JP4851945B2 - バックラッシュ補正作動部材 - Google Patents

Description

本発明は、特に時計の精密歯車アセンブリのためのバックラッシュ補正作動部材であって、補正作動部材に形成された歯は、その先端を通る前記作動部の半径の両側に対称に延在しかつ前記作動部に弾性的に接続された少なくとも１つの部分を有し、それによって前記歯は、この作動部の平面で自由な運動が可能とされるバックラッシュ補正作動部材に関する。

どんな歯車アセンブリにも、通常その回転を可能とするための幾らかのバックラッシュがあり、それはバックラッシュなしに作動可能な歯部プロファイルを見出すことはおよそ不可能とされるためである。しかし、そのバックラッシュが存在するが故に、確動形の伝達を得ることができないという弱点がある。これは、モーションワーク歯車アセンブリのバックラッシュは常に時刻設定後に補正されるため、時刻設定ホイールワークにおいては特に不都合とされ、その結果、分針はバックラッシュが補正されるまで駆動されない。そのため、文字盤に担持される時針および分針部に関して分針を秒針に同期させることが困難となる。

クロノグラフ等、間接的秒表示機構においては、クロノグラフの針は、一定張力下でホイールワークが香箱と脱進機の間に位置する連鎖中には位置していないため、クロノグラフの秒針の搏動を防止するには制動器を設けることが必要とされる。

このバックラッシュ問題には、インジケータホイールワークが張力下にないアナログ表示付き電子ウォッチにおいても必ず遭遇する。

さらに、機械式ウォッチにおいては、駆動力を脱進機に伝達するためのホイールワークはそれ自体が一定張力下にあり、したがって係合バックラッシュの問題は生じないものの、そのホイールワークの運動は連続的でなく、断続的であり、幾度か突然停止した後に、脱進機ホイールの各段で加速する特徴があり、ホイール自体はアンカーおよびひげゼンマイホイール調節器の振動によって制御される。それらの加速のプロファイルは、歯車アセンブリの噛合作動部品の間の弾性要素の存在によって変えることが可能とされようが、それは、仕上がりホイールワークのように張力下のホイールワークにおけるバックラッシュ補正には関連しない。

ＪＰ５９−０１９７６８がすでに提案した歯付きホイールまたはピニオンの歯には、それぞれ半径方向溝があって、その幅を増すことが可能とされ、それによって、溝に係合する歯付き作動部との係合バックラッシュが除去される。半径方向溝が存在することによって、２つの半分歯の弾性により、この歯付き作動部の歯に噛み合う歯の幅を変更し、かつ係合のために通常必要とされるバックラッシュを補正することが可能とされる。そのような解決策は、比較的に大きな歯部のために使用可能とされるが、歯の厚さを約０．２ｍｍ、歯が切削されるホイールプレートの厚さを０．１ｍｍと０．５ｍｍの間、歯の高さを約０．３ｍｍとする腕時計の歯部のような小さな歯部には使用できない。

ＦＲ２３７９３６は、どんな芯違い、どんなピッチ誤差、もしくは同様の欠点も補正するように変形可能なスプリット式または切開部を含む歯による様々な解決法を提案している。この文献により提案された解決法は、就中、押出成形プラスチック製歯付きホイールに冷却中のプラスチック材料の制御困難な収縮の結果として惹起された誤差を補正することを意図している。

また、特に印刷分野で使用される解決策も幾つかあり、それにおいては係合バックラッシュは、ばねによって相互接続された２つの同じ共軸歯付きホイールを使用して除去され、これらの２つのホイールの間に、そのばねによって生成されるトルクが伝達されるトルクより大きく、それによって係合バックラッシュが除去される。このような解決法は、全体のサイズが大きくなるという代償を払わない限り、時計機構においては応用できない。

したがって、時計、とりわけ腕時計等の小寸法の歯車アセンブリにおいては、バックラッシュ補正の問題に対する十分な解決策は今のところないといえよう。

本発明の目的は、この種の歯車アセンブリの具体的問題、特にその寸法の問題に対する適切な解決策を提供し、かつ歯車アセンブリの歯付きホイールを産業規模で製造可能とすることである。本発明の別の目的は、仕上がりホイールワーク等の不連続性伝達系のホイールワークにおける加速プロファイルを変えることにある。

そのため、本発明は、請求項１で請求するように、特に時計の精密歯車アセンブリのための、バックラッシュ補正作動部材に関する。

添付の図面は、本発明の主題を構成するバックラッシュ補正作動部材の様々な実施形態およびその変形例を概略的かつ例として示す。

本発明は、極小機構、特に時計機構、より具体的にはウォッチ機構、とりわけ腕時計機構の精密歯車アセンブリにおけるバックラッシュ補正の問題に取り組むものであることを予め指摘したい。

この種の機構の歯のサイズは、以下の範囲内で変わる。歯付きホイールプレートの高さ（ないしは厚さ）は、０．１ｍｍと０．５ｍｍの間とされる。ピッチ円直径沿いに測定された歯の厚さｅは、一般的に０．０５ｍｍと０．３ｍｍの間で変わり、高さ（すなわち歯の半径方向寸法）は０．１５ｍｍから０．６ｍｍまで変わる。

これらの寸法からして、１つまたは２つの弾性部分を備えるそのような歯を製造する適切な技法を使用すべきことは明らかである。その技法とは、特に、電鋳、超小型電子技術で使用されるプラズマドライエッチング、化学的機械加工またはエッチング、放電加工（ワイヤ電極もしくは成形電極を使用）、およびレーザ切断とされよう。

寸法および使用される材料により、射出成形、焼結もしくはウォータジェット切断が使用されよう。

材料は、例えば、電鋳工程が使用される場合はＮｉ、ＮｉＰ、ＮｉＣｏ、プラズマドライエッチングが使用される場合はシリコン、化学的機械加工にはシリコンもしくは合成ダイヤモンド、放電加工の場合は金属、射出成形にはプラスチック、焼結には金属もしくはセラミックパウダー、レーザ切断にはメタルズシリコンもしくはセラミックス、およびウォータジェット切断には各種材料とされよう。

これに鑑み、本発明によるバックラッシュ補正作動部材の様々な実施形態および変形例について以下に説明する。

図１の実施形態は、歯付き作動部２の３枚の歯１を示す。各歯１は、歯付き作動部２の、各歯の先端を通る半径ｒに関して対称な２つの弾性曲げ部３ａ、３ｂを有する。弾性部３ａ、３ｂの弾性は、半径ｒを中心とするベル形状の開口４によって弾性部に付与される。２つの部分３ａ、３ｂは、半径ｒを中心とする半径方向溝５によって分離される２つの幅広部分によって終わる。この半径方向溝５の幅は、補正される係合バックラッシュにほぼ見合う。

バックラッシュが補正される場合には、溝５が閉じるまで弾性曲げ部の１つが曲がり、それによって、この溝５を画定する２つの面６および７が弾性曲げ部３ａ、３ｂの変位を制限する制止手段となる。この２つの部分３ａ、３ｂの当接時に、両部分の曲げモーメントが組み合わされ、このモーメントは、その組合せ時に２つの作動部の間に伝達されるトルクに対する抵抗がより大きくなるように定めることが可能とされる。

図２は、図１の実施形態の一変形例を示し、これにおいて半径方向溝５の両側の２つの面６、７は平滑とせず、その当接時に相互の摺動が防止されて、係合バックラッシュが補正された後の歯の剛性が向上する形状とされる。

図３は、図１の実施形態の別の変形例を示し、これにおいて溝５はそれぞれ幅の異なる２つの溝５ａ、５ｂによって置き換えられている。狭い方の溝５ａは、２つの半円筒形状面８ａ、８ｂの間に形成され、両面は溝５ｂを画定する他の２つの面９ａ、９ｂより先に相互に当接して、それによって部分３ａ、３ｂの中央部が曲がる。

図４の変形例においては、部分３ａ、３ｂの弾性曲げ部が伸長され、作動部２内に歯と歯の間の底１０より深く食い込んでいる。

図５は、一変形例に関し、これにおいてはさらに安全制止材１１が開口４の中央に形成され、それによって溝５の閉鎖後の部分３ａ、３ｂの曲げを制限することが可能とされる。

図６の実施形態においては、２つの弾性曲げ部１３ａ、１３ｂが、その制止材として役立つ中央制止コア１４の周りに２つの溝１５ａ、１５ｂにより形成される。この実施形態においては、制止手段は実質的に弾性曲げ部１３ａ、１３ｂには位置せず、専らコア１４によって形成され、コアの表面は、静止状態の弾性曲げ部１３ａ、１３ｂの外面に実質的に平行とされ、弾性曲げ部１３ａ、１３ｂの外面は歯１２の外面を形成している。

図７に示す、図６の実施形態の変形例は、図４に示す図１の変形に対応する。

図８は、図６の実施形態の一変形例であり、これにおいては２つの部分１３ａ、１３ｂが合体されて１つの部分１３が形成される。この変形例において、基本的な差違は、歯１２の或る歯面で生起する部分１３のいかなる弾性変形によっても他の歯面の変形が生じるという事実に由来する。この事実からして、図９の変形例に示すように、２つのうち一方の歯のみをバックラッシュ補正用の歯１２とし、他方の歯１２ａを中実の歯とする歯付き作動部を想到することが可能とされよう。

図１０の変形例は、作動部１２の半径ｒに関して対称に位置する２つの部分１３ａ、１３ｂを有する歯１２の概念に戻る。しかし、この変形例においては、２つの部分１３ａ、１３ｂが接続部１６によって中央制止コア１４に固定され、この接続部の両側から溝１５ａ、１５ｂが始まる。対照的に、弾性曲げ部１３ａ、１３ｂは、歯１２の底に隣接する端部が自由端とされる。

図１１は、歯１７が歯付き作動部１８のプレート内部に形成された曲げウェブ１９により、歯付き作動部１８のプレートに固定される実施形態に関する。太めの中間部２０が、ハウジング２１内にクリアランスを設けて配置され、ハウジング２１の壁部とともに制止手段として役立つ。歯１７の基部１７ａが、中間部２０の両側で、プレート１８の縁端に対して平行とされる。この歯１７の変位は、要するに半径ｒに対して垂直な平行運動とされる。

図１２に示す変形例は、要するに制止手段がバックラッシュ補正用の歯１７の根元の両側に配置された２つのリム１８ａから成るという事実によって差別化される。この例においてフレキシブルウェブ１９は、ホイール１８のプレートの切開部２２の中央に延在し、かつ歯１７に形成され、この歯１７の先端を通る半径ｒを中心とする切開部２３内に延在する。

図１３は、図１１の実施形態の概念を図９の実施形態の概念と組み合わせた実施形態に関する。歯２４は、半径ｒに関して対称とし、作動部２６のプレートに２つの弾性曲げウェブ２７ａ、２７ｂによって接続された外側部分２５を有し、曲げウェブは、作動部２６のプレートで半径方向に方向付けされた２つの切開部２８ａ、２８ｂの内部に延在する。外側部分２５の内側に位置するコア２９が外側部分２５の変位を制限する制止手段となる。

この実施形態においては、図１１および１２の実施形態におけるように、２つのうち一方の歯のみをバックラッシュ補正用の歯とし、他方の歯を固定の歯とする歯付き作動部を製作することも想到可能とされよう。

図１４および１５の実施形態においては、歯３０が歯付き作動部３１のプレートにそれぞれ弾性曲げ舌片３２および３３によって接続され、舌片３２および３３は、歯３０の平行運動ではなく傾斜運動を可能とするように設計されている。この実施形態においては、歯３０のそれぞれの基部３４および３５が、これらの歯３０の傾斜運動中に、それぞれのホイール３１のプレートの対応する隣接面３１ａおよび３１ｂにそれぞれ当接する。

図１６により示す実施形態においては、隣り合う歯の先端を通る半径ｒの両側の対称部分が合体し、それによって、歯付き作動部３７のプレートに接続された歯付き環状要素３６が形成され、該プレートは各歯の先端および底にそれぞれ配置された半径方向舌片３８、３９によって、一種の歯付きホイール形状とされる。制止手段は、歯付き作動部のプレート３７の歯形コア４０の横の歯面によって形成される。

図１７の図表は、駆動歯車のピッチ円に相当する円形経路上を運動するボールを使用して実施されたシミュレーションの結果を表す。そのボールは、作動部に弾性的に接続された歯部分に当接している。次いで作動部の回転軸の反動トルクが作動部の回転角度に関して測定された。回転角度０．２度乃至０．３度から歯部の剛性の増大を観察することができる。この効果は、制止手段が、例えば図９の実施形態のように、中実のコアによって形成される実施形態の場合にきわめて顕著であることが観察される。

ジオメトリの調節、弾性領域の厚さの調節、溝の寸法の調節および弾性部分と剛性部分の間に形成される間隔の調節によって、変位角度に関する反動トルク特性の傾斜度および傾斜変更角度は、きわめて自由に選択することが可能とされる。

図８、１１から１６に示す実施形態の歯車アセンブリには、外側に係止領域がなく、したがって製作中の取扱時もしくは取付時に破損する恐れがより少ない。

図１８に示す実施形態は、歯車アセンブリに関し、これにおいて噛合中の作動部４１の１つがそれぞれ溝４３を備える歯４２を有し、同溝は、これらの歯の一方の接触面４２ａに対し、これらの歯の他方の接触面に対するよりかなり高い弾性を付与する形状とされる。その結果、弾性がより高い接触面４２ａは、他の噛合中の作動部４４の歯４５に接触したときに曲がることが可能とされる。弾性がより低い接触面４２ｂと一体の歯４２の他の部分は、弾性がより高い接触面４２ａの制止材として役立つことが可能とされる。

そのような歯車アセンブリが同歯車アセンブリの噛合中の作動部４１、４４の間のバックラッシュを補正するために使用されるときには、バックラッシュ補正用の噛合中の作動部４１のピッチ円直径沿いに測定された、それらの噛合中の作動部４１、４４の歯４２、４５の２つの直線厚さｅ_１、ｅ_２の和は、そのバックラッシュ補正作動部材のピッチに少なくとも等しいとされる。

歯部のピッチは、その歯部の或る歯の点Ｐと同じ歯部の隣り合う歯の対応する点Ｐ’の間の弧の長さに相当する。

第１実施形態の部分斜視図である。 図１の実施形態の変形の部分斜視図である。 図１の実施形態の第２変形の部分斜視図である。 図１の実施形態の第３変形の部分斜視図である。 図１の実施形態の第４変形の部分斜視図である。 第２実施形態の部分斜視図である。 図６の実施形態の変形の部分斜視図である。 図６の実施形態の別の変形の部分斜視図である。 図６の実施形態の第３変形の部分斜視図である。 図６の実施形態の第４変形の部分斜視図である。 第３実施形態の部分斜視図である。 図１１の実施形態の変形の部分斜視図である。 図１１の実施形態の第２変形の部分斜視図である。 第４実施形態の部分斜視図である。 図１４の実施形態の変形の部分斜視図である。 第５実施形態の部分斜視図である。 歯付き作動部の回転角度に関して測定された歯付き作動部の軸上の反動トルクの図表である。 本発明の目的物を形成する歯車アセンブリの一実施形態の図である。

Claims (15)

1. 作動部は歯付きホイールプレートおよび複数の歯を含み、該歯は複数のバックラッシュ補正歯を含む、時計の精密歯車アセンブリ用のバックラッシュ補正作動部材であって、
   前記各バックラッシュ補正歯は、前記歯付きホイールプレートと一体に配設された中央制止コアと、該中央制止コアの両側から延伸し、前記作動部の平面で運動の自由度が与えられるように前記歯付きホイールプレートに弾性的に接続される２つの弾性曲げ部とを備え、
   前記中央制止コアと前記各弾性曲げ部との間には第一貫通溝がそれぞれ形成され、該各第一貫通溝は補正すべきバックラッシュに実質的に相当する幅をそれぞれ有し、
   前記各弾性曲げ部の自由端部が半径方向に前記中央制止コアの先端を超えて延伸し、第二貫通溝により互いに分離され、
   該第二貫通溝は、前記中央制止コアが、補正すべきそれぞれのバックラッシュの機能として前記各弾性曲げ部の動きの振幅を制限するように、前記各弾性曲げ部の唯一の制止部として機能するような幅を有することを特徴とする、バックラッシュ補正作動部材。
2. 前記弾性曲げ部は、前記作動部の、前記歯の先端を通過する半径に対して対称に延伸することを特徴とする、請求項１に記載のバックラッシュ補正作動部材。
3. 前記第一貫通溝は、前記弾性曲げ部を前記中央制止コアから分離するものであり、前記第一貫通溝のプロファイルは、前記歯のプロファイルに平行であることを特徴とする、請求項１に記載のバックラッシュ補正作動部材。
4. 前記第二貫通溝は、前記歯の先端部を中心とすることを特徴とする、請求項１に記載のバックラッシュ補正作動部材。
5. 前記各弾性曲げ部は、前記歯付きホイールプレートの半径方向内側に延伸し、前記歯付きホイールプレートのハウジング内で間隙を持って配置される部分を有することを特徴とする、請求項１に記載のバックラッシュ補正作動部材。
6. 前記歯付きホイールプレートの厚さは０．１ｍｍ〜０．５ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載のバックラッシュ補正作動部材。
7. 前記歯付きホイールプレートの前記歯の高さは０．１５ｍｍ〜０．６ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載のバックラッシュ補正作動部材。
8. 前記歯付きホイールプレートの前記歯の、前記作動部のピッチ円直線沿いに測定される厚みは０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍであることを特徴とする、請求項１に記載のバックラッシュ補正作動部材。
9. 前記歯付きホイールプレートは電鋳法により得られたことを特徴とする、請求項１に記載のバックラッシュ補正作動部材。
10. 前記歯付きホイールプレートはＮｉ、ＮｉＰ、ＮｉＣｏからなる群から選択される材料からなることを特徴とする、請求項９記載のバックラッシュ補正作動部材。
11. 前記歯付きホイールプレートはプラズマドライエッチング法により得られたことを特徴とする、請求項１に記載のバックラッシュ補正作動部材。
12. 前記歯付きホイールプレートはシリコン素材からなることを特徴とする、請求項１１記載のバックラッシュ補正作動部材。
13. 前記歯付きホイールプレートは化学機械加工法またはエッチング法により得られたことを特徴とする、請求項１に記載のバックラッシュ補正作動部材。
14. 前記歯付きホイールプレートは放電加工法により得られたことを特徴とする、請求項１に記載のバックラッシュ補正作動部材。
15. 前記歯付きホイールプレートはレーザ切断法により得られたことを特徴とする、請求項１に記載のバックラッシュ補正作動部材。

Images