JP2010085413A

JP2010085413A - 時計歯車列

Info

Publication number: JP2010085413A
Application number: JP2009230308A
Authority: JP
Inventors: Eric Goeller; エリック・ゴエラー; Vincent Calabrese; ヴィンセント・カラブレーゼ
Original assignee: Montres Breguet SA; Blancpain SA
Current assignee: Montres Breguet SA; Blancpain SA
Priority date: 2008-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2010-04-15
Also published as: CN101794112A; EP2172815A1; US20100091617A1

Abstract

【課題】時計歯車列の改善をすること。
【解決手段】本発明は、平行な軸線を有する、少なくとも１対の歯付き円形要素（２５、３１）を含み、該歯付き円形要素の一方（２５）が他方を駆動するように、歯付き円形要素が互いに噛み合う歯構成部を備えた時計歯車列に関する。歯モジュールを縮小することなく歯車内の伝達状態を改善するために、２つの円形要素の各々の対応する歯構成部があり、これらの各々が、歯のピッチの数分の１だけ相互に回転角度的にシフトされたＮ個の同軸歯付きリング（２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂ）から形成される。この最も簡単な形態では、歯構成部は二重（Ｎ＝２）であり、２つの歯付きリングが半ピッチだけ回転角度方向にシフトされている。本発明は、歯付き円形要素の中心を接続する線から比較的離れて配置される区域での噛み合わせを防止し、よって、歯の進行中のトルク及び速度変動を低減する。特に、時回り輪列、表示輪列、及びトゥールビヨンのような脱進機での適用も想定される。
【選択図】図４

Description

本発明は、平行な軸線を有する、少なくとも１対の歯付き円形要素を含んでいる時計歯車列に係り、それらの歯付き要素は、相互に噛み合う歯構成部をそれぞれ備えている。本発明は、詳細には、時回り輪列の回転ホイールセットの対に適用され、該時回り輪列は、機械式時計ムーブメントの駆動モータを調速部材に、特にガンギホイールのセットに接続する。しかし、本発明は、例えば、時計の表示輪列への応用にも適用できる。

一般に歯車、特に直歯を備えた歯車において、接している２つの歯の歯面（フランク）の相互に組み合わされる輪郭間の接点は、駆動歯の頂部に向かって上昇することによって、歯の円弧状の動き、ないし歯の進行の間に軸方向に移動する。この現象は、添付の図１に概略的に示される。そこでは、８２個の歯と基本半径Ｒ１を有する駆動ホイール１０及び２０個の歯と基本半径Ｒ２を有する従動ホイール１１の噛み合いが示され、矢印は回転の方向を示している。接触点の軌跡１２（又は歯車の作用線）と呼ばれる接点の幾何学的位置は、点Ａから点Ｂまで延び、２つのホイールの中心を結んだ中心線１３に近接して歯の２つのピッチ円を通過する。結果として、歯の進行中、トルク比（中心の縦軸と相対する曲線１４で表される）が変化し、速度比も同様に変化する。ＡとＢとの間の中心における距離の変動は、ホイール１０におけるよりも半径が小さいホイール１１において比例的に遙かに大きくなり、ホイール１０における一定のトルクが、ホイール１１上では著しく変動するトルクをもたらすことになる。更に、伝達効率も同様に変化し、一般には、接点が中心線から離れるほどより低くなる。加えて、輪郭の不規則性がある場合、結果として生じる伝達欠陥は、接触軌跡の中心区域においてより顕著になる。

特にモータ部材に近接したホイールセット上の時計ムーブメントの時回り輪列において、歯車モジュールは、高出力であるために比較的大きくなければならず、その結果、角度ピッチも大きくする必要がある。上述の理由により、大きなモジュールを備えた歯車の伝達規則性は、多数の歯を有する小さなモジュール歯車に比べてかなり劣っている。更に、時回り輪列の上流部分が低速であることは、等時性に対してこの欠陥の影響を増幅させる。

歯の進行中のトルク変動は１つの欠陥であり、よって角速度の変動である。例えば、表示輪列において、歯の通過には表示針の速度の変動が同時に起こり、この変動は、関連する歯車の速度が遅い場合にはかなりのものになる可能性がある。更に、表示輪列モジュールは、枢動軸が時回り輪列におけるよりも正確ではないことにより大型になることが多く、これは上述の欠点を招くことになる。

種々の製造及び組み立て上の理由により、時計歯車における比較的大きなクリアランス（又は円周方向の遊び）が存在することは、これがモジュールのサイズの増大につながることから増悪要因である。時計歯車の別の特徴は、要素のサイズが小さいにより、中心精度及び歯の形状に関する精度は、必ずしも他の機構と同じほど良好な訳ではない。

上記の欠点を軽減するために、スイス特許第２４４６４１号は、１つの歯から別の歯に伝達される力の値をより均一になるように、歯の輪郭を通常の輪郭からインボリュート輪郭に変えることによって歯の輪郭を修正することを提案している。歯の輪郭を修正するものである他の解決策は、スイス特許第３１８８９５号において述べられているが、主な好ましくない状態は回避されておらず、すなわち、接触軌跡が中心線から離れて延びるにつれて、図１における点Ａ及びＢに近接した場合と同様に、中心線のある部分はピッチ円から益々離れて移動する。

理論的には、歯数を増加させ、これにより歯のモジュール及びピッチを縮小することによって、接触軌跡１２の長さを短縮することが可能になる。しかしながら、これは、機械式時計ムーブメントの時回り輪列の速度が遅く且つ大きな応力を受ける部品においては特に、許容できない歯厚の減少をもたらす結果となる。更に、既に多数の歯を有するホイールセットにおけるこのような増加は、機械加工が不可能ではないにしても、極めて困難になる。

スイス特許第２４４６４１号公報スイス特許第３１８８９５号公報

本発明の目的は、歯を脆弱にせず且つ製造及び組み立てを過度に複雑にすることなく、トルク及び／又は速度をより均一にすることによって、この技術分野において通常使用されている歯車の上記欠点を克服するように時計歯車列を改善することである。

従って、２つの歯付き要素の各々に歯構成部があり、歯構成部それぞれが、歯ピッチの数分の一だけ相互に回転角度的にシフトされたＮ個の同軸歯付きリングから形成されることを特徴とする、上記したタイプの時計歯車列が提供される。ほとんどの用途においては、２つの歯付き要素でそれぞれの歯構成部が二重（Ｎ＝２）であり、２つのリングが半ピッチだけ回転角度方向にシフトされる。３分の１のピッチだけシフトさせ３つの歯構成部を用いることも、場合によって、例えば大型の時計において、想定することができる。

この構成により、各歯構成部のＮ個の歯付きリングは次々と動作する。同じ歯モジュールでは、接触軌跡の長さはＮ個に分割され、軌跡は、中心線に近接して位置し、すなわち、各歯構成部の輪郭の最適化がより容易な領域、特に歯の進行中に小さい半径変動を示しながら歯車状態が最も有利な領域内に維持される。結果として、トルク及び速度比は、時計製造で通常使用される歯輪郭の場合でも単純な歯を備えたものよりも遙かに均一になる。輪郭が最適ではなく且つヘルツ圧力が高くなる、中心線から離れた区域での歯相互間の接触を防ぐことによって、歯車はより良子な効率となり、摩耗を受けにくくなる。従って、大型のモジュールの利点は、多数の歯を備えた歯のモジュールと組み合わされると共に、これらの特定の欠点がかなりの程度まで排除される。更に、追加の製造コストは、製造を困難にすることなく、幾つかの要素を増やすことにのみ限定される。

本発明の他の特徴及び利点は、添付図面を参照しながら非限定的なものとして例示される２つの有利な実施形態の以下の説明により明らかになるであろう。

直歯を備えた２つの従来の時計ホイールの噛み合わせを概略的に示す図である。香箱から見た、携帯時計の時回り輪列の１つの部品に関する本発明の第１の実施形態を示す概略斜視図である。図２の対象の概略平面図である。図３の詳細部ＩＶの拡大図である。図３の線Ｖ−Ｖの断面図である。本発明の第２の実施形態を示す携帯時計用トゥールビヨンの部分底面図である。図６の１つの部品の拡大図である。

図２から図５は、ラチェットホイール２１と、周壁が中間ホイールセット２５のカナ２４上で噛み合う直歯２３に装着される回転ドラム２２とを含む、携帯時計ムーブメントの香箱２０を示している。ホイールセット２５は、軸部２６と中間ホイール２７とをも有する。中間ホイールの歯構成部２８は、中心ホイールセット３１のカナ３０に噛み合い、中心ホイールセット３１は更に、管状軸部３２及び中心ホイール３３を含む。中心ホイールの歯３４は、第３のホイールセット３７のカナ３６に噛み合い、第３のホイールセット３７は更に、管状軸部３８及び第３のホイール３９を含み、第３のホイールは図面をより簡単にするために図２では省略されている。これらのホイールセットは、携帯時計の時回り輪列の上流側部品を形成し、その下流側部品は、第３のホイール３９のムーブメントを調速部材に伝達する。各図面を明確にするために、記載された回転ホイールセットを支持する要素は図示していない。

上に説明された本発明の原理によれば、駆動構成部２３、２８、３４及び従動カナ２４、３０、３６の歯それぞれは二重歯であり、２つの同軸に支持された歯付きリング２３ａ及び２３ｂ、２４ａ及び２４ｂ、２８ａ及び２８ｂ、３０ａ及び３０ｂ、３４ａ及び３４ｂ、３６ａ及び３６ｂから形成される。１つの歯構成部内における２つのリングの歯は同一であるが、第１のリングの歯は、第２のリングの歯に対して歯の半ピッチ分だけ回転角度方向にシフトされている。従って、図４の平面図で見られるように、ホイール２７の上側歯（リング）２８ａの各歯は、下側歯（リング）２８ｂの２つの歯の間の中間に正確に配置され、カナ３０の上側歯３０ａの各歯は、当該カナの下側歯３０ｂの２つの歯の中間に正確に配置されている。簡単にするために、この歯は以下の説明では「二重」と呼ぶことにする。

図２から図５の実施例において、発明者は、二重歯から生じる設計上の追加コストは、歯車列の最も低速のホイールセットにおいては（力が大きくなるので）妥当なものであると考え、一方、それ故に、この解決策は第３のホイール又は上流側には適用をしない理由であり、それでも、速い回転のために上記した変動が平滑化され得るのである。安価な実施形態では、二重歯の使用を第１の歯車段すなわち香箱２０と中間ホイール２５との間に限定することも想定することができる。

本明細書で説明される二重歯では、２つの歯付きリングを個別部品の形態で形成し、その歯付き輪郭を別個にカットするのが有利且つ好都合である。本明細書で使用される用語「リング」とは、必ずしも別個の部品を示すものではなく、例えば、図５では、通常、香箱の歯付きリング２３ａがドラム２２の一体部品を形成しているが、第２の歯付きリング２３ｂは別個に製造されてドラム上で駆動されるように図示されている。勿論、第２のリングは、好適な接合手段によって又は組み立て中に外部ゲージを用いて、第１のリングに対して正確な角度位置に位置決めする必要がある。

中間カナ２４において、上側歯付きリング２４ａは、軸部２６の一体部品を形成し、軸部に直接機械加工されるが、下側歯付きリング２４ｂは、後付けされ、別個に機械加工されて軸部上で駆動される部品である。しかしながら、中間ホイール２７は、リムが歯付きリング２８ａ及び２８ｂを形成する２つの同様のプレートを支持することによって作られる。これら２つのホイールは、予め所望の相互位相差を与えるように組み立てておいた後に、交互に又は一緒に軸部上で駆動させることができる。中心ホイールセット３１にも同様の構造が提供される。必要に応じて、二重歯を形成する２つの重ね合わせのホイールは、位相差微調整装置を備えてもよい。

図６及び図７は、回転脱進機、この場合ではトゥールビヨン５０を備えた時計ムーブメントにおける本発明の実装を示している。トゥールビヨン５０のキャリッジ５１は、フライホイール型で１分間に１回転し、通常、テンプ及び主ゼンマイを備えた振動子５２と、レバー５３及びガンギカナ５５に固定されるガンギ車５４を含む脱進機とを保持する。図面では、カナ５５の枢動軸を保持するブリッジは、明瞭化のために省略されている。このカナは、固定ホイール５７の歯と噛み合い、該固定ホイールは、ボールベアリング５８を介してキャリッジ５１の単一枢動軸６０を保持する。通常、枢動軸６０は、時回り輪列により駆動されるトゥールビヨン駆動カナ６１を備える。

図７でより詳細に図示されるように、ガンギカナ５５の歯及び固定ホイール５７の歯５６は上述の二重歯タイプであり、その各々は、歯付きリング５５ａ及び５５ｂ、５６ａ及び５６ｂの対で形成され、互いに歯の半ピッチだけ位相シフトされている。カナ５５のリング５５ｂは、ガンギ車セットの軸部上に通常の方法で形成することができ、他方、リング５５ａは、軸部上で駆動される別個の部品で形成されるのが好ましい。しかしながら、固定ホイール５７は、この実施例では、それぞれプレート５７ａ、５７ｂとそれぞれ歯付きリング５５ａ、５５ｂを含む２つの重ね合わせリングを組み付けることによって形成される。２つの歯付きリング間の正確な角度シフトは、少なくとも１つのピン（図示せず）をプレート５７ａ、５７ｂに高水準の精度で穴明けされた孔に係合させることによって維持される。

回転脱進機及び特にトゥールビヨンにおいて複数の歯を、詳細には二重歯を使用すると、上記で説明された一般的な利点だけでなく、別の特定の利点もある。トゥールビヨンキャリッジ５１の１００分の１ミリメートル程度の半径方向遊びは、ガンギカナ５５の固定歯５６に対する半径方向の移動の幾らかの自由度を提供する。キャリッジ又はガンギ車セットのあらゆる心出し欠陥は、この移動を更に増大させる。結果として生じるあらゆるトルク又は速度変動は、ガンギ車により各インパルスを介して振動子に伝達されるエネルギーの均一性に直接影響を及ぼす。ガンギカナが通常通りに１１個の歯を有し、ガンギ車５４が２０個の歯を有する場合、ガンギ車５４の２つの連続する歯によって与えられるインパルスは、カナの同じ歯の全く異なる位置に対応し、従って、図１に関して説明したトルク変動に起因してかなり異なるようになる可能性がある。これらの変動は、図１のポイントＡ及びＢに近接した接触軌跡１２の端部においてより顕著となる点に留意されたい。これらの端部を除くと、複数の歯を使用することで、トゥールビヨンのインパルスエネルギー変動が大幅に低減される。本出願における本発明の別の利点は、９９個の歯を有する大型の固定ホイールと噛み合う、１１個の歯を有するガンギカナ５５の直径が極めて小さいことに起因するものである。携帯時計の動作条件を考慮すると、これらの寸法は機械的に達成し得る限界である。二重歯を使用することで、設計の観点から実質的に譲歩することなく、歯数が２倍になった場合と同じ程度の動作が改善される。

図６及び図７に示した第２の実施形態は、トゥールビヨン駆動カナ６１及びこれを駆動するホイール上で複数の歯（特に二重歯）を使用することによって、主ゼンマイによりトゥールビヨンに加えられるトルクを規則化する作用を備えることができる。本発明は、カルーセル型の回転脱進機の歯車接続の両方で同じ原理に従って用いることができる。更に、本明細書で説明される実施形態は、明らかに、例えば、図２から図５で示す形態又はより簡単な形態で第１の実施形態と組み合わせることができる。

最後に、二重歯を形成するホイールは、有利には、従来のフォトリソグラフィー及びエッチング技術によって、及び／又はＬＩＧＡ技術との組み合わせでシリコン及び／又は金属の単一部品で作ることができる点に留意されたい。正確さ及び製造容易性を可能にすることに加えて、これらの二重ホイールを単一部品で作ることは、２つの歯の間の完全な位置決めを提供することに留意されたい。

２５中間ホイールセット；２７ホイール；２８ａ、３０ａ上側歯（リング）；
２８ｂ、３０ｂ下側歯（リング）；３０カナ；３１中心ホイールセット；
３２軸部。

Claims

平行な軸線を有する、少なくとも１対の歯付き円形要素（２０、２５、３１、３７、５５、５７）を含み、前記歯付き円形要素が互いに噛み合うそれぞれの歯を備えている時計歯車列において、
前記円形歯付き要素の各々には歯構成部（２３、２４、２８、３０、３４、３６、５６）があり、該歯構成部の各々が、歯のピッチの数分の一だけ相互に回転角度的にシフトされたＮ個の同軸歯付きリング（２３ａ、２３ｂ、２４ａ、２４ｂ、２８ａ、２８ｂ、３０ａ、３０ｂ、２４ａ、２４ｂ、３６ａ、３６ｂ、５５ａ、５５ｂ、５６ａ、５６ｂ）を含む、
ことを特徴とする時計歯車列。
前記歯構成部が二重（Ｎ＝２）であり、２つの歯付きリングが半ピッチだけ回転角度方向にシフトされている、
ことを特徴とする請求項１に記載の時計歯車列。
カナ（２４、３０、５５）の形態の歯付き円形要素の二重歯が、前記歯付き要素の軸部（２６、３２）の一体部品を形成する第１の歯付きリング（２４ａ、３０ｂ、５５ｂ）と、付加部品によって形成される第２の歯付きリング（２４ｂ、３０ａ、５５ａ）とを含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の時計歯車列。
二重歯を備えたホイール（２７、３３、５７）の形態の歯付き円形要素が、前記歯付きリングを備えた２つの同様のプレート（５７ａ、５７ｂ）を重ね合うことによって形成される、
ことを特徴とする請求項２に記載の時計歯車列。
香箱（２０）の形態の二重歯又は歯付き円形要素が、前記香箱のドラム（２２）の一体部品を形成する第１の歯付きリング（２３ａ）と、付加部品によって形成される第２の歯付きリング（２３ｂ）とを含む、
ことを特徴とする請求項２に記載の時計歯車列。
前記歯付き円形要素の対の１つが、トゥールビヨン（５０）のガンギカナ（５５）と、前記トゥールビヨンの固定ホイール（５７）とを含む、
ことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の時計歯車列。
前記歯付き円形要素の対の別の１つが、トゥールビヨン（５０）キャリッジの駆動カナ（６１）を含む、
ことを特徴とする請求項６に記載の時計歯車列。