JP2006071503A - 時計用車および時計 - Google Patents

Abstract

【課題】スリップトルクの安定したスリップ構造を備えた寸法精度の高い時計用車およびそれを備えた時計を提供すること。
【解決手段】 時計用車１は、歯車２と軸部材３とがバネ部４によって係合することによって構成されている。バネ部４は、歯車２の外周を基部にして内側に向かって長いアーチ状に３箇所形成され、歯車２の中心部分５に軸部材３が通る空間を形成している。バネ部４と軸部材３とは、バネ部４のバネ力により係合している。このようなバネ部４を有する歯車２は、フォトマスクに描かれた高精度なパターンを使用して、電鋳により精度良く製造される。したがって、バネ長の長いバネ力の安定したバネ部４を有する歯車２を製造でき、スリップ機構７でのスリップトルクを安定させることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、時計用車および時計に関する。

時計に用いられる例えば時刻修正のための修正輪列や、ぜんまいを巻上げるための巻上げ輪列では、所定の車にスリップ機構が設けられる場合がある。
スリップ機構としては、運針時は、車を構成する小型の歯車と軸部材とが、歯車の内側に設けられたバネ部のバネ力によって互いに係合していて、時刻修正時あるいは、ぜんまい巻上げ時などの竜頭操作により、歯車を一定以上のトルクで強制的に回転させると、バネ部と軸部材との間でスリップする機構がある。
また、別のスリップ機構として、時刻を１時間ステップで修正するための機構が知られている（例えば、特許文献１参照）。このスリップ機構は、小型の歯車からなるジャンパ歯車とジャンパ歯車の中心で回転するジャンパかなとを備え、運針時は、ジャンパ歯車の内側に設けられたバネ部がジャンパかなに係合していて、時刻修正時にバネ部がジャンパかなの歯車の歯の間をステップで飛び越して、ジャンパ歯車とジャンパかなとがスリップする機構である。
そして、これらのスリップ機構に用いられるバネ部を備えた小型歯車の製造方法としては、プレス加工や切削による歯割加工等複数の工程により製造する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特公平７−１１１４６３号公報（第２〜第４頁、図１） 特開２００３−１９４９６４号公報（第３頁、図２）

しかし、特許文献２では、バネ部をプレス加工で形成しているため、ポンチやダイの強度面の制限でバネ部の形状が限定される。これにより、小さな歯車では十分なバネ長さが得られず、スリップトルクが安定しないという課題がある。
また、複数の工程で製造するため、誤差が蓄積する。バネ部の形状のばらつきによる寸法精度の悪さは、歯形とスリップ軸との偏心となり、指示位置ずれの原因となるとともにスリップトルクが安定しない原因にもなる。

本発明の目的は、スリップトルクの安定したスリップ機構を備えた寸法精度のよい時計用車およびそれを備えた時計を提供することにある。

本発明の時計用車は、バネ部が設けられた歯車と、この歯車の中心部分に係合し、かつ前記バネ部のバネ力により当該歯車が保持される軸部材と、前記バネ部のバネ力に抗して前記歯車と前記軸部材との間でスリップを生じさせるスリップ機構とを備え、前記歯車は、電鋳によって形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、バネ部は、直接電鋳によって製造されているので、プレス加工製造される従来と比較して、バネ部の寸法精度が向上する。したがって、このバネ部の設けられた歯車と軸部材とを組み合わせれば、スリップトルクの安定したスリップ機構の時計用車が得られる。

本発明では、電鋳材料にはＮｉとＣｏとが含まれていることが好ましい。
この発明では、歯車とバネ部とがＮｉとＣｏとを含むことにより硬度が増し、耐摩耗性が向上する。

本発明では、前記歯車には、前記電鋳に用いられる母型の表面が転写された母型面と、電鋳時のフォトリソグラフィ工程で使用されるフォトマスク側のフォト面とが設けられ、
前記歯車と前記軸部材との位置決めは、前記バネ部の側面のうち前記フォト面に近い側の部位と前記軸部材に設けられたテーパ形状の軸側係合部とで行なわれていることが好ましい。
この発明によれば、軸部材に設けられた係合部では、テーパの傾きがバネ部の側面の傾斜より大きく、フォトマスクのパターンが忠実に転写された側面部分を、そのテーパ部分に当接させて係合しているので、組立精度の高い時計用車が得られる。

本発明では、前記バネ部は複数形成され、前記各バネ部の係合部は曲面で形成され、この曲面の曲率半径は前記軸部材に設けられた軸側係合部の半径よりも大きいことが好ましい。
この発明によれば、バネ部の曲面の曲率半径が軸側係合部の半径よりも大きいことにより、軸側係合部はバネ部の曲面の一箇所で滑らかに係合することになるので、互いの係合部の磨耗も少なく、多少の磨耗が発生しても軸部材の位置がずれることなく、一箇所で安定して固定できる。したがって、よりスリップトルクの安定したスリップ機構を備えた時計用車を得ることができる。

本発明では、前記歯車は、前記軸部材との位置ずれを規制する案内部を備えていることが好ましい。
この発明によれば、歯車には案内部が設けられているので、軸部材が歯車の中心からずれる心配がない。したがって、軸部材を安定して位置決めでき、より組立精度の高い時計用車が得られ、スリップトルクも安定する。

本発明の時計は、前述の時計用車を備えていることを特徴とする。
この発明によれば、前述の組立精度の高い時計用車を時計に用いることにより、安定したスリップトルクのスリップ機構を備える時計が得られる。

本発明によれば、スリップトルクの安定したスリップ機構を備えた寸法精度の高い時計用車およびそれを備えた時計を得ることができるという効果がある。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図面に基づいて具体的に説明する。
図１および図２は、この実施形態に係る時計用車１を示す平面図、および時計用車１の要部を示す拡大図である。図３は、時計用車１を構成する歯車２の製造方法を説明するための工程図である。

図１において、時計用車１は、歯車２のバネ部４に設けられた係合部６と軸部材３に設けられた軸側係合部５０とが互いに係合することによって構成されている。バネ部４は、歯車２の外周を基部にして内側に向かってアーチ状に３箇所形成され、歯車２の中心部分５に軸部材３が通る空間を形成している。
ここで、一定以上のトルクが歯車２にかかると、歯車２と軸部材３とは互いにスリップする。このトルクの大きさは、バネ部４のバネ力によって決まる。バネ力は、バネ部４の材質と形状を変えることによって変化する。このように、時計用車１は、バネ部４のバネ力に抗して歯車２と軸部材３との間でスリップを生じさせるスリップ機構７を備えている。つまり、スリップ機構７は、歯車２側のバネ部４と、このバネ部４の係合部６に係合する軸部材３の軸側係合部５０とで構成されている。

図２には、軸部材３と歯車２のバネ部４とが係合する部分の拡大図が示されている。
バネ部４の係合部６は、断面が円形の軸側係合部５０と係合する部分であり、軸側係合部５０に対して凹の曲面で形成されている。この曲面の曲率半径は、軸側係合部５０の半径より大きく設定され、軸側係合部５０は各係合部６の中の一箇所で係合している。したがって、軸側係合部５０は、３つのバネ部４により、３箇所で係合されていることになる。

図３には、この実施形態の製造工程を説明するために、部分断面図が示してある。ここでは、２つの歯車２が形成される付近の断面図を概略的に示した。工程（Ａ）から工程（Ｃ）までがフォトリソグラフィ工程である。

工程（Ａ）では、電鋳の母型１０の表面に、紫外線硬化型でネガタイプのレジスト１１を塗布する。塗布するレジスト１１の厚さは、歯車２の厚みより数十μｍ厚くする。ここで、形成する歯車２の厚みは、０．１ｍｍとする。ただし、図３では、断面形状を理解し易くするために、レジスト１１や歯車２の厚みを極端に大きく誇張して示した。

母型１０には、ステンレスを使用する。母型１０の表面１５の形状は、電鋳によって歯車２の表面に転写される。以後、母型１０の表面１５の形状が転写される歯車２の表面を母型面４０と呼ぶ。この実施形態では、母型面４０の表面を鏡面とするので、母型１０の表面があらかじめ鏡面処理されている。

次に、工程（Ｂ）でフォトマスク２０を使用して紫外線によるレジスト１１の焼き付けを行なう。この際、フォトマスク２０のパターン２Ｐにより、歯車２の電鋳に供する部分が遮光され、この部分に対応したレジスト１１の硬化が防止される。反対に、紫外線の透過領域２４Ｎにより、歯車２の中心部分５が硬化する。また、透過領域２７Ｎにより、歯車２回りの余白となる部分が硬化する。

工程（Ｃ）は現像工程であり、未硬化のレジスト部分を除去する。ここで、（Ｃ）には、電鋳後に中心部分５となる硬化したレジスト部分３１Ｎ、および余白部分に対応したレジスト部分３２Ｎを示してある。
未硬化部分が除去されると、レジスト部分３１Ｎ，３２Ｎの側面２２は、母型１０に対して垂直な面とはならず、傾く。具体的に側面２２は、レジスト部分３１Ｎ，３２Ｎがフォトマスク２０の表面側から母型１０に向かって先細りとなるように傾き、その傾きは３°〜６°程度である。

工程（Ｄ）は電鋳工程である。電鋳に用いられる金属の電鋳材料３２は、母型１０のレジスト部分３１Ｎ，３２Ｎ以外の型部分に堆積する。また、電鋳材料３２は、レジスト１１の厚みよりも厚くなるまで堆積させる。
この実施形態では、電鋳材料３２としては、Ｎｉが８０％、Ｃｏ２０％の合金を用いている。電鋳材料３２は、Ｎｉ単体あるいはその他の金属や合金を用いてもよい。
なお、形成された歯車２が適当な力で剥離できるように、電鋳工程の前に母型１０の表面を予め動態化処理や不動態化処理で処理して、出来上がった歯車２と母型１０との密着力を調整することができる。

工程（Ｅ）では、必要な歯車２の厚さまで研磨し、平面化を行う。以後、この研磨面をフォト面２５と呼ぶ。ここで、フォト面２５の表面は、母型１０側の表面１５と同様に鏡面に仕上げられる。

工程（Ｆ）において、中心部分５のレジスト部分３１Ｎとその他不要なレジスト部分３２Ｎを除去する。この状態では、適当な密着力により歯車２は、母型１０に密着している。
ここで、歯車２の歯先の側面部分２４も、中心部分５の側面２３と同様に傾きを持っているが（図では、誇張して示されている）、この程度の傾きであれば、その他の番車との噛み合いには実用上影響がない。

最後に工程（Ｇ）で、歯車２を剥離する。母型１０を変形等させることでも歯車２を剥離可能であるし、転写シートを上面から貼り付けて剥離することもできる。

図４には、この実施形態での時計用車１の歯車２と軸部材３との係合部分の断面図が示されている。
前述のフォトリソグラフィ工程によって得られた歯車２のバネ部４の側面２３は、レジスト３１Ｎの側面２２にもとづいて形成されるため、側面２２と同じ傾きを持つ。この場合、フォト面２５側の側面部分４２は、フォトマスク２０に形成されたパターン２Ｐに近い位置であり、そのパターン２Ｐの形状をより正確に反映するので寸法精度がよい。したがって、側面部分４２で位置合わせを行うと時計用車１の寸法精度も向上する。
本実施形態の歯車２の厚みが０．１ｍｍの場合、フォト面２５の中心部分５の穴径寸法の製造誤差は±２．５μｍ程度であり、母型面４０では±５μｍ程度である。歯車２の厚みが増すほど母型面４０の製造誤差は大きくなり、寸法精度も低下する。
軸部材３の軸側係合部５０は、歯車２が圧入される圧入側の径が大きいテーパ形状に形成されている。ここで、テーパ形状の角度は、側面２３の傾きより大きく、６°以上になるように形成されている。

以下に、歯車２と軸部材３との係合方法について述べる。
歯車２を軸部材３に係合する際には、バネ部４が弾性変形し、中心部分５が広がる。係合後は、弾性によりバネ部４が軸部材３を押して係合することになる。係合は、母型面４０側から行なう。ここで、係合側の径が大きいテーパ形状で、母型面４０の径が小さいので、テーパ形状の径の大きい部分の面取を行なっておくと、係合がやりやすい。側面２３の傾きは、軸側係合部５０の傾きより小さいので、母型面４０側は軸側係合部５０と接することがなく、係合後はフォト面２５側の側面部分４２と軸側係合部５０で位置決めが行われることになる。

以上のようにして得られた時計用車１を組み込んで時計を得る。

このような実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）バネ部４は、寸法精度の高いフォトマスク２０のパターン２Ｐに基づいて、直接電鋳によって製造されているので、プレス加工により製造される従来と比較して、バネ部４の寸法精度を向上させることができる。したがって、このバネ部４の設けられた歯車２と軸部材３とを組み合わせれば、スリップトルクの安定したスリップ機構７の時計用車１を得ることができる。また、バネ部４間の形状のばらつきが小さくなり、各々のバネ部４の撓み量も同一にでき、軸部材３に対する歯車２の偏心を小さくできる。

（２）特に、バネ部４をポンチやダイを用いたプレス加工でなく、電鋳によって形成するので、バネ部４の基端部に形成される隅部分のＲ（アール）も小さくでき、このＲが小さい分だけバネ部４を長くできてバネ力を安定させることができる。

（３）歯車２とバネ部４とがＮｉとＣｏとを含むことにより硬度を増すことができ、耐摩耗性を向上できる。したがって、繰り返し使用後の寸法精度を向上でき、経時的にも安定したスリップトルクを得ることができる。

（４）軸部材３の設けられた軸側係合部５０では、テーパの傾きがバネ部４の側面２３の傾斜より大きく、フォトマスク２０のパターン２Ｐが忠実に転写された側面部分４２を、そのテーパ部分に当接させて係合している。したがって、中心部分５の穴径の寸法のばらつきが少なく、バネ部４の撓み量のばらつきを小さくでき、スリップトルクを安定させることができる。

（５）バネ部４の曲面の曲率半径が軸側係合部５０の半径よりも大きく、軸部材３とバネ部４の曲面の一箇所で滑らかに係合しているので、互いの係合部の磨耗も少なく、多少の磨耗が発生しても軸部材３の位置がずれることなく、一箇所で安定して固定できる。したがって、よりスリップトルクの安定したスリップ機構を備えた時計用車１を得ることができる。

（６）バネ部４が設けられた歯車２の製造に、金型やカッタを必要としないため、低コストで少量多品種生産ができる。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態を図面にもとづいて説明する。
図５には、第２実施形態の歯車６０の平面図が示されている。この実施形態も、第１実施形態と同様にスリップ機構７を備える。
歯車６０は、等周間隔に配置された３つのバネ部６１と３つの案内部６２とを備えている。軸部材３と係合するバネ部６１の先端の係合部６３は、第１実施形態とは逆に軸部材３に対して凸の曲率を持つように形成され、一箇所で軸部材３と係合する。バネ部６１は、バネ長さが長くなるように、扇型に三つのバネ部分６１１，６１２，６１３に分けて形成され、それらの連結で構成される。
案内部６２は、歯車６０の外周から軸部材３に略接する程度の近くまで形成され、軸部材３と歯車６０の位置ずれ（偏心）を規制する。
第２実施形態の歯車６０も第１実施形態と同様に、フォトリソグラフィ工程を含む電鋳によって製造され、軸部材３に対して同じように係合されている。

このような実施形態によれば、第１実施形態で得られた効果のほかに、以下のような効果がある。
（７）バネ部６１は、外側から内側に向かって３段階のバネ部分６１１，６１２，６１３からなり、バネ長さが長くなるように形成されているため、撓みを大きくでき、バネ力をより安定させることができる。

（８）歯車６０には案内部６２が設けられているので、軸部材３が歯車６０の中心からずれる心配がない。したがって、軸部材３を安定して位置決めでき、組立精度の高い時計用車が得られ、スリップトルクも安定する。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態を図面にもとづいて説明する。
この実施形態は、時刻を１時間ステップで修正するためのスリップ機構７を備えたものである。
図６には、第３実施形態のジャンパ歯車７０の平面図が示されている。
ジャンパ歯車７０の中心には、軸部材３に設けられたジャンパかな７５が略接するように回転可能にはめ込まれている。ジャンパかな７５には、１時間おきの時刻修正が可能なように例えば２４枚の歯が形成されている。バネ部７１は、ジャンパ歯車７０全体の略３／４の領域に渡ってジャンパかな７５を囲むように、５段階のバネ部分７１１，７１２，７１３，７１４，７１５を持って形成されている。ジャンパかな７５は、バネ部７１の先端部７２とで係合している。２点鎖線でバネ部７１が撓む前の状態を示してあり、ジャンパかな７５と係合することで実線のように撓んだ状態になる。そして、通常はバネ部７１のバネ力によって先端部７２がジャンパかな７５の歯間に係合しているが、一定以上のトルクがかかると、バネ部７１がさらに撓み、先端部７２はジャンパかな７５の歯を飛び越してジャンパ歯車７０のみが回転し、このジャンパかな７０と噛み合う図示しない筒車が回転して時針が１時間おきに時刻修正される。
第３実施形態のジャンパ歯車７０も第１実施形態と同様に、フォトリソグラフィ工程と電鋳によって製造される。

このような実施形態によれば、以下のような効果がある。
（９）フォトリソグラフィ工程と電鋳によって、プレス加工では難しい形状のバネ部７１を容易に加工ができるので、バネ部７１の長さを長くでき、低応力のバネ部７１を形成できる。したがって、バネ部７１の耐久性を向上させることができる。

〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態を図面にもとづいて説明する。この実施形態は、第３実施形態と同様に、時刻を１時間ステップで修正するためのスリップ機構７を備えたものである。
図７には、第４実施形態のジャンパ歯車８０の平面図が示されている。
軸部材３に設けられたジャンパかな８５は、第３実施形態と同様にジャンパ歯車８０の中心にはめ込まれている。ジャンパ歯車８０の片側には、弓型の肉抜き部８４が形成され、その肉抜き部８４の外周から弓型の弦方向と略平行に、ジャンパかな８５と接する棒状の第１バネ部８１が形成されている。この第１バネ部８１のジャンパかな８５とは反対側の片側には、第１バネ部８１とは別に、もう一つの細長い棒状の第２バネ部８３が並設されている。そして、これら二つのバネ部８１，８３の位置関係は、ジャンパかな８５をはめ込んだ状態で、第１バネ部８１が第２バネ部８３に接しており、ジャンパかな８５の歯を先端部８２が飛び越える際には、バネ部８１は第２バネ部８３とともにさらに撓む。ジャンパかな８５をはめ込む前のバネ部８１，８３の様子は２点鎖線で示してある。
第４実施形態のジャンパ歯車８０も第１実施形態と同様に、フォトリソグラフィ工程を含む電鋳によって形成する。

このような実施形態によれば、以下のような効果がある。
（１０）二つのバネ部８１，８３を並設することにより、各バネ部８１，８３の一つ一つは低応力で撓むことができ、耐久性を向上させることができる。また、フォトリソグラフィ工程を含む電鋳によって、プレス加工では難しい棒状のバネ部８１，８３の加工を容易にできる。

なお、本発明は前述の各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範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、電鋳材料である金属は、バネ部の形状や必要とする耐摩耗性に応じて選択することができ、Ｎｉ単体あるいはその他の金属や合金を用いてもよい。
また、前述の各実施形態では、バネ部を歯車と一体で形成していたが、バネ部を含む部品を、フォトリソグラフィ工程を含んだ電鋳により形成し、後から別に製造した歯車を接合して一体にしてもよい。
さらに、各実施形態のバネ部の数や形状、第２実施形態における案内部の数や形状は必要に応じて変えることができる。

また、本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた各実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。

本発明の第１実施形態にかかる時計用車を示す平面図。 第１実施形態にかかる時計用車の要部を示す拡大図。 本発明の実施形態にかかる歯車の製造方法を示す工程図。 第１実施形態にかかる時計用車の係合部分の断面図。 本発明の第２実施形態にかかる歯車を示す平面図。 本発明の第３実施形態にかかる歯車を示す平面図。 本発明の第４実施形態にかかる歯車を示す平面図。

符号の説明

１…時計用車、２…歯車、３…軸部材、４…バネ部、５…中心部分、６…バネ部の係合部、７…スリップ機構、１０…母型、２０…フォトマスク、２３…バネ部の側面、２５…フォト面、３２…電鋳材料、４０…母型面、４２…フォト面に近い側の部位の側面部分、５０…軸側係合部、６２…案内部。

Claims (6)

1. バネ部が設けられた歯車と、
   この歯車の中心部分に係合し、かつ前記バネ部のバネ力により当該歯車が保持される軸部材と、
   前記バネ部のバネ力に抗して前記歯車と前記軸部材との間でスリップを生じさせるスリップ機構とを備え、
   前記歯車は、電鋳によって形成されていることを特徴とする時計用車。
2. 請求項１に記載の時計用車において、
   電鋳材料にはＮｉとＣｏとが含まれていることを特徴とする時計用車。
3. 請求項１または請求項２に記載の時計用車において、
   前記歯車には、前記電鋳に用いられる母型の表面が転写された母型面と、電鋳時のフォトリソグラフィ工程で使用されるフォトマスク側のフォト面とが設けられ、
   前記歯車と前記軸部材との位置決めは、前記バネ部の側面のうち前記フォト面に近い側の部位と前記軸部材に設けられたテーパ形状の軸側係合部とで行なわれていることを特徴とする時計用車。
4. 請求項１〜請求項３のいずれかに記載の時計用車において、
   前記バネ部は複数形成され、
   前記各バネ部の係合部は曲面で形成され、
   この曲面の曲率半径は前記軸部材に設けられた軸側係合部の半径よりも大きいことを特徴とする時計用車。
5. 請求項１〜請求項４のいずれかに記載の時計用車において、
   前記歯車は、前記軸部材との位置ずれを規制する案内部を備えていることを特徴とする時計用車。
6. 請求項１〜請求項５のいずれかに記載の時計用車を備えていることを特徴とする時計。

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