JP4525189B2 - 駆動機構およびそれを用いた時計 - Google Patents

Description

本発明は駆動機構に係り、特に、駆動体の回転運動に基づいて被動体を並進移動させることのできる駆動機構の構成に関する。

一般に、回転運動を並進運動に変換することのできる駆動機構としては、ラックアンドピニオン機構、クランク機構、スクリュウー機構などが知られている（例えば、以下の非特許文献１参照）。また、螺旋状の(helical)溝を備えたロータと、軸線方向には移動可能だが回転不能に前記ロータ内に設置され、上記と同様の螺旋状の溝を備えたシャフトとを有し、複数のボールが上記両溝に係合された状態で、ベアリングとして機能する螺旋スプリングで構成される案内部材によってガイドされるように構成した螺旋ボールギア機構が知られている（例えば、以下の特許文献１参照）。
「メカニズム」第５版、株式会社技報堂、昭和３６年１２月２５日発行（特に、第１１類；歯車装置、第２４類：変速運動及び変速動力、第６６類：ポンプ作用及び水揚装置など） 米国特許第４６８５３４４号公報

しかしながら、前述の駆動機構では、一般に、機械式腕時計などのような僅かな駆動トルクでは動作させることが難しく、比較的大きな駆動トルクが必要であるため、僅かな消費エネルギーで被動体の並進運動を実現することが難しいという問題点がある。また、上記特許文献１に記載の機構では、構造が複雑であるとともに、駆動機構がどのように動作しているのかを外部から視認することができないという問題点がある。したがって、従来の駆動機構では、僅かな消費エネルギーで長時間動作させることが難しく、また、通常の駆動機構では動作態様を外部から見ることができず、また、外部から見えるようにしてもきわめて一般的な動作機構であるので、からくり時計や可動構造を有するオブジェなどのようにその動作態様を鑑賞するための物品の駆動機構としては適していない。

そこで、本発明は上記問題点を解決するものであり、従来よりも僅かな駆動トルクで容易に動作するとともに、動作態様の鑑賞性にも優れた新規の駆動機構を提供することにある。

斯かる実情に鑑み、本発明の駆動機構は、渦巻き状の駆動面を備えた駆動体と、該駆動体を回転駆動する回転駆動手段と、前記駆動面により駆動されて前記駆動体の半径方向に並進移動する被動体とを有することを特徴とする。この発明によれば、渦巻き状の駆動面を備えた駆動体を回転駆動手段によって駆動面の軸線周りに回転駆動することによって、駆動面がその渦巻き形状によって駆動体の半径方向に移動するため、駆動面によって被動体を半径方向に移動させることができる。ここで、渦巻き状の駆動面とは、平面上に描かれた渦巻き（平面スパイラル）に沿って伸びる面形状を備えたものを言い、螺旋状（ヘリカル状）の面形状を備えたものを含まない。また、半径方向に移動するとは、駆動体の半径に沿って並進移動することのみを言うのではなく、駆動体の回転によって被動体の位置が結果的に異なる半径位置に並進運動により移動することを言う。したがって、被動体の移動経路そのものは駆動体の半径と一致している必要はない。

本発明において、前記被動体をその並進移動方向に案内する案内手段を有することが好ましい。案内手段によって被動体をその並進移動方向に案内することにより、被動体を案内方向に安定して移動させることができる。特に、駆動体の軸線が水平方向に設定されていない場合や、駆動体の軸線が水平方向に設定されている場合でも被動体が駆動体の外周側の表面に構成された駆動面上に当接した状態で移動するように構成されている場合には、被動体を駆動面上において安定させるには案内手段が必要になる。

本発明において、前記被動体は前記駆動面上で転動しながら移動することが好ましい。駆動体が軸線周りに回転駆動される一方で被動体は移動するため、駆動面上で被動体が転動しない場合には必ず被動体と駆動面との間の摺動抵抗が駆動負荷を増大させる。本発明のように駆動面上で被動体が転動することによって被動体と駆動面との間の摩擦抵抗を低減することができ、駆動トルクをさらに低減することが可能になる。

本発明において、前記被動体は、前記駆動面上に配置された、前記駆動面の軸線方向と平行な軸線を備えた前記円柱体若しくは円筒体又は球体を被動部として有することが好ましい。これによって、被動体と駆動面との摩擦抵抗（被動体が転動しない場合には摺動抵抗、被動体が転動する場合にはころがり抵抗）を低減することができ、駆動負荷をさらに低減できる。

本発明において、前記駆動体の軸線は水平に設置されていることが好ましい。駆動体の軸線が水平に設置されていることによって、被動体を上方へ持ち上げるように移動させることができる。この場合には、案内手段により被動体を駆動体の軸芯を通過する垂直面上に保持した状態で移動させることができる。また、案内手段により被動体を駆動面の頂点位置若しくは最低位置に保持した状態で移動させることもできる。このときには、被動体が水平面を接面とする駆動面上の位置に保持されているため、被動体と案内手段との間に生ずる応力が小さくなり、案内手段による案内抵抗を最も小さくすることができるため、さらに駆動負荷を低減できる。

本発明において、前記駆動体は、前記駆動面を表面に備えた側面視渦巻き状の帯材を有することが好ましい。これによれば、駆動面を表面に備えた側面視渦巻き状の帯材を用いることにより、帯材の表面によって被動体を安定的に支持し、駆動することが可能になる。

本発明において、前記駆動体は、前記駆動面を端縁に備えた平面視渦巻き状の板状材を有することが好ましい。これによれば、駆動面が板状材の端縁に設けられるので、板状材の平面形状によって駆動面の渦巻き形状を自由かつ容易に形成することができるとともに、駆動面の形状精度を高めることができる。例えば、プレスの打ち抜き加工やエッチング加工などによって平面形状を高精度かつ簡単に製造できる。また、板状材の端縁に駆動面が構成されるので、駆動面の変形に関する剛性を高くすることができるため、渦巻き形状を保つための支持構造が不要になるか、或いは、当該支持構造を簡易に構成することができるとともに、駆動体の経時的な形状変化を低減することができ、耐久性を高めることができる。

本発明において、前記駆動体は、前記被動体の幅よりも小さな間隔で前記駆動面の軸線方向に配列された一対の前記板状体を有することが好ましい。これによれば、駆動面の幅が狭い場合でも、被動体を駆動面のみで支持し、駆動することが可能になる。

次に、より具体的な本発明の駆動機構は、渦巻き状の駆動面を備えた駆動体と、該駆動体を回転駆動する回転駆動手段と、前記駆動面により駆動されて前記駆動体の半径方向に並進移動する被動体とを具備し、前記駆動体は、その軸線方向に並列する一対の渦巻き状帯材を有し、該一対の渦巻き状帯材の軸線方向両側に設置され、前記被動体を保持する保持枠と、前記一対の渦巻き状帯材の間に配置され、前記渦巻き状帯材の半径方向に伸びる案内縁部を有する案内部材とをさらに具備することを特徴とする。これによれば、一対の渦巻き状帯材によって駆動される被動体は、軸線方向両側に配置された保持枠によって保持されるとともに、一対の渦巻き状帯材の間に配置された案内部材の案内縁部によって案内される。このように構成すると、個々の部品形状を複雑化することなく、しかも簡単な部品構成で容易に駆動体を構成できる。この場合には、被動体は円柱体若しくは円筒体又は球体で構成されることが好ましく、その半径は渦巻き状帯材の幅よりも大きく、案内部材を挟んで配置された一対の渦巻き状帯材が占有する軸線方向の距離以下であることが好ましい。また、保持枠には、被動体を導入する導入口と、被動体を導出する導出口とを設けることが望ましい。

また、本発明の別の駆動機構は、渦巻き状の駆動面を備えた駆動体と、該駆動体を回転駆動する回転駆動手段と、前記駆動面により駆動されて前記駆動体の半径方向に並進移動する被動体とを具備し、前記駆動体は、その軸線方向に並列する、前記駆動面を端縁に備えた平面視渦巻き状の一対の板状材を有し、該一対の板状材の軸線方向両側に設置され、前記被動体を保持する保持枠と、前記一対の板状材の間に配置され、前記板状材の半径方向に伸びる案内縁部を有する案内部材とをさらに具備することを特徴とする。これによれば、一対の板状材の端縁に設けられた駆動面で駆動される被動体は、軸線方向両側に配置された保持枠によって保持されるとともに、一対の板状材の間に配置された案内部材の案内縁部によって案内される。このように構成すると、個々の部品形状を複雑化することなく、しかも簡単な部品構成で容易に駆動体を構成できる。また、板状材の端縁に駆動面が構成されることにより、板状材の平面形状によって渦巻き形状を自由かつ容易に形成することができるとともに、駆動面の形状精度を高めることができる。また、板状材の端縁に駆動面が構成されるので、駆動面の変形に関する剛性を高くすることができるため、渦巻き形状を保つための支持構造が不要になるか、或いは、当該支持構造を簡易に構成することができるとともに、駆動体の経時的な形状変化を低減することができ、耐久性を高めることができる。

次に、添付図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。最初に、図４乃至図８を参照して、本発明に係る駆動機構の原理について説明する。本発明の駆動機構において、図４（ａ）に示す駆動体１０は、渦巻き状の駆動部１１を有し、この駆動部の内面及び外面が駆動面１１ａ，１１ｂとなっている。駆動面１１ａは駆動部１１の内面であり、駆動面１１ｂは駆動部１１の外面である。駆動体１０の軸芯１０Ｐは、渦巻きの中心点（中心軸）である。渦巻き（平面スパイラル）としては、種々のものがあるが、例えば、アルキメデスのスパイラル、双曲スパイラル、対数スパイラル（等角スパイラル）などが挙げられる。

アルキメデスのスパイラルは、中心点からの直線距離をｒ、角度をθとした平面極座標系において、ｒ＝ａθ＝（Ｐ／２π）・θで表される。ここで、ａ＝ｖ／ω（定数、ｖは中心から一定の速さで遠ざかる速度、ωは角速度）、Ｐ＝２πａはピッチ距離である。この場合には、渦巻きのピッチが等間隔になるので、本発明の渦巻き形状としては最も好ましい。

双曲スパイラルは、同じ平面極座標系においてｒ＝ａ／θで表される。ここで、ａは定数である。この場合には、θが大きくなるとｒは小さくなり、中心点が漸近点となる。この渦巻き形状では、中心に近づくに従って急激に間隔が狭くなる。

対数スパイラルはｒ＝ａｅｘｐ［Ｋ・θ］で表される。ここで、ａ、Ｋは定数である。この渦巻き形状は動径と接線のなす角が一定である曲線であり、したがって、中心点から半径方向に移動したとき、常に接線方向が等しい方向を向いていることになる。接線方向の傾きφ＝ｃｏｔ^−１Ｋである。この場合には、外側へ進むほど渦巻きのピッチ間隔が少しずつ広くなっていく。

次に、図４（ａ）に示すように、上記の駆動体１０を用いて被動体１５を駆動する。被動体１５を駆動するには、駆動体１０をその軸芯１０Ｐを中心として回転させ、駆動体１０の駆動部１１に設けられた駆動面１１ａ又は１１ｂによって被動体１５を半径方向に移動させる。ここで、被動体１５は図４（ａ）では駆動体１０の半径に沿って（軸芯１０Ｐを通過する直線の伸びる方向に沿って）並進移動（直線移動）するように設定されている。ただし、本発明では、被動体１５の移動経路そのものは駆動体の半径と一致していなくてもよく、駆動体１０の渦巻き方向と異なってさえいれば、任意の直線状若しくは曲線状の経路を採るように構成されていてもよい。

図４（ａ）に示すように、被動体１５を駆動体１０の半径方向に沿って直線移動させるときには、案内部材１２の案内縁１２ａを駆動体１０の半径に沿って配置し、被動体１５が案内縁１２ａに案内されることにより駆動面上の位置Ｓ１〜Ｓ６に保持された状態で移動していくように設定する。

例えば、軸芯１０Ｐを水平方向に設定し、駆動体１０を回転させると、被動体１５は上下方向（垂直方向）に直線移動することになる。ここで、図４（ａ）に示すように図示時計周りに駆動体１０をその軸芯１０Ｐを中心として回転させる場合、図示実線のように被動体１５を駆動面１１ｂ上に当接させた状態とすれば、被動体１５は上方に移動していく。また、図４（ａ）に点線で示すように被動体１５を駆動面１１ａ上に当接させた状態とすれば、下方に移動していく。これらの移動方向は、駆動体１０の回転方向が逆になれば逆方向となる。

ところで、案内手段（図４（ａ）に示す案内部材１２）は常に必要になるとは限らない。例えば、図４（ｂ）に示す駆動体１０′では、被動体１５は、駆動部１１′の駆動面１１ａ′及び１１ｂ′のうち内側の駆動面１１ａ′上の最下点である位置Ｓ１〜Ｓ５に配置されている。そして、駆動体１０′を反時計回りに回転させると、被動体１５は自重により駆動面１１ａ上の最下点である位置Ｓ１〜Ｓ５或いはその近傍に保持された状態で図示矢印のように上昇していく。この場合には、被動体１５は駆動面の最下点若しくはその近傍の位置に自重により保持されるので、上記案内手段１２に相当する案内手段を必ずしも設ける必要はない。なお、図４（ｂ）に示す上記駆動体１０′において、その駆動面１１ａ′上の最下点は、駆動体１０′の軸芯１０Ｐ′を通過する垂線（図示一点鎖線）よりもやや右側に位置する。

図５は、上記のように駆動体１０の軸芯１０Ｐを通過する垂直面上に被動体１５を保持したときの被動体１５の動作態様を示す。ここで、被動体１５は、軸芯１０Ｐと平行な軸線を有する円柱体若しくは円筒体、或いは、球体であり、並進移動とともに駆動面１１ｂ上において転動可能に構成されていることを前提とする。被動体１５は、自身の質量に応じた引力Ｗを下方に受けるとともに、この引力Ｗと、駆動面１１ｂの傾斜角ψ（より正確には駆動面の接面の傾斜角）に応じた力Ｆを案内部材１２の案内縁１２ａから受ける。そして、被動体１５が駆動面１１ｂ上で転動するとき、被動体１５と案内部材１２との摩擦力μＦ（μは動摩擦係数）はこの力Ｆによってほぼ決定される。

ここで、駆動体１０の渦巻き形状がアルキメデスのスパイラルであると仮定すると、軸芯１０Ｐを通過する垂直面上における駆動面１１ｂの傾斜角ψ（駆動面の接面の傾斜角）は、ψ＝２／π−ｔａｎ^−１θとなる。例えば、θ＝１．５πのときψ＝１１．９８°、θ＝２πのときψ＝９．０４°、θ＝３．５πのときψ＝５．２０°、θ＝４πのときψ＝４．５５°、θ＝５．５πのときψ＝３．３１°、θ＝６πのときψ＝３．０４°、θ＝７．５πのときψ＝２．４３°、θ＝８πのときψ＝２．２８°となる。なお、この場合においては、被動体１５の移動経路が半径に一致しているため、上記の計算では、駆動面１１ｂと所定の半径方向の接線（接面）とのなす角度を算出していることになる。

次に、上記力Ｆは、傾斜角ψと引力Ｗとによって決定され、Ｆ＝Ｗｔａｎψとなる。ここで、駆動体１０の回転によって被動体１５が転動し、被動体１５は案内部材１２の案内縁１２ａに対して摺動することとすると、この摺動によって生ずる摩擦力は、μＦ＝μＷｔａｎψである。上述のように、θが大きくなるほど傾斜角ψは小さくなるので、Ｆも小さくなり、したがって、摩擦力も小さくなるから、θの小さい領域は使用しないほうが摩擦損失は低減される。ただし、この場合には、被動体の移動ストロークを確保しようとすれば、駆動体１０はその分大型化する。

この被動体１５の摩擦力μＦに起因する駆動体１０の駆動負荷、すなわち摩擦損失をＭ_Ｆとする。ここで、駆動体１０の軸芯１０Ｐと案内縁１２ａ（或いはその延長線）の距離は、高々被動体１５の半径ｄから直径以内である。このため、例えば、当該距離が図５に示す半径ｄと等しい場合には、駆動体の負荷となる摩擦損失Ｍ_ＦはμＦｄとなる。

また、駆動体１０は、その自重Ｗ_Ｏと、被動体１５の重量Ｗとによって軸損失Ｍ_Ｘを生ずるが、これは、駆動体１０の軸支部の半径をｅ、軸支部の動摩擦係数をμ_Ｏとすると、Ｍ_Ｘ＝μ_Ｏ（Ｗ_Ｏ＋Ｗ）ｅとなる。

上記の結果を総合すると、Ｍ_Ｆ＝μＦｄ（ｄは被動体の半径）を転動による摩擦損失とすれば、全損失Ｍ_{ＴＯＴＡＬ}＝Ｍ_Ｆ＋Ｍ_Ｘ＝μＦｄ＋μ_Ｏ（Ｗ_Ｏ＋Ｗ）ｅ＝μＷｄｔａｎψ＋μ_Ｏ（Ｗ_Ｏ＋Ｗ）ｅとなる。ここで、μ＝０．２、μ_Ｏ＝０．１、Ｗ＝５ｇ、Ｗ_Ｏ＝５０ｇ、ｔａｎψは上記の平均値を用いるとすれば、全損失は約２ｇ・ｃｍ程度となる。したがって、時計のムーブメントなどの僅かな駆動トルクでも容易に駆動することができる。

なお、以上の結果は、いずれも単一の被動体１５を駆動する場合を示すものであり、被動体１５が同時に複数駆動される場合（例えば、図４（ａ）に示す位置Ｓ１〜Ｓ６のうちの複数箇所に被動体１５が配置される場合）には、摩擦損失Ｍ_Ｆでは損失全体に被動体１５の数を乗算し、軸損失Ｍ_Ｘでは式中のＷに被動体１５の数を乗算すればよい。ここで、例えば、被動体１５を移動させるスパイラルのピッチを１５ｍｍとし、３つの被動体１５を同時に順次異なる周回位置にて上昇させるように構成するためには、被動体１５を導入して導出するために４ピッチ分の半径の大きさ、１５ｍｍ×４＝６ｃｍをもつ駆動体１０が必要となる。そして、軸損失Ｍ_ＸではＷの代わりに３Ｗを用い、摩擦損失Ｍ_Ｆは全体を３倍すればよい。

従来の方法として、被動体を駆動体の外周部に保持して、被動体が駆動体の軸芯と等しい高さにある状態から軸芯の真上に配置される状態まで駆動体を回動させることによって被動体を持ち上げることができる。しかし、この場合には、駆動体が必要とする最大トルクは、外周円弧上を移動しはじめる時に生ずる。最大トルクは、被動体の重さＷと、駆動体の軸芯から被動体までの距離（半径）Ｒとの積となるから、例えば、被動体の重さＷが５ｇ、半径Ｒが６ｃｍであれば、必要な駆動トルクは３０ｇ・ｃｍとなる。もちろん、この場合にも、被動体の数が増えれば、最大トルクも増大する。また、この場合でも全損失を求めるには上述と同様の軸損失がさらに加算される。したがって、本実施形態の全損失は従来の駆動機構の全損失に較べてきわめて小さい値となる。

次に、図６には、図４（ａ）に示すものと同様の駆動体１０、被動体１５を用いた駆動機構であるが、被動体１５の駆動面１１ｂ上における保持される位置が異なる例を示してある。この例では、被動体１５を軸芯１０Ｐを通過する垂直面上ではなく、図７に示すように、駆動面１１ｂの頂点位置１１ｂｐ上に設定してある。また、駆動面１１ｂの頂点位置１１ｂｐ上では、被動体１５は安定しないので、両側に案内部材１２Ａ，１２Ｂを配置し、それらの案内縁部１２Ａａ，１２Ｂａによって被動体１５を上下方向（垂直方向）に案内している。

この場合には、被動体１５がほぼ頂点位置１１ｂｐ上に配置されているので、その接線（接面）はほぼ水平であり、したがって、案内縁部１２Ａａ，１２Ｂａから被動体１５が受ける応力Ｆ′は上記力Ｆに較べて小さく（理想的には０に）なる。したがって、上述の摩擦損失Ｍ_Ｆがほとんどなくなるため、全損失も低減されるから、駆動負荷がさらに低減される。

図８（ａ）及び（ｂ）には、被動体１５を頂点位置１１ｂｐ上よりもさらに駆動体の回転の向きと逆側にずらして配置した場合の被動体の近傍の様子を示す。この場合には、図７に示す場合に較べて、被動体１５の図示左側にある案内縁１２Ｂａの位置を被動体１５の位置とともに図示左側にずらして配置してある。この案内縁１２Ｂａとは反対側にある案内縁１２Ａａは図７に示す場合と同じ位置にある。この状態で、駆動面１１ｂが図示時計周りに速度ｖ１で回転したとすると、被動体１５もまた周速度ｖ１で転動することとなるが、実際には、駆動面１１ｂ及びその上の被動体１５は、駆動面１１ｂが渦巻き状に構成されているために速度ｖ２で上方に移動する。ここで、ｖ１とｖ２の関係は、渦巻きが上述の（図４を参照した説明にて記述した）アルキメデスのスパイラルであれば、ａ＝ｖ２／ω、ｖ１＝ｒ・ωであるから、ｖ２／ｖ１＝１／θとなり、θが大きくなるほど、ｖ２／ｖ１は小さくなる。したがって、θ＝１．５π〜８π程度を考えると、ｖ１>>ｖ２となる。

ここで、被動体１５の回転状態を調べて見る。駆動体１０の時計周りの回転により被動体１５自体の回転は反時計周りに転動する。このとき、駆動体１０の回転によって被動体１５は多少でも図の右側へ移動させようとする力ｆ′を受けることになるため、被動体１５と案内縁１２Ｂａとの間に生ずる力Ｆ″は、図５に示す力Ｆ＝Ｗｔａｎψに相当するｆ＝Ｗｔａｎψ′から上記のｆ′を引いた値になり、その結果、ψとψ′とが大きく異ならなければ、力Ｆ″は常にＦよりも小さな値となる。したがって、この力Ｆ″に起因する摩擦力μＦ″も図５に示す場合よりも小さくなる。

このとき、案内縁１２Ｂａと被動体１５との間に生ずる摩擦力μＦ″の方向は、ｖ１>>ｖ２であるため、図示上方向となる。ここで、案内部材１２Ｂは固定されているため、案内縁１２Ｂａを基準としてみると、図８（ｂ）に示すように、或る時点ｔ１と、その後の時点ｔ２とで比較すると、時点ｔ１では被動体１５は、案内縁１２Ｂａの下部位置に接していても、時点ｔ２ではそれよりも上部位置に接することになる。すなわち、固定された案内縁１２Ｂａと被動体１５との間のすべり速度はｖ１−ｖ２となる。したがって、被動体１５の転動によって生ずる摩擦損失は、図５及び図７に示す案内縁１２Ａａに対するものに較べて軽減されることになる。

なお、上記とは逆に、駆動面１１ａの最低位置上に被動体１５を保持して駆動する場合でも、上記と同様に転動による案内部材との摩擦に起因する摩擦損失を低減することができる。この場合には、被動体１５を引力によって駆動面１１ａの最低位置に保持することが可能であるため、回転速度が一定かつ充分に遅ければ、案内部材を必要としない。ただし、実用的には上記と同様に被動体１５の両側を保持するための案内手段を設けることが望ましい。

［第１実施例］
次に、上述の原理を踏まえて、本発明に係る駆動機構の第１実施例について説明する。図１は駆動機構１００の斜め上方から見た様子を示す斜視図、図２は駆動機構１００の正面図（ａ）、平面図（ｂ）及び右側面図（ｃ）、図３は、駆動機構１００に被動体の導入部及び導出部を設置した場合の斜視図である。この駆動機構１００は、図示のように内側から外側へ半時計周りの渦巻き状の駆動面が構成された駆動体１１０を有し、球状に構成された被動体（図示せず）を駆動体１１０の軸芯よりやや上方の下方位置にて駆動体１１０の駆動面上に供給したとき、駆動体１１０が（図示例では時計回りに）回転することによって被動体が徐々に上昇し、やがて上方位置に被動体が達したときに被動体を取り出すように構成したものである。

この駆動体１１０においては、軸線方向から見た側面視が渦巻き状に構成されてなる一対の渦巻き状帯材１１１Ａ，１１１Ｂが図示前後方向（すなわち駆動体１１０の軸線方向）に並列に配置されている。渦巻き状帯材１１１Ａ，１１１Ｂの内面及び外面の延長形状はそれぞれ渦巻き状に構成され、当該内面及び外面が上述の駆動面を構成している。一対の渦巻き状帯材１１１Ａ，１１１Ｂの前後両側には板状の保持枠１１３Ａ，１１３Ｂが配置されている。保持枠１１３Ａ，１１３Ｂは、渦巻き状帯材１１１Ａ，１１１Ｂの渦巻き形状に構成された駆動面上に配置される被動体が駆動面上から脱落しないように保持するためのものである。前面側に配置される保持枠１１３Ａには、駆動体１１０の軸芯の近傍（中心側）にて前方に開口した導入口１１３Ａｘが形成され、また、駆動体１１０の外周部において前方に開口した導出口１１３Ａｙが形成されている。上記の一対の渦巻き状帯材１１１Ａ，１１１Ｂ及び保持枠１１３Ａ，１１３Ｂは、支持部材１１４Ａ，１１４Ｂによって一体に構成され、後述するハブに固定されている。

駆動体１１０の背後には、図２（ｂ）及び（ｃ）に示すように駆動源１２０が配置され、この駆動源１２０の駆動軸１２１はハブ１２２に接続されている。駆動源１２０としては適宜の駆動モータなどの回転駆動手段を用いることができるが、本実施形態では、時計駆動機構（ムーブメント）によって構成している。ハブ１２２は、上記の駆動体１１０の中心部に固定され、駆動源１２０の駆動力により駆動体１１０とともに回転するようになっている。

一方、基台１０１の前後位置にはそれぞれ支持枠１０２Ａ，１０２Ｂが固定され、これらの支持枠１０２Ａ，１０２Ｂは、上記ハブ１２２を介して駆動体１１０を回転自在に軸支している。後方の支持枠１０２Ｂには上方に延長された支持延長部１０２Ｂｘが設けられ、この支持延長部１０２Ｂｘは案内部材１１２の上部を支持固定している。この案内部材１１２は、上記一対の渦巻き状帯材１１１Ａ，１１１Ｂの間を挿通して上下方向に伸びるように配置されている。案内部材１１２の下部は基台１０１に固定されている。

図１又は図３において、案内部材１１２は固定されており、駆動体１１０が回転しても常に一定位置（図示例では駆動体１１０の軸芯の上下に亘る位置）に配置されている。案内部材１１２は、図示上下方向に伸びる一対の案内部１１２Ａ、１１２Ｂを有している。一対の案内部１１２Ａ，１１２Ｂは駆動体１１０の軸芯の上方においてそれぞれほぼ上下方向に伸びるように配置されている。案内部１１２Ａ，１１２Ｂには、それぞれ相互に対向配置された案内縁部１２２Ａａ，１１２Ｂａが軸芯の上方に上下に伸びるように形成されている。より具体的には、駆動体１１０の回転方向（時計回り）側に形成された一方の案内部１１２Ａは軸芯の上方をやや上記の回転方向側に傾斜した姿勢で上方に伸びている。また、駆動体１１０の回転方向とは逆側に形成された他方の案内部１１２Ｂは軸芯の上方のやや回転方向とは逆側をほぼ垂直に上方へ向けて伸びている。

図３に示すように、この駆動機構１００では、上記の保持枠１１３Ａに設けられた導入口１１３Ａｘが駆動体１１０の軸芯の真上位置にきたときに図示しない被動体を導入口１１３Ａｘを通して渦巻き状帯材１１１Ａ，１１１Ｂの外面上に導入する導入ガイド１３２と、上記の保持枠１１３Ａに設けられた図１に示す導出口１１３Ａｙが駆動体１１０の軸芯の真上位置にきたときに、駆動体１１０の回転によって案内部材１１２によって案内されながら上昇してきた図示しない被動体を導出口１１３Ａｙを通して導出する導出ガイド１３３とが設けられている。これらの導入ガイド１３２及び導出ガイド１３３は支持体１３１によって駆動体１１０の前方に支持固定されている。導入ガイド１３２及び導出ガイド１３３は、図示のように、被動体を転動させて導入若しくは導出させることができる樋状に構成されている。

この実施形態では、導入ガイド１３２から供給される被動体は、駆動体１１０の回転に伴って導入ガイド１３２の出口に導入口１１３Ａｘが現れると、この導入口１１３Ａｘを通して保持枠１１３Ａの内側に導入され、渦巻き状帯材１１１Ａ，１１１Ｂの面上に配置される。このとき、導入された被動体は案内部材１１２の対向する案内縁１１２Ａａ，１１２Ｂａの間に配置され、これらの案内縁１１２Ａａ，１１２Ｂａによってその回転方向の位置が規制される。その後、駆動体１１０の回転に伴って被動体は徐々に上方へ持ち上げられ、やがて、被動体が配置されている位置に導出口１１３Ａｙが現れると、この導出口１１３Ａｙを通して導出ガイド１３３へ被動体が排出される。実際には、上記のような手順で導入ガイド１３２から供給される複数の被動体がそれぞれ順次に持ち上げられ、導出ガイド１３３から順次に排出されるように構成されている。

上記のように構成された本実施形態では、駆動体１１０の或る所定位置に設けられた導入口１１３Ａｘでのみ被動体が導入され、駆動体１１０の他の所定位置に設けられた導出口１１３Ａｙでのみ被動体が導出される。これらの導入口１１３Ａｘ及び導出口１１３Ａｙはそれぞれ一つずつ設けられていてもよく、複数設けられていてもよい。いずれにしても、常に一定の位置で被動体が導入され、他の一定の位置で被動体が導出されるので、被動体の移動範囲（移動距離）は常に一定になる。

次に、図９を参照して上記実施例の導出口の構造を詳細に説明する。渦巻き状帯材１１１Ａ，１１１Ｂは、基本的には案内部材１１２を挟んで両側に並列に設置されているので、渦巻き状帯材１１１Ａの表面と、１１１Ｂの表面とは同じ角度位置では基本的に同じ高さとなっている。しかし、上記の導出口１１３Ａｙにおいては、導出口１１３Ａｙの設けられた側に存在する渦巻き状帯材１１１Ａの排出部１１１Ａｙが低く、導出口１１３Ａｙの設けられた側とは反対側に存在する渦巻き状帯材１１１Ｂの排出部１１１Ｂｙが高くなっている。これによって、案内部材１１２により角度位置が保持された被動体１１５の前方位置に導出口１１３Ａｙが到達すると、被動体１１５は渦巻き状帯材１１１Ｂの排出部１１１Ｂｙから渦巻き状帯材１１１Ａの排出部１１１Ａｙに移動し、導出口１１３Ａｙから重力に応じて自然に導出ガイド１３３上へ排出されるように構成できる。このような構成では、渦巻き状帯材１１１Ａと１１１Ｂとを導出口１１３Ａｙに対して角度位置が接近するに従って徐々に高低差がつくように構成することが好ましい。これによって、被動体１１５は導出口１１３Ａｙが接近してくるに従って徐々に導出口１１３Ａｙ側に移動し、導出口１１３Ａｙが現れたときには直ちに排出される。

図１０には、上記の導出口１１３Ａｙの近傍の異なる構成を示す。この構成例では、導出口１１３Ａｙの設けられている位置では、渦巻き状帯材１１１Ａ及び１１１Ｂに、導出口１１３Ａｙ側に傾斜した傾斜部１１１Ａｙ′及び１１１Ｂｙ′が形成されている。また、傾斜部１１１Ａｙ′の導出口１１３Ａｙとは反対側の端部は、傾斜部１１１Ｂｙ′の導出口１１３Ａｙ側の端部と同じか、それよりも低くなっている。このように構成することによって、被動体１１５を傾斜部１１１Ｂｙ′及び１１１Ａｙ′によって導出口１１３Ａｙに導くことができるので、被動体１１５をよりスムーズかつ確実に排出することが可能になる。なお、この場合には、渦巻き状帯材１１１Ａ及び１１１Ｂを、導出口１１３Ａｙに対して角度位置が接近するに従って徐々に傾斜角が大きくなっていくように構成することが好ましい。これによって被動体１１５をさらに円滑に導出口１１３Ａｙから排出できる。

図１１は、駆動体１１０の導入口１１３Ａｘの近傍の構造を示すものである。渦巻き状帯材１１１Ａ，１１１Ｂは、導入口１１３Ａｘの角度位置において、導入口１１３Ａｘ側に存在する導入部１１１Ａｘの方が反対側の導入部１１１Ｂｘよりも高く形成されている。これによって、導入ガイド１３２から導入される被動体１１５が導入部１１１Ａｘ，１１１Ｂｘ上に配置されたとき、勢い余って再び導入口１１３Ａｘから外部へ飛び出ないように構成できる。この場合、渦巻き状帯材１１１Ａ，１１１Ｂは、導入口１１３Ａｘから角度位置が遠ざかるに従って徐々に高低差が低減されるように構成されていることが被動体１１５を円滑に駆動する上で好ましい。また、図１０とは逆に、導入部１１１Ａｘ，１１１Ｂｘを導入口１１３Ａｘとは反対側に下方に向けて傾斜させるようにしてもよい。この場合には、導入部１１１Ａｘの導入口１１３Ａｘとは反対側の端部は、導入部１１１Ｂｘの導入口１１３Ａｘ側の端部と同じ高さか、或いは、より高いことが望ましい。これによってさらにスムーズに被動体１１５を導入できる。

［第２実施例］
次に、図１２乃至図１６を参照して第２実施例について説明する。図１２は第２実施例の駆動機構１００′を保持枠を省略して示す概略正面図、図１３（ａ）及び（ｂ）は駆動機構１００′の駆動体を構成する一対の板状材の平面形状を示す図、図１４は駆動機構１００′の案内部材と支持部材とを駆動面形状とともに重ねて示す図、図１５（ａ）及び（ｂ）は駆動機構１００′の保持枠を板状材の概形とともに示す図、図１６は駆動機構１００′の中心部近傍の縦断面図である。

この実施例の駆動機構１００′は、図１２に示すように、基台１０１′、支持枠１０２Ａ′、支持延長部１０２Ｂｘ′を備えた１０２Ｂ′、案内部１１２Ａ′及び１１２Ｂ′を備えた案内部材１１２′、支持部材１１４Ａ′及び１１４Ｂ′、ハブ１２２′、並びに、駆動源１２０′は、上記第１実施例と同様に構成されているので、それらの説明は省略する。

本実施例では、駆動体１１０′を構成する駆動部材として、上記の渦巻き状帯材の代わりに、軸線方向に見た平面視が渦巻き状の板状材１１１Ａ′、１１１Ｂ′が用いられている。ここで、板状材１１１Ａ′、１１１Ｂ′は、駆動体１１０′の軸線方向の厚さよりも当該軸線方向と直交する平面上の幅を大きくすることもできる。この板状材１１１Ａ′、１１１Ｂ′は、図１３（ａ）及び（ｂ）に示すように渦巻き状の平面形状を有し、その平面形状の端縁が駆動面１１１Ａｘ′、１１１Ａｙ′、１１１Ｂｘ′、１１１Ｂｙ′となっている。なお、本実施例では、板状材の外周側の端縁（外端縁）１１１Ａｘ′、１１１Ｂｘ′が駆動面として用いられる例について以下説明するが、板状材の内周側の端縁（内端縁）１１１Ａｙ′、１１１Ｂｙ′を駆動面として用いてもよい。

本実施例では、案内部材１１２′の軸線方向両側に一対の板状材１１１Ａ′、１１１Ｂ′が配置され、図１６に示すように、この板状材１１１Ａ′、１１１Ｂ′が連結ピン１１６′を介して支持部材１１４Ａ′、１１４Ｂ′に支持固定されている。また、図１５に示す保持枠１１３Ａ′、１１３Ｂ′は、板状材１１１Ａ′、１１１Ｂ′の軸線方向両側に配置され、支持部材１１４Ａ′、１１４Ｂ′によって支持固定されている。上記の板状材１１１Ａ′、１１１Ｂ′、保持枠１１３Ａ′、１１３Ｂ′及び支持部材１１４Ａ′、１１４Ｂ′はハブ１２２′に接続固定された駆動体１１０′を構成し、上記駆動源１２０′によって一体に回転するように構成されている。ここで、駆動体１１０′の回転軸線は水平に設定されている。

図１６に示すように、被動体１１５′は、板状材１１１Ａ′の駆動面１１１Ａｘ′と、板状材１１１Ｂ′の駆動面１１１Ｂｘ′とに跨るように支持され、案内部材１１２′の案内縁部によって案内された状態で、駆動体１１０′の半径方向に移動するように構成されている。このとき、保持枠１１３Ａ′及び１１３Ｂ′は被動体１１５′を軸線方向両側から保持するように構成されている。実際には、基台１０１′が静置されていれば、被動体１１５′は一対の駆動面１１１Ａｘ′と１１１Ｂｘ′とによって支持されているので、駆動体１１０′の半径方向に移動している間においては保持枠１１３Ａ′、１１３Ｂ′に接触することはないが、後述するように被動体１１５′が駆動体１１０′に導入されるときや外部振動などを受けたときには被動体１１５′が動揺する場合があり、この場合においては保持枠１１３Ａ′、１１３Ｂ′が被動体１１５′が駆動面上から外れることを防止する。

図１３（ａ）に示す板状材１１１Ｂ′の駆動面１１１Ｂｘ′の外端部１１１Ｂｚ′は、図１３（ｂ）に示す板状材１１１Ａ′の駆動面１１１Ａｘ′の外端部１１１Ａｚ′よりも半径方向外側に配置されている。したがって、駆動面の外端部１１１Ａｚ′及び外端部１１１Ｂｚ′がハブ１２２′の直上位置に来たときには、外端部１１１Ａｚ′と外端部１１１Ｂｚ′との間には高低差が生じる。また、図１５（ｂ）に示す保持枠１１３Ａ′には、駆動体１１０′の内周部に導入口１１３Ａｘ′が設けられ、駆動体１１０′の外周部に導出口１１３Ａｙ′が設けられている。そして、保持枠１１３Ａ′の導出口１１３Ａｙ′は、上記外端部１１１Ａｚ′及び１１１Ｂｚ′上の空間を軸線方向前方に開放するように構成されている。

これによって、被動体１１５′が導入口１１３Ａｘ′から駆動体１１０′内に導入されると、駆動体１１０′の回転によって被動体１１５′は駆動面上に配置されたまま垂直上方へ徐々に持上げられ、やがて被動体１１５′が最外周部の駆動面上に配置されるようになると、駆動面の外端部１１１Ａｚ′及び外端部１１１Ｂｚ′がハブ１２２′の直上位置に来たときには、外端部１１１Ａｚ′及び外端部１１１Ｂｚ′上に被動体１１５′が配置されることになるので、被動体１１５′は上記の高低差により軸線方向前方に転がり落ち、上記導出口１１３Ａｙ′を通して導出される。

本実施例では、駆動体１１０′に駆動面を端縁に有する平面視が渦巻き状の板状材１１１Ａ′、１１１Ｂ′が設けられているので、渦巻き形状の駆動面を容易に、また、自由に、しかも高精度に形成することができる。すなわち、板状材の端縁が渦巻き状になるようにその平面形状を成形すればよいので、プレスの打ち抜き加工やエッチング加工、射出成形などの種々の製造方法で容易に製造できる。また、端縁形状によって駆動面の渦巻き形状が構成されるので、平面形状を適宜に設定するだけで渦巻き形状を自由に設計できる。特に、上記の一対の板状材１１１Ａ′１１１Ｂ′の外端部１１１Ａｚ′、１１１Ｂｚ′のように、部分的に他と異なる形状を容易に形成できる。さらに、板状材の端縁形状は上記の製造方法などにより高精度に加工成形できるので、高精度の駆動面を形成することができる。しかも、端縁が駆動面となるように板状材を平面視渦巻き状に構成するので、駆動面の軸線方向の幅に較べて半径方向の厚さを大きくすることが容易であり、これにより駆動面の変形に対する剛性を高めることができることから、大きな駆動負荷にも耐えることができ、また、経時的に駆動面が変形することを防止することができるのでその耐久性を向上させることができる。

上記実施例においては、一対の板状材１１１Ａ′及び１１１Ｂ′が渦巻き状の平面形状を有することから、駆動体１１０′の回転軸線周りの重量バランスが偏ったものになりやすい。駆動体１１０′の回転軸線周りの重量バランスが偏ると、駆動源１２０′の駆動負荷が大きくなり、また、駆動トルクが小さい場合には駆動体１１０′の回転ムラが生じやすくなるので、駆動体１１０′の回転軸線周りの重量バランスを均一化することが好ましい。図１７には、駆動体１１０′の回転軸線周りの重量バランスを均一化するために、先の第１実施例や第２実施例の支持部材の代わりに用いることのできる、重量補償部１１４Ｃｘを設けた支持部材１１４Ｃの形状を示す。この支持部材１１４Ｃは、上記第１実施例や第２実施例と同様にハブから放射状に延びた複数の支持アーム部を備えたものであるが、そのうちの隣接する一対の支持アーム部の外周部間を上記の重量補償部１１４Ｃｘが連結するように構成されている。図示例では重量補償部１１４Ｃｘは駆動体１１０′の回転軸線を中心とする円弧形状に形成されている。重量補償部１１４Ｃｘは、渦巻き状の駆動面を構成する部材（帯材や板状材）の外端部から離れた角度位置に配置されることが重量バランスの偏りを低減する上で好ましい。なお、上記の重量補償部１１４Ｃｘとしては、支持部材に限らず、保持枠や帯材若しくは板状材に直接設けても構わない。

［第３実施例］
最後に、図１８を参照して上記実施例とは異なる別の第３実施例について説明する。図１８は、駆動機構２００の概略平面透視図（ａ）、縦断面図（ｂ）及び変形例の縦断面図（ｃ）である。この実施例の駆動機構２００では、全体として円盤状の駆動体２１０が設けられている。この駆動体２１０には、表面に渦巻き状のリブ２１１が形成され、このリブ２１１に駆動面２１１ａ，２１１ｂが形成されている。ここで、駆動面２１１ａは渦巻きの内面であり、駆動面２１１ｂは渦巻きの外面である。駆動体２１０は図１８（ｂ）に示す駆動モータ２２０の出力軸２２１に接続され、回転駆動されるように構成されている。

駆動体２１０の上方には案内部材２１２Ａ，２１２Ｂが固定されている。案内部材２１２Ａ，２１２Ｂの間には、案内部材２１２Ａと２１２Ｂの対向する案内縁によって駆動体２１０の渦巻きの半径方向に伸びる案内路２１２Ｃが構成されている。そして、この案内路２１２Ｃに沿って移動可能な状態で被動体２１５が配置されている。被動体２１５の被動部２１５Ａは、駆動体２１０の駆動面２１１ａ，２１１ｂ（図示例では２１１ｂ）に当接している。駆動面２１１ａと２１１ｂの双方にほぼ当接するように被動部２１５Ａを構成してもよい。被動部２１５Ａは、駆動体２１０の渦巻きの軸芯と平行な軸線を有する円柱体若しくは円筒体、或いは、球体として構成されていることが好ましい。図示例では円柱体となっている。

また、被動体２１５には、上記被動部２１５Ａの上方に設けられた従動部２１５Ｂを備えている。この従動部２１５Ｂは、案内部材２１２Ａ，２１２Ｂの上面に摺接している。したがって、被動体２１５は、従動部２１５Ｂが案内部材２１２Ａ，２１２Ｂに支持された状態で、上記案内路２１２Ｃに沿って駆動体２１０の半径方向に移動可能に構成されている。

この実施例では、駆動体２１０が回転駆動されると、被動体２１５は案内路２１２Ｃに沿って半径方向に並進移動する。このとき、駆動体２１０の回転駆動によって固定された案内部材２１２Ａ，２１２Ｂに係合された被動体２１５が渦巻きの軸芯と平行な軸線周りに転動しながら案内路２１２Ｃに沿って移動するように構成することが好ましい。

図１８（ｃ）は、上記と同様の駆動体２１０、案内部材２１２Ａ，２１２Ｂ、駆動モータ２２０、駆動軸２２１を備えた駆動機構において、異なる被動体２１５′を備えた駆動機構の構成例を示す。この被動体２１５′には、リブ２１１の駆動面２１１ｂに当接した被動部２１５Ａ′と、従動部２１５Ｂ′とが設けられている。ここで、被動部２１５Ａ′は上記の被動部２１５Ａと同様に構成されている。また、従動部２１５Ｂ′も基本的に案内部材２１２Ａ，２１２Ｂに摺接している点では上記と同様であるが、この従動部２１５Ｂ′には、図示のラックなどのような駆動力伝達手段が形成されている。この例では、駆動力伝達手段（ラック）によって歯車２３０が回転駆動されるように構成される。

尚、本発明の駆動機構は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。例えば、上記の各図示例では主として渦巻き状に構成された駆動面としての渦巻きの外面によって被動体を駆動する例について示してあるが、これとは逆に、渦巻きの内面によって被動体を駆動するようにしても構わない。

実施例の駆動機構の主要部を示す斜視図。 駆動機構の主要部の正面図（ａ）、平面図（ｂ）及び右側面図（ｃ）。 駆動機構の斜視図。 駆動機構の原理図（ａ）及び（ｂ）。 駆動機構の被動体の駆動部位の拡大説明図。 駆動機構の異なる状況を示す原理図。 駆動機構の異なる位置にある被動体の駆動部位の拡大説明図。 駆動機構のさらに異なる位置にある被動体の駆動部位の拡大説明図（ｂ）及び（ｃ）。 駆動機構の被動体の導出部分の説明図。 駆動機構の被動体の異なる導出部分の説明図。 駆動機構の被動体の導入部分の説明図。 第２実施例の駆動機構を保持枠を省略して示す概略正面図。 第２実施例の駆動機構の駆動体を構成する一対の板状材の平面形状を示す図（ａ）及び（ｂ）。 第２実施例の駆動機構の案内部材と支持部材とを駆動面形状とともに重ねて示す図。 第２実施例の駆動機構の保持枠を板状材の概形とともに示す図。 第２実施例の駆動機構の中心部近傍の縦断面図（ａ）及び（ｂ）。 第２実施例の支持部材の変形例を案内部材とともに重ねて示す図。 異なる駆動機構の平面透視図（ａ）、縦断面図（ｂ）及び変形例の縦断面図（ｃ）。

符号の説明

１００，２００…駆動機構、１１０…駆動体、１１１Ａ，１１１Ｂ…渦巻き状帯材、１１２…案内部材、１１３Ａ，１１３Ｂ…保持枠、１５，１１５，２１５，２１５′…被動体

Claims (3)

1. 被動体と、前記被動体を支持し、駆動させる駆動面を備えた駆動体と、前記駆動体を回転駆動する回転駆動手段とを有し、前記被動体は前記駆動面により駆動されて前記駆動体の半径方向に並進移動し、
   前記駆動体は、前記回転駆動の軸方向に並列する、前記回転駆動の軸に対し直交する面上で渦巻き状の帯材を一対有し、
   前記一対の渦巻き状の帯材の間に配置され、前記渦巻き状帯材の半径方向に伸びる案内縁部を有する案内部材と、前記一対の渦巻き状の帯材の両側に設置され、前記被動体を保持する保持枠と、をさらに具備することを特徴とする駆動機構。
2. 被動体と、前記被動体を支持し、駆動させる駆動面を備えた駆動体と、前記駆動体を回転駆動する回転駆動手段とを有し、前記被動体は前記駆動面により駆動されて前記駆動体の半径方向に並進移動し、
   前記駆動体は、前記回転駆動の軸方向に並列する、前記駆動面を端縁に備えた前記回転駆動の軸に対し直交する面上で渦巻き状の一対の板状材を有し、
   前記一対の板状材の間に配置され、前記板状材の半径方向に伸びる案内縁部を有する案内部材と、前記一対の板状材の軸線方向両側に設置され、前記被動体を保持する保持枠と、をさらに具備することを特徴とする駆動機構。
3. 請求項１または２のいずれか一項に記載の駆動機構を有する時計。

Images