原料ガス濃度に、番車２〜６の部位による差が生じる。また、プラズマＣＶＤ法やイオン化蒸着法では、部品に電圧を印可することで硬質炭素膜原料ガスを被処理物に引き寄せ、立体形状物での部位による膜厚および硬度の差を緩和するバイアス電圧印可を行っているが、この印可されたバイアス電圧が前述したような番車２〜６の形状により、番車２〜６の部位ごとに一定とはならない。これらの理由により、軸１７と歯車１７０とが一体となった状態の番車２〜６に硬質炭素膜処理を施した場合、部位ごとによる硬質炭素膜厚み、および硬度に差が出てしまう。

このため、より詳しくは、耐久性が要求されるほぞ１７３、かな１７１の歯面、および歯車１７０の歯面などには、１μｍ程度の硬質炭素膜が形成されることが望ましく、耐久性は要求されないが摺動性能（低摩擦）が要求されるあがき決め部１７２、およびかな１７１の軸受け部１６との摺動面１７００などには、少なくとも０．５μｍ程度の硬質炭素膜が形成される事が望ましい。

また、同様に硬度についても耐久性が要求される箇所については、Ｈｖ１０００からＨｖ５０００程度とし、摺動性のみが要求される箇所については、Ｈｖ１０００を下回る硬度であることが望ましい。このような膜厚、硬度構成とすることで、耐久性を確保しつつ各部に充分な摺動性能を付与することができる。

このような番車２〜６の各摺動部分、四番車４を例に挙げると、上ほぞ１７３Ａ、あがき決め部１７２、歯車１７０、かな１７１、かな１７１の軸受け部１６との摺動面１７００、かなの１７１の二番車２の摺動部２３との摺動部分、およびそろばん玉１７４には、潤滑油が塗布されている。潤滑油としては、例えば、ＭＯＥＢＩＵＳ社製の商品名ＳＹＮＴ−Ａ−ＬＵＢＥ油、ＳＹＮＴＡ−ＶＩＳＣＯ−ＬＵＢＥ油、ＳＹＮＴＡ−ＦＲＩＧＯ−ＬＵＢＥ油等を使用することができる。これらは各摺動部分に掛かる圧力や、潤滑油の粘度等を考慮して適宜使い分ければよい。

従って、本実施形態によれば、以下のような効果を奏することができる。
各番車２〜６は、磨耗しやすいほぞ１７３Ａ，１７３Ｂ、およびかな１７１に硬質炭素膜処理が施されている。そのため、ほぞ１７３Ａ，１７３Ｂ、およびかな１７１には硬質炭素膜が形成され、ほぞ１７３Ａ，１７３Ｂ、およびかな１７１の耐摩耗性を向上できるとともに摩擦の発生を低減でき、番車２〜６の耐久性を向上できる。また、これにより、番車２〜６を長期間使用しても磨耗しづらいので、精度の高い運針ができる。

さらに、かな１７１、およびほぞ１７３Ａ，１７３Ｂで生じる摩擦を低減できるので、運針させるのに必要な最低のトルクを低下させることができてゼンマイ１ａの持続時間を向上させることができる。また、かな１７１、および歯車１７０に硬質炭素膜処理が施されていることにより、かな１７１と歯車１７０との間で微小ながら発生するすべりを安定させることができる。つまり、かな１７１と歯車１７０との間で生じるすべりを、安定して発生させることにより、各番車２〜６を滑らかに回転させることができ、運針の精度を向上させることができる。

なお、ほぞ１７３Ａ，１７３Ｂに硬質炭素膜処理が施されない場合、ほぞ１７３Ａ，１７３Ｂの硬度は、約８００Ｈｖ程度と軸受け部１６の硬度２０００Ｈｖと比べ柔らかく、それゆえ、磨耗しやすかったが、硬質炭素膜処理が施された場合、ほぞ１７３Ａ，１７３Ｂの硬度は、Ｈｖ１０００からＨｖ５０００の間になり、大幅に硬くなるので、軸受け部１６と比べても固さの差がほとんどなくなり、軸受け部１６との硬さの差からくるほぞ１７３Ａ，１７３Ｂの磨耗を低減させることができる。

また、番車２〜６のほぞ１７３Ａ，１７３Ｂの中で、一番面圧のかかるほぞは、三番車３の下ほぞ１７３Ｂであるため、三番車３のほぞ１７３Ａ，１７３Ｂ、およびかな１７１に硬質炭素膜処理を施すことは、番車２〜６の耐久性および運針の精度の向上という点で、他のどの番車２，４〜６に硬質炭素膜処理を施すことよりも最も効果的だということがいえる。つまり、本発明に係る電気制御式機械時計は、三番車のほぞ１７３Ａ，１７３Ｂ、およびかな１７１に硬質炭素膜処理が施されていればよい。さらには、少なくとも三番車３の下ほぞ１７３Ｂ、およびかな１７１に硬質炭素膜処理が施されていればよい。

二番車２の本体２２内周面に接触するそろばん玉１７４は、各指針２００，４００の重み等により磨耗しやすく、従来、これを解決するため、本体２２内周面およびそろばん玉１７４には、硬質Ｎｉメッキが施されていた。そのため、潤滑油が切れると、硬質Ｎｉメッキ同士、つまり同金属同士で共金となるので、本体２２内周面およびそろばん玉１７４の間の摩擦係数が急激に上がり、そろばん玉１７４を磨耗させていた。しかし、四番車４の全体に硬質炭素膜処理が施されていることにより、上ほぞ１７３Ａ、およびかな１７１だけでなく、そろばん玉１７４にも硬質炭素膜が形成されるので、そろばん玉１７４の耐摩耗性を向上できるとともに摩擦の発生を低減でき、四番車４の耐久性を一層向上できる。

また、番車２〜６の全体に硬質炭素膜処理が施されていることにより、ほぞ１７３Ａ，１７３Ｂ、およびかな１７１だけでなく、歯車１７０、あがき決め部１７２、およびかな１７１の軸受け部１６との摺動面１７００などの各摺動部にも硬質炭素膜が形成されるので、番車２〜６の耐久性をより一層向上できる。

さらに、番車２〜６の全体に一括して硬質炭素膜処理を施したので、軸１７と歯車１７０とを別々に硬質炭素膜処理する必要が無く、コストを削減できる。また、番車２〜６の全体を一括して処理することで、軸１７と歯車１７０とを別々に処理した際に生じる歯車１７０の反りや、歯車１７０圧入時の軸部分での硬質炭素膜の剥離や、歯車１７０の不十分な固定を防止することができる。

滑り軸受け装置１６０の軸受け部１６としてルビーを用い、ほぞ１７３Ａ，１７３Ｂ側に硬質炭素膜処理を施したので、ルビーの美観を生かすことができ、外観のよい滑り軸受け装置１６０とすることができる。

番車２〜６の各摺動部分には潤滑油が塗布されているので、滑りをより良好にし、各摺動部分での磨耗および摩擦の発生をさらに低減させ、番車の耐久性をさらに向上させることができる。

〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態に係る二番車２、三番車３、および四番車４の要部を示す断面図である。なお、本実施形態以降において、第１実施形態と同一機能部位には、同一符号を付し、それらの説明を省略する。

本第２実施形態の電子制御式機械時計は、二番受１５と四番車４との間に二番車押さえ１５０が設けられ、この二番車押さえ１５０の裏表両面には、硬質炭素膜処理が施されている点と、四番車４を押さえる秒押さえばね１１０が設けられている点とが特徴である。本第２実施形態のその他の構成は、第１実施形態と同様であり、各番車２〜６には、第１実施形態と同様に硬質炭素膜処理が施されているうえ、各摺動部分には、潤滑油が塗布されている。

二番車押さえ１５０は、二番車２の上ほぞ１７３Ａと四番車４のかな１７１とが摺動することを防ぎ、四番車４（秒針４００）の動きに連動して二番車２（分針２００）が動いてしまうことを防止している。秒押さえばね１１０は、薄く形成されて可撓性を有しており、四番車４を二番車押さえ１５０に押し付けることにより、四番車４（秒針４００）のふらつきを抑えている。

なお、この秒押さえばね１１０を設ける構成は、クオーツ時計に適用した場合に特に有効であり、秒押さえばね１１０が四番車４を二番車押さえ１５０に押し付けることにより、四番車４が運針（一秒分のパルスを発した）した際に、かな１７１および歯車１７０の噛み合わせ部分での歯面間の遊び（バックラッシュ）によって、四番車４（秒針４００）がふらついてしまうことを防止できる。

本第２実施形態によれば、第１実施形態の効果に加えて、以下の効果を奏することができる。従来、二番車押さえ１５０および秒押さえばね１１０を用いた場合、秒押さえばね１１０が四番車４を二番車押さえ１５０に押し付けるので、二番押さえ１５０の四番車４との摺動面１５００が磨耗しやすく、磨耗粉が発生しやすかった。そして、この磨耗粉が摺動面１５００、および四番車４のかな１７１に塗布される少量の潤滑油に混入し、潤滑油の粘度を増加させ、トルク伝達率を低減させ、ゼンマイの寿命を早めていた。

しかしながら、本第２実施形態では、二番車押さえ１５０の裏表両面に硬質炭素膜処理を施すことにより、これらの各摺動部分の耐摩耗性を向上させるとともに摩擦の発生を低減させるので、磨耗粉の発生を防止でき、ゼンマイが早期に消耗してしまうことを防止できる。

〔第３実施形態〕
図８は、本発明の第３実施形態に係る時計用歯車部品を適用した自動巻発電時計の平面図であり、図９は、その断面図である。
自動巻発電時計は、回転錘ねじ９０でボールベアリング９１に固着されている回転錘９を備えている。回転錘９の下には、回転錘９と同様に回転錘ねじ９０でボールベアリング９１に固着されて回転錘９と共に回転する回転錘車９２が設けられている。回転錘車９２の歯車部１７０は、伝え車９３のかな１７１と噛み合い、伝え車９３の歯車１７０は、発電ロータ９４のロータかな９４ａと噛み合っている。本実施形態では、回転錘９の回転は、回転錘車９２および伝え車９３からなる伝達輪列９００により、約１００倍に増速されて発電ロータ９４に伝達される。

発電ロータ９４にはロータ磁石９４０が固着されており、発電ロータ９４が回転されることにより、発電ロータ９４、発電ステータ９６、および発電コイル９７を含んで構成される発電機８が駆動され、キャパシタからなる二次電池８０が充電される。そして、この二次電池８０の電気エネルギにより、ロータ７、ステータ８１、およびコイルブロック８２を備えた調速機が駆動されて、ロータ７を回転させる。その際、水晶ユニットやＩＣチップを備えた回転制御装置によってロータ７の回転は制御される。このように、本実施形態では、二次電池８０に蓄えられた電気エネルギは、回転制御装置、および調速機を含んで構成された調速機構によって開放されている。

ロータ７の回転は、五番車５を介して四番車４、三番車３、二番車２、および筒車２１へと伝達され、四番車４に取り付けられた図示しない秒針、二番車２に取り付けられた分針、および筒車２１に取り付けられた時針が回転される。本実施形態では、五番車５、四番車４、三番車３、および二番車２から輪列１００が構成され、輪列１００は、発電機８を介して二次電池８０に連結されている。また、伝え車９３、および番車２〜５は、軸１７に歯車１７０が圧入されて組み立てられている。伝達輪列９００と輪列１００中の各車９３、２〜５のかな１７１、歯車１７０、およびほぞ１７３などの各摺動部には、潤滑油が塗布されている。

以上のような本実施形態では、伝え車９３のかな１７１、歯車１７０、および下ほぞ１７３Ｂを含む全体に一括して硬質炭素膜処理が施されている。
これにより、回転錘車９２と伝え車９３との間、および伝え車９３と発電ロータ９４との間で生じる摩擦を低減させることができ、発電効率を高めることができる。また、伝え車９３の耐久性を向上させることができるので、発電効率を良好なまま保つことができる。

さらに、本実施形態では、番車２〜５の全体に一括して硬質炭素膜処理が施されている。
これにより、第１実施形態と同様に、番車２〜５間で生じるすべりを安定して発生させることができて運針の精度を向上させることができる。さらに、番車２〜５の磨耗を低減させることができ、耐久性を向上できて運針の精度を良好なまま保持することができる。そのうえ、運針させるのに必要な最低のトルクを低下させることができて二次電池８０の持続時間を向上させることができる。

〔実施形態の変形〕
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
前記各実施形態の番車には、全体に一括して硬質炭素膜処理が施されていたが、少なくともかな、およびほぞに硬質炭素膜処理が施されていればよい。かな、およびほぞに硬質炭素膜処理が施されていれば、輪列中に生じる主な摩擦を抑えることができるからである。
前記各実施形態の時計用歯車部品では、歯車は軸に圧入されて組み付けられていたが、歯車は軸に接着されて組み付けられていてもよい。また、歯車と軸とが一体成形されていてもよい。

本発明の時計用歯車部品は、電子制御式機械時計や自動巻発電時計に限らず、機械時計に適用されてもよい。詳述すると、機械エネルギ源であるゼンマイと、ゼンマイを内蔵した香箱車と噛み合う二番車等から構成された輪列と、ガンギ車、アンクル、およびテンプ等から構成されてゼンマイに蓄えられた機械エネルギ源を定期的に開放する調速機構と、輪列に結合された指針とを備える機械時計において、輪列を構成する番車のうち、少なくとも分針が取り付けられる二番車、二番車からの回転が伝達される三番車、および二番車の軸上に配置されて三番車からの回転が伝達されるとともに秒針が取り付けられる四番車の一部に本発明の時計用歯車部品が適用されてもよい。

この場合でも、全体に一括して硬質炭素膜処理が施された本発明の時計用歯車部品を、少なくとも輪列を構成する二〜四番車の一部に適用することにより、時計用歯車部品が適用された番車と、この番車と噛み合う他の番車との間の滑りを安定させることができて運針の精度を向上させることができるとともに、適用された番車の耐久性を向上できて運針の精度を良好に保持することができる。また、時計用歯車部品が適用された番車のかな、ほぞ、および歯車等の摺動部で生じる摩擦を低減できるので、ゼンマイの持続時間を向上させることができる等、前記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、機械時計の構成は、前記第１実施形態で説明した電子制御式機械時計において、発電機８（調速機）を、ガンギ車、アンクル、およびテンプ等から構成される調速機構に置き換えた構成と同じ構成であるうえ、その構成は公知であるので、ここではその図示を省略する。また、前記各第１、２実施形態の電子制御式機械時計、および本実施形態の変形における機械時計において、機械エネルギ源をゼンマイとしたが、ゴムやスプリングなどでもよく、機械エネルギ源はゼンマイに限定されない。

本発明の第１実施形態に係る時計用歯車部品を適用した電子制御式機械時計の要部を示す平面図。 前記実施形態の電子制御式機械時計の要部を示す断面図。 前記実施形態の電子制御式機械時計の要部を示す他の断面図。 前記実施形態の電子制御式機械時計の構成を示すブロック図。 前記実施形態の二番車、三番車、および四番車の要部を示す断面図。 本発明の第２実施形態に係る二番車、三番車、および四番車の要部を示す断面図。 従来の輪列を構成する各番車およびロータの上ほぞと下ほぞとにかかる面圧のテーブルを示す図。 本発明の第３実施形態に係る時計用歯車部品を適用した自動巻発電時計の平面図。 前記実施形態の自動巻発電時計の要部を示す断面図。

符号の説明

１ａ…機械エネルギ源であるゼンマイ、２〜６…時計用歯車部品である番車、８…発電機、９…回転錘、１６…軸受け部、１７…軸、２２…本体、８５…回転制御装置、９２…回転錘車、９３…伝え車、９４…発電ロータ、１００…増速輪列、１６０…軸受け装置、１７０…歯車、１７１…かな、１７３Ａ，１７３Ｂ…ほぞ、１７４…軸受け部位であるそろばん玉、２００…分針（指針）、２１０…時針（指針）、４００…秒針（指針）、９００…伝達輪列、９４０…磁石であるロータ磁石。

Claims (11)

1. 時計の輪列を構成する時計用歯車部品であって、
   先端に形成されたほぞが軸受け部に挿通されて支持される軸と、
   前記軸に設けられたかなと、
   前記軸に設けられた歯車とを備え、
   前記かな、およびほぞには硬質炭素膜処理が施されている
   ことを特徴とする時計用歯車部品。
2. 請求項１に記載の時計用歯車部品において、
   前記歯車には硬質炭素膜処理が施されている
   ことを特徴とする時計用歯車部品。
3. 請求項１または請求項２に記載の時計用歯車部品において、
   前記歯車は前記軸に組み付けられた歯車であり、
   組み付け後に、硬質炭素膜処理が一括して施されている
   ことを特徴とする時計用歯車部品。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の時計用歯車部品において、
   他の時計用歯車部品の筒状の本体に挿入される前記軸を有し、
   この軸には、前記他の時計用歯車部品の筒状の本体の内周面に接触する軸受け部位が設けられ、
   前記軸受け部位には、硬質炭素膜処理が施されている
   ことを特徴とする時計用歯車部品。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の時計用歯車部品において、
   前記軸は、貴石からなる軸受け部と共に滑り軸受け装置を構成している
   ことを特徴とする時計用歯車部品。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の時計用歯車部品において、
   増速輪列を構成している
   ことを特徴とする時計用歯車部品。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の時計用歯車部品を備えている
   ことを特徴とする時計。
8. 請求項７に記載の時計において、
   前記かな、歯車、ほぞ、および軸受け部位のいずれかには、潤滑油が塗布されている
   ことを特徴とする時計。
9. 請求項７または請求項８に記載の時計は、機械エネルギ源と、この機械エネルギ源に連結された輪列と、前記機械エネルギ源に蓄えられた機械エネルギを定期的に開放する調速機構と、輪列に結合された指針とを備える機械時計であり、
   前記輪列は、前記機械エネルギ源を内蔵し、この機械エネルギ源で駆動される一番車と、一番車に連結されているとともに分針が取り付けられている二番車と、二番車からの回転が伝達される三番車と、二番車の軸上に配置されて三番車からの回転が伝達されるとともに秒針が取り付けられている四番車とを備え、
   少なくとも前記二番車、三番車、四番車の一部が前記時計用歯車部品である
   ことを特徴とする機械時計。
10. 請求項７または請求項８に記載の時計は、機械エネルギ源と、この機械エネルギ源に連結された輪列により駆動されて誘起電力を発生し電気エネルギを出力する発電機と、前記輪列に結合された指針と、発電機から出力された電気エネルギにより駆動されて前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置とを備える電子制御式機械時計であり、
    前記輪列は、前記機械エネルギ源を内蔵するとともにこの機械エネルギ源で駆動される一番車に連結されかつ分針が取り付けられている二番車と、二番車から回転が伝達される三番車と、二番車の軸上に配置されて三番車から回転が伝達されるとともに秒針が取り付けられている四番車とを備え、
    少なくとも前記二番車、三番車、四番車の一部が前記時計用歯車部品である
    ことを特徴とする電子制御式機械時計。
11. 請求項７または請求項８に記載の時計は、回転錐と、回転錐の回転を増速し伝える伝達輪列と、この伝達輪列と噛み合い発電する発電機を備える自動巻発電時計であり、
    前記伝達輪列は、回転錐と共に回転する回転錐車と、この回転錐車、および発電機の一部を構成する磁石を設けた発電ロータの間に配置され回転錐の回転を増速する伝え車とを備え、
    少なくとも前記伝達輪列の一部が前記時計用歯車部品である
    ことを特徴とする自動巻発電時計。

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