JP2013195297A - てんぷ構造体及び機械式時計 - Google Patents

Abstract

【課題】 てん輪の往復回動における温度依存性の影響を確実に低減できるてんぷ構造体及びこれを備えた機械式時計を提供する。
【解決手段】 温度補償型てんぷ２をてんぷ構造体無端環状のリム部３と、複数のアームからなるアーム部４と、面がアーム部４の下面と重なり合うように配置され、リム部３及びアーム部４よりも線膨張率の大きい熱変形部５と、アーム及び熱変形部５を上下方向に貫通する貫通孔と、各々が貫通孔に配置された重錘部６と、を備え、重錘部６は、貫通孔を径方向に貫く軸９によって回動可能に軸支される支柱７と、当該支柱７と接続され貫通孔の上部より突出した重錘８と、を有するように構成した。
【選択図】図２

Description

機械式時計の調速機に関し、特に温度補償機能を備えたてんぷ構造体及び当該てんぷ構造体を備えた機械式時計に係る。

てんぷ構造体を構成するてん輪の往復回動の角振動数に係る温度要因は、てん輪の線膨張率、ひげぜんまいの線膨張率、およびひげぜんまいのヤング率の温度係数である。ここで、一般に、線膨張率は正の値、ヤング率の温度係数は負の値となる。

したがって、てん輪は、熱膨張した場合、径が大きくなって慣性モーメントの増大を招き、振動（往復回動）周期が長くなる。また、てん輪は、ヤング率の低下によっても周期が長くなる。つまり、一般の材料でこれらてんぷの構成部品を作製した場合、時計の歩度は遅れとなる。

これら課題を改善する発明の一例として、非特許文献１記載のように、線膨張率の違う２種の材料を貼り合わせ、熱によって変形することで慣性モーメントを変化させるバイメタルてんぷがあった。この文献によると、バイメタルてんぷは、てん輪を完全な閉ループをなす円形にする代わりに、二箇所で分断された円弧状にすると共に、各円弧状てん輪部をバイメタルで形成する。更に、本バイメタルてんぷは、各円弧状てん輪部の一端をてんぷの半径方向延在腕部に固定し、各円弧状てん輪部の他端側を自由端とした構造を有する。

上述の通り、従来のてんぷ構造体では、温度が上がると通常は熱膨張により径が大きくなり、てん輪の実効的な慣性モーメントが増大するのに対して、このバイメタルてんぷでは、温度が上がると円弧状てん輪部の自由端がてんぷの径方向内側に曲がる。その結果、このバイメタルてんぷは、てん輪の実効的な慣性モーメントをひげぜんまいのヤング率の温度係数と相殺する程度に変化させる。したがって、上記バイメタルてんぷは、てん輪の往復回動の角振動数に係る温度要因のうち、線膨張係数があたかも負であるかの如き挙動を示し、全体として、温度の影響がゼロ（０）に近付くため、てんぷ振動の温度依存性の影響を最低限に抑え得る。

しかしながら、このバイメタルてんぷの場合、慣性モーメントの温度依存性の影響が高精度に抑えられるように、二種の材料を選び、当該材料を組み合わせることは容易でない。しかも、当該バイメタルてんぷは、冷間圧延やめっきによって作製されるため製造も容易でない。また、バイメタルてんぷは、てん輪が二箇所で切断された円弧状（切てんぷ）であるので、バランスが取り難い。従って、実際のバイメタルてんぷは、非特許文献１にも示されているように、各円弧状てん輪部にいわゆるチラねじが多数取付けられていて、該チラねじを調整して、てん輪のバランス等を調整する必要がある。結局のところ、当該バイメタルてんぷでは、温度補償に極めて手間がかかり、回転対称性の低下や空気抵抗の増大等に伴う性能の低下を招く虞があった。

Hans Jendritzki著「Watch Adjustment」第２版，２００６年，ｐ８

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、てん輪の往復回動における温度依存性の影響を確実に低減できるてんぷ構造体及びこれを備えた機械式時計を提供することにある。

上記課題を解決するため、請求項１に記載のてんぷ構造体は、無端環状のリム部と、前記リム部を構成する環の径方向に延伸し、両端が当該リム部の内周面に接続され、各々が前記環の中心で交差する複数のアームからなるアーム部と、上面が前記アーム部の下面と重なり合うように配置され、前記リム部及びアーム部よりも線膨張率の大きい熱変形部と、平面視で各々が前記環の中心に対して対称となる位置関係で配置され、前記アーム及び前記熱変形部を上下方向に貫通する貫通孔と、各々が前記貫通孔に配置された重錘部と、を備え、前記重錘部は、前記貫通孔の長手方向に沿って設けられ当該貫通孔を径方向に貫く軸によって回動可能に軸支されるとともに、前記貫通孔の上端近傍に支点を有する支柱と、当該支柱と接続され前記貫通孔の上部より突出した重錘と、を有することを特徴とする。

また、請求項２に記載のてんぷ構造体は、前記熱変形部、前記リム部、および前記アーム部は、前記環の中心に配置されるてん真軸部において圧入により固定され、二つの線膨張率の異なる部材が積層されてなることを特徴とする。
また、請求項３に記載のてんぷ構造体は、前記重錘部が、てこの原理によって前記熱変形部の熱変形による変形方向と逆の方向に傾くことを特徴とする。
また、請求項４に記載のてんぷ構造体は、前記重錘部が前記熱変形部よりも密度の大きい材料で構成されることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、前記重錘部の支柱が、前記貫通孔に遊挿されてなることを特徴とする。
また、請求項６に記載の発明は、機械式時計であって、請求項１から４の何れか一項に記載のてんぷ構造体を備えたことを特徴とする。

本発明によると、アーム及び熱変形部を貫通する貫通孔に重錘部が配置されており、重錘部が、軸によって回動可能に軸支され、貫通孔の上端近傍に支点を有する支柱と、貫通孔の上部より突出した重錘と、で構成される。つまり、リム部やアーム部よりも線膨張率の大きい熱変形部が熱膨張すると、熱膨張によってリム部の環の径外周方向へ質量分布が偏って慣性モーメントが変化する。すると、当該熱変形部の熱膨張に応じて、支柱が径外周方向へ引っ張られるので、てこの原理によって支柱が軸を中心に回動して重錘が径内周方向に傾く。その結果、質量分布が内側に偏るように変化するので、慣性モーメントの熱膨張による変化が相殺され、振動周期の温度依存性の影響を軽減することができる。
したがって、本発明は、てん輪の往復回動における温度依存性の影響を確実に低減できるてんぷ構造体及びこれを備えた機械式時計を提供できる。

また、材料の特性を変化させるとき、組成の精密なコントロールが必要であり、また材料の特性は加工率や熱処理の影響を受けやすく、開発までに莫大な時間を要するが、構造的工夫であれば、比較的容易に所望の特性を付加することができる。また特性を変化させることも容易になる。

また、本発明によると、熱変形部とリム部およびアーム部はてん真軸部において圧入により固定され、２つの線膨張率の違う部材が層状に積み重ねられている（接合されてはいない）。つまり、一般にバイメタル材を製造する場合、２種の材料を冷間圧延したり、めっきしたり、手間のかかる工程が必要となる。一方、本発明のてんぷ構造体は、圧入により固定されるとともに積層構造からなるので接合する必要が無く上記した工程が不要であり、製造が比較的容易になる。

また、本発明によると、重錘部がてこの原理によって熱変形部の熱変形による（主たる）変形方向とは逆方向に動くことができる。つまり、一般に物質に熱を加えたとき、その物質は膨張する。このため従来のてん輪は、温度上昇とともに慣性モーメントを増大させる方向へ変形する。一方、重錘部はその膨張の方向と逆方向に傾くため、逆方向に質量分布が偏る結果、慣性モーメントを小さくすることができる。

また、本発明によると、重錘部は熱変形部よりも密度の大きい材料で構成される。つまり、重錘部に熱変形部よりも密度の大きい材料を用いることで、熱変形部の熱膨張によるリム部の環の径外周方向への質量分布の変化（慣性モーメントの変化）を上回る径内周方向への質量分布の変化（慣性モーメントの変化）を与えることができる。

また、本発明によると、支柱が貫通孔に遊挿されることで、熱変形部に重錘部の支柱の可動域が設けられるので、重錘部の支柱が温度変化によって動くだけでなく、熱変形部のてん輪外周部分における質量を小さくすることができ、熱変形による外周付近の質量分布の変化を小さくすることができる。

また、本発明の機械式時計は、前述のような温度補償型てんぷ構造体を備えるので、温度依存性が確実に低減され、てんぷが温度にかかわらず一定周期で振動され得る。従って、機械式時計が温度変化にかかわらず正確な時を刻み得る。

本発明に係る温度補償型てんぷを組込んだ機械式時計の模式図である。 本発明に係る温度補償型てんぷの斜視図である。 本発明に係る温度補償型てんぷの図２中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図３に示す温度補償型てんぷの熱膨張によって変形した状態を模式的に示す図である。

以下、図１〜図４を参照して、本発明に係る温度補償型てんぷ及び機械式時計の実施の形態について説明する。
まず、図１は、本発明に係る温度補償型てんぷ２（てんぷ構造体）を備えた機械式時計１を模式的に示した図である。図１に示すように、温度補償型てんぷ２は、機械式時計１における輪列の最終部分に設けられる。そして、温度補償型てんぷ２は、ぜんまいに蓄えられた駆動力によって回転する輪列の速度を一定な振動によって制御し、秒針に１分間に１回転、分針に１時間に１回転の正確な回転速度を与える。

次に、図２は、本実施の形態における温度補償型てんぷ２の斜視図であり、図３は、図２に示すＡ−Ａ断面線に沿った縦断面図である。なお、便宜上、図２〜図４では、アーム部の中心上部に備わるてん真の図示を省略する。

本実施の形態における温度補償型てんぷ２は、図２及び図３に示すように、環状のリム部３と、当該リム部３の環内部に備わるアーム部４と、そのアーム部４の下部に層状に配置された熱変形部５と、熱変形部５を幅方向に亘って貫く軸９に接続され、上部がアーム部４の上面から突出する重錘部６と、を備えて構成される。
リム部３は、無端環状に形成された部材であり、スーパーインバー材やセラミックス材等の線膨張係数の小さな（もしくは負の）材料によって形成される。

アーム部４は、リム部３の内周面に向かって放射状に延伸した形状からなる２本のアームである。当該２本のアームは、リム部３の環の中心で交差して一体化されるとともに、両端がリム部３の内周面に接続されることで、リム部３と一体に形成されてなる。また、アーム部４の中心部には、上下方向にわたって延伸したてん真軸部１１が備わる。

なお、アーム部４は、アーム各々を別体で形成した後、接合・固着して形成しても良い。また、アーム部４は、リム部３と同様に線膨張率の小さな材料で形成されることが望ましい。また、アーム部４を構成するアームの本数は、形状を保てる強度を確保できれば何本であっても良い。さらに、アーム部４は、後述する重錘部６の軸部分を貫通させるための貫通孔が上下面に亘って設けられる。当該貫通孔には、てこの支点となり且つ重錘部６を把持するための支点１０が形成されてなる。当該支点１０は、例えば図３に示すように、貫通孔の径方向中心に向かって突出し、支柱７と点接触可能な断面視三角形状の部材からなる。ここで、貫通孔は、平面視でリム部３の環の中心に対して対称となる位置関係で対になって配置される。

熱変形部５は、アーム部４の下部に沿うように配置される。つまり、熱変形部５は、アーム部４と同様に、リム部３の内周面に向かって放射状に延伸した形状からなる複数のアームである。当該熱変形部５は、例えば、黄銅やニッケル鋼（２０％ニッケル鋼）などの線膨張率の大きな材料によって構成される。そして、熱変形部５と該リム部３およびアーム部４は、てん真軸部１１のみにおいて圧入により固定される。なお、熱変形部５には、アーム部４と噛合するガイド等を設けても良い。

また、熱変形部５には、後述する重錘部６の支柱７を遊挿させるための貫通孔が上下方向に対して形成される。当該貫通孔は、アーム部４の貫通孔と上下に連接される。また、貫通孔は、支柱７が軸９まわりに回動可能なように、支柱７の外形よりも大きく形成されることで、支柱７の可動域が確保される。

重錘部６は、アーム部４の上面から一部が突出するとともに、当該アーム部４を貫通して熱変形部５と接続されるように配置される。当該重錘部６は、例えば、図２に図示される通り、アーム部４や熱変形部５の貫通孔の長手方向に沿って設けられた四角柱状の支柱７と、当該支柱７の上面に接続された円柱状の重錘８と、で構成される（つまり、図３に示すような断面図でＴ字状からなる）。そして、支柱７は、アーム部４や熱変形部５の貫通孔内に配置されるとともに、貫通孔を径方向に貫く軸９により回動可能に軸支される。

ここで、支柱７と重錘８とは、一体成形されたものであっても良いし、各々を別体で成形した後に接合・固着して一体化しても良い。なお、支柱７と重錘８の形状は、特に上述の形状に限られるものではなく、重錘部６としての機能を満たし、てこの動きに対する強度が保たれる形状であれば良い。具体的には、例えば、支柱７を円柱状とし、重錘８を球状としても良い。

また、重錘部６は、例えば、金やプラチナ、タングステン等の熱変形部５よりも密度の高い材料によって構成される。これは、重錘部６の傾きによる質量分布の変化が、熱変形部５の膨張または収縮による質量分布の変化を上回る必要があるためである。つまり、重錘部６は、支柱７の長さと重錘８の質量によって、温度補償効果が変わるため、取付けるひげぜんまいの特性によって適宜に、最適な材料選択や寸法設計をする必要がある。ここで、支柱７と重錘８を別体で成形する場合においては、各々の構成材料を変えても良い。

具体的には、例えば、重錘８を密度の高い材料とし、支柱７を鉄鋼材料等の強度の高い材料とすることもできる。さらに、重錘部６は、熱変形部５を水平に貫通する軸９で、この軸９を中心に回動可動なように軸支されているので、熱変形部５の膨張・収縮に伴いアーム部４の貫通孔の上端近傍を支点１０として角度を変化させることができる。このため、熱による熱変形部５の膨張・収縮で重錘部６の角度が変わることを利用して、てんぷ構造体の振動（往復回動）周期がなるべく一定になるように、てん輪全体の慣性モーメントを温度で変化させることができる。

（温度補償機構について）
以下に、温度補償型てんぷ２によるてんぷ構造体の振動（往復回動）周期の補正機構について図３及び図４を用いて説明する。
図３で示した通り、温度変化前の状態において、重錘部６は、支柱７がアーム部４及び熱変形部５の貫通孔に遊挿され、軸９によって熱変形部５に軸支される。また、重錘部６は、支柱７の一部が支点１０によって把持されている。

そのため、図４に示すように、温度変化によって熱変形部５が膨張すると、支柱７の軸９との接続部分がリム部３の環の径外周方向に引っ張られるので、てこの原理によって重錘８が径内周方向（図４に示す矢印の方向）に傾く。その結果、温度補償型てんぷ２全体の質量分布が内側に偏るように変化するので、温度補償型てんぷ２は、てん輪の慣性モーメントが小さくなって振動周期が短くなる。

逆に、温度変化によって熱変形部５が収縮したとき、支柱７の軸９との接続部分はリム部３の環の径内周方向に引っ張られるので、てこの原理によって重錘８が径外周方向（図４に示す矢印と反対の方向）へと傾く。この結果、温度補償型てんぷ２全体の質量分布が外側に偏るように変化するので、温度補償型てんぷ２は、てん輪の慣性モーメントが大きくなり、温度補償型てんぷ２の振動周期が長くなる。

１ 機械式時計
２ 温度補償型てんぷ
３ リム部
４ アーム部
５ 熱変形部
６ 重錘部
７ 支柱
８ 重錘
９ 軸
１０ 支点
１１ てん真軸部

Claims (6)

1. 無端環状のリム部と、
   前記リム部を構成する環の径方向に延伸し、両端が当該リム部の内周面に接続され、各々が前記環の中心で交差する複数のアームからなるアーム部と、
   上面が前記アーム部の下面と重なり合うように配置され、前記リム部及びアーム部よりも線膨張率の大きい熱変形部と、
   平面視で各々が前記環の中心に対して対称となる位置関係で配置され、前記アーム及び前記熱変形部を上下方向に貫通する貫通孔と、
   各々が前記貫通孔に配置された重錘部と、
   を備え、
   前記重錘部は、前記貫通孔の長手方向に沿って設けられ当該貫通孔を径方向に貫く軸によって回動可能に軸支されるとともに、前記貫通孔の上端近傍に支点を有する支柱と、当該支柱と接続され前記貫通孔の上部より突出した重錘と、を有することを特徴とするてんぷ構造体。
2. 前記熱変形部、前記リム部、および前記アーム部は、前記環の中心に配置されるてん真軸部において圧入により固定され、二つの線膨張率の異なる部材が積層されてなることを特徴とする請求項１に記載のてんぷ構造体。
3. 前記重錘部は、てこの原理によって前記熱変形部の熱変形による変形方向と逆の方向に傾くことを特徴とする請求項１又は２に記載のてんぷ構造体。
4. 前記重錘部は前記熱変形部よりも密度の大きい材料で構成されることを特徴とする請求項１から３の何れか一項に記載のてんぷ構造体。
5. 前記重錘部の支柱は、前記貫通孔に遊挿されてなることを特徴とする請求項１から４の何れか一項に記載のてんぷ構造体。
6. 請求項１から５の何れか一項に記載のてんぷ構造体を備えたことを特徴とする機械式時計。

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