JP6231264B2 - 最適化された枢動支持（ｐｉｖｏｔｉｎｇ）を有するテンプ輪（ｂａｌａｎｃｅｗｈｅｅｌ）組立体 - Google Patents

Description

本発明は、時計用ムーブメント（movement）のためのテンプ輪、時計用ムーブメントのための振動子、およびそのようなテンプ輪およびその枢動支持配列で形成される組立体に関する。最終的には、本発明はまた、時計用ムーブメント、またはそのようなテンプ輪およびそのような組立体をそのように装備される腕時計に関する。

機械的時計用ムーブメントでは、テン真（balance staff）は、その端部に、軸受の中で回転する枢動心軸（pivot）を備える。既存の解法は、関連する軸（staff）が回転するときに生じるエネルギー損失を制限するために、枢動心軸と軸受との間の摩擦を最小化することを追求する。

図１および図２は、従来技術の標準的解法を使用する時計用ムーブメントのテン真の枢動支持の概略的描写である。軸１の端部に位置する枢動心軸２は、その端部を丸められた面３を有する。この枢動心軸２は、エンドストーン（endstone）１３として知られる平らな石（flat jewel）およびオリーブ石（olived jewel）１２として知られる、オリーブホール（olived hole）を有する石を備える軸受と係合する。

図１は、時計用ムーブメントが、多くの場合「平らな」位置と呼ばれる（地面に対して）水平な位置にあり、テン真が、枢動心軸２の面３がエンドストーン１３に対して支持されるような垂直位置にある、第１の構成を描写する。この第１の構成では、枢動心軸２と軸受との間の摩擦に対する表面積は小さく、結果としてもたらされる摩擦は小さい。

図２は、時計用ムーブメントが、多くの場合「吊り（hanging）」位置と呼ばれる垂直位置にあり、テン真１が水平位置にある、第２の構成を描写する。この構成では、枢動心軸２は、オリーブ石１２の中の穴の縁部１４に対して支持され、結果としてもたらされる摩擦は、本明細書で前に説明された第１の構成における摩擦より大きくなる。それゆえ、ひげゼンマイ（spring）−テンプ輪組立体（ひげゼンマイ付きテンプ（sprung balance））の振動の振幅は、第１の構成に比べて縮減される。

従来技術の数多くの解法は、「平らな」位置と「吊り」位置との間の、本明細書で前に説明された枢動支持挙動（pivoting behavior）における差を縮減することを追求し、この差は、多くの場合単に、「平坦−吊下差（flat-hanging difference）」と呼ばれる。これは、腕時計は、腕時計を身につけている人の腕の動きに伴って時間が経つにつれて不規則かつ予測不能に変化する、腕時計の向きとは無関係に動作することを保証することが重要であるためである。そのため、既存の解法は、この「平坦−吊下差」を縮減するために、時計用ムーブメントの水平の向きと垂直の向きという２つの主たる向きにおいて、枢動心軸と軸受との間に存在する摩擦を調和させる（harmonize）ことを追求する。例として、特許文献１、特許文献２、またはさらに特許文献３の文献が、そのような解法を記載する。

さらに同様に、例えば、非特許文献１に記載されるように、大径で小質量のテンプ輪が、所与の慣性モーメントに対して良好な性能を示すことが認められている。

しかし、すべての既存の解法は、依然として満足できるものではなく、時計用ムーブメントのテンプ輪の枢動支持の挙動を改善する必要性が存在する。

スイス国特許第２３９７８６号明細書 米国特許第２６５４９９０号明細書 欧州特許第１９８６０５９号明細書

Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｈｒｏｎｏｍｅｒｔｙ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍの会報において発行された、「Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｄｅ ｌａ ｇｅｏｍｅｔｒｉｅ ｄｕ ｂａｌａｎｃｉｅｒ ｓｕｒ ｌｅｓ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ ｃｈｒｏｎｏｍｅｔｒｉｑｕｅｓ ｄｅ ｌａ ｍｏｎｔｒｅ（Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｂａｌａｎｃｅ ｗｈｅｅｌ ｇｅｏｍｅｒｔｙ ｏｎ ｃｈｒｏｎｏｍｅｔｒｉｃ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｗｒｉｓｔ ｗａｔｃｈｅｓ）」（Ｐｉｅｒｒｅ Ｃｈｏｐａｒｄ、１９６９年） 「Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｈｏｒｌｏｇｅｒｅ（Ｗａｔｃｈ ｍａｋｉｎｇ）」（ＰＰＵＲ、２０１１年）

したがって、本発明の目的は、「平坦−吊下差」を縮減しながら、同時にテンプ輪のエネルギー損失および総合性能を最適化する、時計用ムーブメントのテンプ輪の枢軸支持のための解法を追求することにある。

この目的のために、本発明は、下記条件、
Ｄ^５・ｆ／Ｉ≦２０・１０^−２ｍ^３ｋｇ^−１ｓ^−１
に従う時計用ムーブメントのためのテンプ輪または振動子に依存し、ここでＤはテンプ輪の直径であり、ｆは周波数であり、Ｉは慣性モーメントである。

本発明は、特許請求の範囲によって、詳細に定義される。

本発明の上記の目的、特徴および利点は、添付の図面に関連する非限定的な例によって与えられる、いくつかの特定の実施形態の以下の説明の中で詳細に説明される。

水平位置すなわち「平らな」位置における一最先端技術によるテンプ輪の枢動支持に対する配列の図である。 垂直位置すなわち「吊り」位置における最先端技術によるテンプ輪の枢動支持に対する配列の図である。 本発明の種々の実施形態のうちの一実施形態によって使用されるテンプ輪の枢動支持に対する配列を概略的に描写する図である。 本発明の種々の実施形態のうちの一実施形態によって使用されるテンプ輪の枢動支持に対する配列を概略的に描写する図である。 本発明の種々の実施形態のうちの一実施形態によって使用されるテンプ輪の枢動支持に対する配列を概略的に描写する図である。 本発明の種々の実施形態のうちの一実施形態によって使用されるテンプ輪の枢動支持に対する配列を概略的に描写する図である。 本発明の種々の実施形態のうちの一実施形態によって使用されるテンプ輪の枢動支持に対する配列を概略的に描写する図である。 本発明の種々の実施形態のうちの一実施形態によって使用されるテンプ輪の枢動支持に対する配列を概略的に描写する図である。 本発明の種々の実施形態のうちの一実施形態によって使用されるテンプ輪の枢動支持に対する配列を概略的に描写する図である。 標準的なテンプ輪−枢動心軸組立体によって得られる品質係数（quality factor）を振幅の関数として示すグラフである。 本発明のテンプ輪−枢動心軸組立体によって得られる品質係数（quality factor）を振幅の関数として示すグラフである。

簡単にするために、以下の説明において、同じ参照記号は、たとえそれらの形および特性が実施形態によって変化する場合でも、同じ要素を表示するために、種々の図面の中で使用される。

本発明は、まず第一に、小径および／または大きい慣性モーメントで特徴付けられるテンプ輪の使用に依存し、すなわち通例使用されるテンプ輪と比べて重いテンプ輪に依存する。したがって、そのような選択は、テンプ輪は、その一方で、軽量かつ大径である場合により良好に働くと考える先入観に反する。

時計用ムーブメントのテンプ輪のこの特徴付けは、１０^−２ｍ^３ｋｇ^−１ｓ^−１の単位で表現される因子（factor）Ｄ^５・ｆ／Ｉによって指定され、ここでＤは単位メートルでのテンプ輪の直径であり、ｆは単位Ｈｚでのテンプ輪−渦巻組立体（spiral assembly）（すなわち、ひげゼンマイ付きテンプ）の周波数であり、Ｉは、単位１０^−１０ｋｇｍ^２でのその慣性モーメントである。

テンプ輪の直径Ｄは、より具体的には、テンプ輪の輪縁（felloe）または外輪（rim）の外周の直径である。この外輪が、例えば調節ねじなどの突出部を有するならば、考慮されるべき直径は、同じ慣性モーメントを有するが、外輪上に突出部がなく、かつ同じ空力摩擦を発生する仮想のテンプ輪を考慮することによって得られる、等価な外径である。

従来技術では、テンプ輪は、Ｄ^５・ｆ／Ｉ＞２０・１０^−２ｍ^３ｋｇ^−１ｓ^−１、またはさらに＞３０・１０^−２ｍ^３ｋｇ^−１ｓ^−１の条件に従う必要があることが認められている。例えば、非特許文献２は、Ｉ＝１０・１０^−１０ｋｇｍ^２、Ｄ＝９．５ｍｍ、およびｆ＝４Ｈｚ、すなわちＤ^５・ｆ／Ｉ＞３１．０・１０^−２ｍ^３ｋｇ^−１ｓ^−１を有するテンプ輪の例を引用する。

それに反して、本発明の実施形態は、Ｄ^５・ｆ／Ｉ≦２０・１０^−２ｍ^３ｋｇ^−１ｓ^−１の条件に従うテンプ輪または振動子に依存する。

さらに、より有利な解法が、Ｄ^５・ｆ／Ｉ≦１６、さらにはＤ^５・ｆ／Ｉ≦１３、さらにはＤ^５・ｆ／Ｉ≦１０、またはさらにはＤ^５・ｆ／Ｉ≦８を選択することによって得られることが知られており、これらのＤ^５・ｆ／Ｉの因子の値は、単位１０^−２ｍ^３ｋｇ^−１ｓ^−１において表現される。

例として、以下の表は、本発明によるテンプ輪に対する、複数の可能な値を与える。

より一般的には、テンプ輪は、２０ｍｍより大きな直径の時計用ムーブメントに適合し、４Ｈｚのひげゼンマイ付きテンプ輪の振動周波数で動作することが意図されるとき、７ｍｍから１０ｍｍの間の直径と、１２・１０^−１０ｋｇ・ｍ^２以上の慣性モーメントとを有してよい。そのようなテンプ輪は、とりわけ、高い調節能力のムーブメントによく適合され、良好なクロノメーターとしての性能を達成することを可能にする。

代替として、とりわけ、直径が２０ｍｍ未満で４Ｈｚのひげゼンマイ付きテンプ輪の振動周波数で動作する時計用ムーブメントに適合することが意図される、１０・１０^−１０ｋｇ・ｍ^２未満の慣性モーメントを有するテンプ輪に対して、またはさらに１０Ｈｚのひげゼンマイ付きテンプ輪の振動周波数で動作する時計用ムーブメントに適合することが意図される、１０・１０^−１０ｋｇ・ｍ^２未満の慣性モーメントを有するテンプ輪に対して、テンプ輪は、７ｍｍ以下の直径を有してよい。

実際に、特に、その垂直（吊り）位置において得られる摩擦とかなり良好に合致された、水平位置における相対摩擦を得るために、枢動心軸および／または軸受の特別な形状を使用するすべての枢動支持配列において、そのような重いテンプ輪および／または小径のテンプ輪の使用が、思いがけなく、時計用ムーブメントの水平（平らな）位置におけるテンプ輪の振幅における劣化を最小化することを可能にさせることが実証されている。

したがって、本明細書の前で定義されるような、重いテンプ輪および／または小径のテンプ輪と、垂直（吊り）位置において得られる摩擦とかなり良好に合致する、水平位置における相対摩擦を得るための、その枢動心軸と軸受との間の特別な形状との特別な組合せが、特に有益な配列を形成することは明白となっている。というのは、その組合せが、平坦−吊下差を大幅に縮減させながら、この特別な形状の結果としてテンプ輪の振幅を過度に劣化させることのない時計用ムーブメントを得ることを可能にさせるからである。

上述のように、図３〜図９は、本発明の種々の実施形態による、本明細書で前に説明されたテンプ輪と有利に組み合わされた、特別な形状を例示する。

上述のように、図３は、枢動心軸２の端部における面３が平らであり、水平位置にある平らなエンドストーン１３に対して支持される、第１の実施形態を描写する。

図４は、枢動心軸２の端部における面３がくぼみ、ほぼ半球の凹形状であり、水平位置にある平らなエンドストーン１３に対してその外周で支持される、第２の実施形態を描写する。

図５は、枢動心軸２の端部における面３が平らであり、水平位置にある半球カップのエンドストーン１３に対して支持される、第３の実施形態を描写する。

図６は、枢動心軸２の端部が円錐であり、水平位置にあるエンドストーン１３の中の穴１５に対して支持される、第４の実施形態を描写する。エンドストーン１３の中の穴１５の直径は、枢動心軸がエンドストーン１３の中の穴１５の縁部に対して配置するように、枢動心軸の円錐の底面（base）の直径より小さく、よく制御された線接触（linear contact）の領域を画定する。この実施形態を用いて、穴の直径を変えることによって、摩擦領域および水平の品質係数を正確に画定することが可能である。

図７は、枢動心軸２の端部における面３が丸くてほぼ半球であり、水平位置にあるエンドストーン１３の中の穴１５に対して支持される、第５の実施形態を描写する。

図８は、前の実施形態と類似し、枢動心軸２の端部における面３が丸く、水平位置にあるエンドストーン１３の中の止まり穴（blind hole）１５に対して支持される、第６の実施形態を描写する。

図９は、前の実施形態の代替の形であり、枢動心軸２の端部における面３が丸く、水平位置にあり、２つの別個の部分で形成されるエンドストーン１３の中の止まり穴１５に対して支持される、第７の実施形態を描写する。

穴１５を備えるエンドストーン１３を使用するすべての解法では、穴の直径は、枢動心軸が穴の中で動かなくならないように選択される。加えて、エンドストーンと係合する軸は、丸いか、半球か、または円錐の形であってよく、この形が、エンドストーンの中の穴の形に合うように適合されることが可能である。

前述のすべての解法では、オリーブ石１２と係合する軸１の部分４は、特に腕時計が垂直位置にあるときに、円筒または円錐の断面であってよい。

当然ながら、本発明は、説明される形状に限定されるものではなく、例えば、エンドストーンの軸受面に垂直な平面内の断面が三角形または多角形であり、かつ／またはエンドストーンの軸受面に平行な平面内の断面が円または多角形である穴を有するエンドストーンを選択することが可能である。さらに、他の実施形態は、本明細書で前に説明された実施形態を組み合わせることによって、簡単に得ることができる。

図１０および図１１は、図１および図２に説明されるような標準的なテンプ輪および枢動支持配列によって、ならびに本発明の一実施形態による枢動心軸装置（pivot device）と組み合わされたテンプ輪によって、それぞれ得られる振幅の関数として、品質係数を表す。

図１０の曲線２０は、時計用ムーブメントが水平位置にあるときの振幅の関数として品質係数を示し、曲線２１は、垂直位置に対する品質係数を示す。水平位置に対する品質係数は、比較的一定である一方で、垂直位置に対する品質係数は著しく低く、かつ振幅と共に急速に減少する。

本発明の一実施形態による時計用ムーブメントについて、図１１の曲線２２は、水平位置に対する振幅の関数として品質係数を示し、曲線２３は、垂直位置に対する品質係数を示す。意外にも、振幅範囲全体にわたって２つの曲線２２、２３の接近によって例示されるように、平坦−吊下差は大幅に縮減される。平坦−吊下差におけるこの縮減は、テンプ輪を特徴付けるパラメータＤ^５・ｆ／Ｉが小さいとき、とりわけ、Ｄ^５・ｆ／Ｉ≦２０・１０^−２ｍ^３ｋｇ^−１ｓ^−１、より有利にはＤ^５・ｆ／Ｉ≦１６、さらにＤ^５・ｆ／Ｉ≦１３、さらにＤ^５・ｆ／Ｉ≦１０、またはさらにＤ^５・ｆ／Ｉ≦８の条件に対していっそう明白となる。それは、重くかつ小径のテンプ輪を使用することが、非常に有利となることを暗示し、このことは、既存の先入観に反する。

Ｄ^５・ｆ／Ｉ＝１６のパラメータで表されるテンプ輪と、４Ｈｚに定められた緩急針（regulator）を生じる標準ばねに適合する、図５による、修正された枢動心軸配列とを有するムーブメントに対して、測定が行われた。測定された平坦−吊下振幅、すなわち水平位置と垂直位置との間の振幅における差は、装備されたバレル（loaded barrel）を有する１０個のムーブメントにわたって平均化されると、１０．３±４．５°であった。比較すると、最先端の標準的な解法（Ｄ^５・ｆ／Ｉ＝２５、図１による標準的枢動支持、上の測定に対するものと同じひげゼンマイ）に対する典型的な平坦−吊下差は、典型的には４０°である。有利には、それゆえ、テン真の枢動心軸および／または軸受の形状は、時計用ムーブメントが水平位置にあるときに枢動心軸と軸受との間の相対摩擦が、垂直位置において枢動心軸と軸受との間で得られる相対摩擦に類似することを確実にするように適合され、好ましくは２０°以下、１５°以下、またはさらに１０°以下の、水平位置と垂直位置との間の振幅の差を結果としてもたらす。このことは、本発明の背景において遭遇する、標準的な解法を使用して得られる相違より顕著に小さい相違を得ることを可能にする。

１ テン真
２ 枢動心軸
３ 枢動心軸の端部における面
４ テン真の部分
１２ オリーブ石
１３ エンドストーン
１４ オリーブ石の中の穴の縁部
１５ エンドストーンの中の穴
２０ 曲線
２１ 曲線
２２ 曲線
２３ 曲線

Claims (20)

1. Ｄ^５・ｆ／Ｉ≦１６・１０^−２ｍ^３ｋｇ^−１ｓ^−１の条件に従い、条件においてＤがテンプ輪の直径であり、ｆが周波数であり、Ｉが慣性モーメントである、時計用ムーブメン
   トのためのテンプ輪。
2. 単位１０^−２ｍ^３ｋｇ^−１ｓ^−１で表現される前記テンプ輪の因子Ｄ^５・ｆ／Ｉが、Ｄ^５・ｆ／Ｉ≦１３、またはＤ^５・ｆ／Ｉ≦１０、またはＤ^５・ｆ／Ｉ≦８の関係に従う、
   請求項１に記載の時計用ムーブメントのためのテンプ輪。
3. Ｄ^５・ｆ／Ｉ≦２０・１０^−２ｍ^３ｋｇ^−１ｓ^−１の条件に従い、条件においてＤがテンプ輪の直径であり、ｆが周波数であり、Ｉが慣性モーメントであり、７ｍｍ以下の直径を有する、時計用ムーブメントのためのテンプ輪。
4. ７ｍｍから１０ｍｍの間の直径と、１２・１０^−１０ｋｇ・ｍ^２以上の慣性モーメントとを有する、請求項１または２に記載の時計用ムーブメントのためのテンプ輪。
5. ７ｍｍ以下の直径を有する、請求項１または２に記載の時計用ムーブメントのためのテンプ輪。
6. 約４Ｈｚの周波数に対する発振のために使用される、請求項１から５のいずれか一項に記載の時計用ムーブメントのためのテンプ輪。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載のテンプ輪を備える、時計用ムーブメントのための振動子。
8. 請求項１から６のうちの一項に記載のテンプ輪または請求項７に記載の振動子と、前記時計用ムーブメントが水平位置にあるときの、枢動心軸と軸受との間の相対摩擦が、前記時計用ムーブメントが垂直位置にあるときの、前記枢動心軸と前記軸受との間で得られる相対摩擦に近似することを確実にするのに適する、テン真の枢動心軸および／または軸受の形状とを含む、前記テンプ輪の枢動支持のための軸受からなる、時計用ムーブメントのテンプ輪の枢動支持のための配列。
9. 前記テン真（１）の前記枢動心軸（２）の端部における面（３）が平らであり、水平位置にあるエンドストーン（１３）の平らな面に対して支持される、請求項８に記載のテンプ輪の枢動支持のための配列。
10. 前記枢動心軸（２）の端部における面（３）が凹面であり、水平位置にあるエンドストーン（１３）の平らな面に対して支持される、請求項８に記載のテンプ輪の枢動支持のための配列。
11. 前記テン真（１）の前記枢動心軸（２）の端部における面（３）が平らであり、水平位置にあるエンドストーン（１３）の凹面の半球のカップに対して支持される、請求項８に記載のテンプ輪の枢動支持のための配列。
12. 前記枢動心軸（２）の端部が、水平位置にあるエンドストーン（１３）における穴（１５）に対して支持される、請求項８に記載のテンプ輪の枢動支持のための配列。
13. 前記枢動心軸（２）の前記端部が、丸められた凸面、半球、または円錐である、請求項１２に記載のテンプ輪の枢動支持のための配列。
14. 前記エンドストーン（１３）の中の前記穴（１５）が止まり穴である、請求項１２または１３に記載のテンプ輪の枢動支持のための配列。
15. 前記エンドストーン（１３）が、２つの別個の部分として作られる、請求項１４に記載のテンプ輪の枢動支持のための配列。
16. 前記テン真（１）の前記端部が、丸められた凸面、半球、または円錐である、請求項１１から１５のうちのいずれか一項に記載のテンプ輪の枢動支持のための配列。
17. オリーブ石（１２）と接触状態にある前記テン真（１）の部分（４）の断面が円筒または円錐の断面である、請求項８から１６のいずれか一項に記載のテンプ輪の枢動支持のための配列。
18. 請求項１から６のいずれか一項に記載のテンプ輪または請求項７に記載の振動子を備える、時計用ムーブメント。
19. 請求項８から１７のいずれか一項に記載のそのテンプ輪の枢動支持のための配列を備える、請求項１８に記載の時計用ムーブメント。
20. 請求項１８または１９に記載の時計用ムーブメントを備える、腕時計。

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