JP2016206020A

JP2016206020A - 機械式時計のムーブメント

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Publication number: JP2016206020A
Application number: JP2015088324A
Authority: JP
Inventors: 福田　匡広; Masahiro Fukuda; 福田　　匡広; 新平深谷; Shinpei Fukaya
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd
Priority date: 2015-04-23
Filing date: 2015-04-23
Publication date: 2016-12-08

Abstract

【課題】完成した機械式時計のムーブメントを分解する必要がなく、てんぷの摩擦抵抗値の概算値を算出し、正常か異常かを容易に判定することが可能な機械式時計のムーブメントを提供する。
【解決手段】アンクル１６が可動可能な範囲においてガンギ車１５と接触することが無い位置９３に、ガンギ車１５を固定するための機構を備え、アンクル１６とてんぷ１７の合計の摩擦抵抗を測定することで、てんぷ１７の摩擦抵抗の概算値を算出可能で、完成した時計のムーブメントを分解せずにてんぷの摩擦抵抗値が正常か異常かを判定することが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、機械式時計のムーブメントに関する。

機械式時計は、ムーブメントのてんぷが一定の周期で振動することにより、正確な歩度を実現している。てんぷは、地板に設けられた受け石とてんぷ受けに設けられた受け石とにてん真が回転可能に支持されることで、てん真を回転軸として回転振動する。
ここで、てんぷはその回転振動の際、周囲にある物質との摩擦による力を、回転方向とは逆向きに受ける。一つはてんぷとその周囲の空気との摩擦による粘性摩擦抵抗であり、もう一つはてん真と受け石との摩擦による固体摩擦抵抗である。この粘性摩擦抵抗や固体摩擦抵抗は、てんぷの回転振動を妨げる方向の力であるため小さい方が好ましい。
例えば、特許文献１では、てんぷの慣性モーメントを調整する調整錘をてんぷに設けているが、その錘による粘性摩擦抵抗（空気抵抗）の増加が小さいことを特徴としている。

ここで、上述の粘性摩擦抵抗や固体摩擦抵抗は時計の性能に大きく影響をするため、これまでにその値を定量測定する手法が提示されている（非特許文献１参照）。
非特許文献１によれば、時計のてんぷが自由に振動できる状態にしててんぷを振動させ、その自由減衰運動の減衰曲線を測定することで、粘性摩擦抵抗Ｆ（流体抵抗係数Ｂ）[ｍｇ・ｍｍ^２／ｓｅｃ]と固体摩擦抵抗Ｒ[ｍｇ・ｍｍ^２／ｓｅｃ^２]を算出することが出来るとしている。

特開２０１４−１０６１５５号公報（第１頁、第２図）

前田秋夫著「時計」精密工学講座１−１２、日刊工業新聞社、１９５９年３月、ｐ５１−５４

しかし、時計部品がすべて組み込まれ、ムーブメントが完成した状態で、非特許文献にあるようなてんぷの自由減衰運動を観察することは出来ない。なぜなら、てんぷは回転振動する際、その一部が脱進機と接する時間が必ずあるため、自由減衰運動とはならず、また、その際のてんぷの回転振動の様子も脱進機を構成するアンクルやガンギ車の位置によって常に変化するためである。

そのため、てんぷの自由減衰運動を観察する際には、一度時計を分解して、アンクルを取り外すといった作業が必要となる。この方法を用いればてんぷの摩擦抵抗を測定することは可能であるが、例えば時計の製造工程において、完成した時計のムーブメントにおけるてんぷの摩擦抵抗値が正常か異常かを検査する場合などは用いることが出来ない。
そこで本発明では、完成した時計のムーブメントを分解する必要がなく、てんぷの摩擦抵抗の概算値を算出し、正常か異常かを判定することが可能な機械式時計のムーブメントを提供することを目的とする。

本発明における機械式時計のムーブメントは、地板と、ガンギ車及びアンクルによって
構成される脱進機とを備える機械式ムーブメントにおいて、アンクルとガンギ車とが接触しない位置にガンギ車を固定するためのガンギ車固定機構を有することを特徴としている。

また、本発明におけるガンギ車固定機構は、ガンギ車を回転方向に対して固定するためのピンと、ピンを挿入するための地板に設けられた凹部とで構成されていることを特徴とし、そのピンは先端部に傾斜を持つことが好ましい。

また、本発明におけるガンギ車固定機構は、ガンギ車を地板から離れる方向に押上げて移動させるためのピンと、ピンを挿入するための地板に設けられた穴とで構成されていることを特徴とし、そのピンは先端部に平坦部を持つことが好ましい。

本発明に係る機械式時計のムーブメントによれば、完成した時計のムーブメントを分解せずに、てんぷの摩擦抵抗の概算値を測定することができ、時計の製造工程などにおいて、てんぷの摩擦抵抗値の不良検出が可能となる。

本発明の実施形態における機械式時計のムーブメントを示す平面図である。本発明の第一の実施形態における機械式時計のムーブメントの一部を示す平面図である。本発明の第一の実施形態における機械式時計のムーブメントの一部と評価用ジグを示した斜視図である。本発明の第一の実施形態における機械式時計のムーブメントのガンギ車付近を拡大した斜視図である。本発明の第一の実施形態におけるてんぷ振幅の減衰を示すグラフである。本発明の第一の実施形態の変形例における機械式時計のムーブメントのガンギ車付近を拡大した斜視図である。本発明の第二の実施形態における機械式時計のムーブメントのガンギ車付近を拡大した断面図である。

以下、本発明に係る機械式時計のムーブメントの実施形態について、図面を用いて説明する。

＜ムーブメントの構成＞
図１は、一般的な形態の携帯用機械式時計（例えば腕時計。以下、単に時計という。）の内部に収容されたムーブメント１００を示す平面図である。

図１のムーブメント１００は、香箱車１１と、二番車１２と、三番車１３と、四番車１４と、ガンギ車１５及びアンクル１６と、てんぷ１７と、地板９０及び受け部材と、を備えている。
香箱車１１は内部にぜんまいを有し、巻き上げられたぜんまいが解けることによってトルクを発生し、この時計の動力源となっている。二番車１２、三番車１３及び四番車１４は、香箱車１１のぜんまいが発生したトルクにより回転する香箱車１１の回転を順次伝達する。ガンギ車１５及びアンクル１６はてんぷ１７の回転振動が持続するように間欠的に香箱車１１からの動力を伝達する脱進機を構成している。てんぷ１７は回転振動の軸であるてん真１８やてん輪１９、ひげぜんまい２０などにより規則正しい往復回転振動を繰り返す調速機を構成している。

地板９０及び受け部材は、これら香箱車１１、二番車１２、三番車１３、四番車１４、ガンギ車１５、アンクル１６及びてんぷ１７を、回転可能に上下で支持しているが、図１においては、受け部材の記載を省略している。受け部材は、香箱車１１、二番車１２、三番車１３、四番車１４及びガンギ車１５を支持する輪列受けと、てんぷ１７を支持するてんぷ受けとを備えている。

［第一の実施形態］
図２は時計用ムーブメントにおける本発明の第一の実施形態を示す平面図であり、図１における一般的な時計用ムーブメントのうち、第一の実施形態の特徴的な部分の構成のみを図示している。
図２においてガンギ車１５はガンギ歯車１５１とガンギかな１５２で構成され、アンクル１６はアンクル体１６１、アンクル真１６２、入爪１６３、出爪１６４などで構成される。また、てんぷ１７は図１で示したてん真１８、てん輪１９、ひげぜんまい２０（図２においては図示せず）と振り座１７１、振り石１７２などで構成される。図２においては説明のため、アンクル体１６１と振り石１７２との位置関係がわかるように振り座１７１を半透明で示している。
ここで、アンクル１６は振り座１７１に配置された振り石１７２によってアンクル真１６２を軸に回転するものであるが、その回転幅は地板９０に設けられたドテピン９２によって規制される。

また、ガンギ歯車１５１は香箱車１１のぜんまいが巻き上げられている場合（時計が動作している場合）は、ガンギかな１５２を軸として図２において時計回りに回転する方向に力が加えられており、その回転を、入爪１６３、出爪１６４により、停止と停止解除を繰り返すことで調速を行っている。このとき、入爪１６３、出爪１６４がガンギ歯車１５１を停止及び停止解除するタイミングは、てんぷ１７の回転振動の周波数によって定まるものであり、この周波数を調整することで時計として正確な時間を刻むという機能を果たすものである。

第一の実施形態においては、主に時計が動作していない状態で、てんぷ１７の摩擦抵抗を概算で測定するためのガンギ車固定機構が設けられている。ガンギ車固定機構は、図２に示すように地板９０に対して上面側から見た際に、地板９０にガンギ車固定用の凹部として穴９３（以下、穴と省略する）が設けられており、穴９３にピンを挿入することでガンギ車１５を固定することができる機構となっている。
穴９３は、ガンギ歯車１５１のガンギかな１５２の中心からガンギ歯車１５１の歯底までを半径とした円とガンギかな１５２の中心からガンギ歯車１５１の歯先までを半径とした円との間に相当する位置に形成している。
地板９０は本来、穴や凹凸などが多数ある複雑な形状であるが、図２においては説明のためそれらは省略し、平面として描写している。

図３及び図４は第一の実施形態におけるムーブメント１０１の一部と評価用ジグ２００の一部のみを図示した斜視図である。図３はムーブメント１０１及び評価用ジグ２００の全体を示す図であり、図４は図３に示すガンギ車１５付近を拡大した斜視図である。また、図３（ａ）及び図４（ａ）はムーブメント１０１と評価用ジグ２００を嵌め合わせる前の状態を示し、図３（ｂ）及び図４（ｂ）は図３（ａ）、図４（ａ）における矢印の方向へムーブメント１０１を嵌め合わせた後の状態を示している。評価用ジグ２００はムーブメント１０１全体が嵌る構造であり、ムーブメント１０１を評価用ジグ２００に嵌め合わせた際、評価用ジグ２００に立てられたガンギ車固定用のピン２０１（以下、ピンと省略する）が穴９３に挿入されるように配置されている。

このとき、ピン２０１によって、ガンギ車１５の位置は固定されるが、その固定位置は
アンクル１６がドテピン９２間を振動する間、入爪１６３、出爪１６４がガンギ歯車１５１と接触することがない位置とする。従って、ムーブメント１００と評価用ジグ２００を嵌め合わせた状態でてんぷ１７を回転振動させたとしても、ガンギ車１５とアンクル１６が接触することはなく、てんぷ１７をガンギ車１５の摩擦抵抗を受けない状態とすることができる。

図５（ａ）はてんぷの回転振動時におけるてんぷ１７の振幅の減衰曲線を示すグラフである。図５（ａ）における曲線Ａは第一の実施形態のムーブメント１０１を評価用ジグ２００と嵌め合わせた状態で測定したときの振幅Ａの経時変化を示している。本実施形態においては、てんぷ１７の回転振動にともない、アンクル１６も回転振動するため、曲線Ａはてんぷ１７とアンクル１６を回転振動させた際のてんぷ１７の振幅の減衰曲線となる。
図５の減衰曲線は、てんぷ１７に向けて圧空を噴射することでてんぷ１７を強制的に回転振動させ、その振幅の時間変化をプロットした実験データである。てんぷ１７の振幅を測定する方法としては様々あるが、例えばハイスピードカメラを用いる方法などが挙げられる。また、てんぷ１７を強制的に回転振動させる方法は、圧空に限らず、直接てん輪を保持して適当な角度ずらした後、離すことによって回転させても同様に減衰曲線を得ることは可能である。

ここで、図５（ａ）に示すてんぷ１７の振幅の減衰曲線から、回転振動の際の粘性摩擦抵抗Ｆと固体摩擦抵抗Ｒを求めることが可能である。図５（ｂ）は、図５（ａ）における減衰曲線を基にした、ある時間ｔにおけるてんぷ１７の振幅Ａと、振幅Ａと時間ｔ＋Δｔにおけるてんぷ１７の振幅Ａ’の差である減衰量ΔＡ（ΔＡ＝Ａ−Ａ’）との関係を示している。ここで、図５（ｂ）の振幅ＡとΔＡの関係は、ある振幅の範囲において直線性を示し、その直線の傾きと切片を用いて粘性摩擦抵抗と固体摩擦抵抗を算出する。具体的には傾きをａ、切片をｂとした場合、粘性摩擦抵抗Ｆは（式１）、固体摩擦抵抗Ｒは（式２）によって求めることが可能である。

ここで、Ｉはてんぷの慣性モーメント、Ｔは振動周期、Ｋはひげぜんまいのバネ定数、ｎは測定周期に依存する係数である。

上述のように、図５（ａ）の減衰曲線から、回転振動の際の粘性摩擦抵抗と固体摩擦抵抗が求まるものであるが、曲線Ａからはてんぷ１７の回転振動にアンクル１６の回転振動が加わった状態における粘性摩擦抵抗Ｆ’と固体摩擦抵抗Ｒ’が求まることになる。
粘性摩擦抵抗Ｆ’と固体摩擦抵抗Ｒ’はムーブメントの設計思想により様々であるが、第一の実施形態のムーブメント１０１は、てんぷ１７の慣性モーメントが１，０００ｍｇ・ｍｍ^２程度であり、ムーブメント１０１が伏せ姿勢において、Ｆ’が５０〜１００ｍｇ・ｍｍ^２／ｓｅｃ程度、Ｒ’が０〜２，０００ｍｇ・ｍｍ^２／ｓｅｃ^２程度であれば正常値となる。

一般的には、てんぷ１７のみを回転振動させて、その減衰曲線からてんぷ１７のみの回転振動における粘性摩擦抵抗Ｆと固体摩擦抵抗Ｒを求めることが好ましいが、てんぷ１７の回転振動にアンクル１６の回転振動が加わった状態の粘性摩擦抵抗Ｆ’と固体摩擦抵抗Ｒ’を求めることでも、てんぷ１７の摩擦抵抗値の異常を検出することが可能である。

粘性摩擦抵抗に関しては、一般的にてんぷ１７の慣性モーメントに対し、アンクル１６の慣性モーメントが十分小さい点、また、てんぷ１７が回転する際の振幅（回転角度）に対し、アンクル１６の回転する角度が小さいため、Ｆ’とＦとの差はほとんどみられない。固体摩擦抵抗Ｒ’に関しては、、Ｒ’におけるてんぷ１７による割合とアンクル１６による割合は区別できないものであるが、てんぷ１７とアンクル１６がどちらも正常である場合は、Ｒ’の値はある範囲内に収まるものである。例えば、油の量が少ない場合やごみが入り込んでしまった場合など、何か異常がある場合は、設計値に対して高い値を示す現象が現れる。従って、Ｒ’の値が設計値に対して異常に大きい場合はてんぷ１７もしくはアンクル１６の軸部分に何らかの不具合が発生していると判断することができる。

時計の製造現場などにおいて、完成したムーブメントの評価を行う際、第一の実施形態のムーブメントを用いることで、ムーブメントを分解することなく、てんぷ１７とアンクル１６を回転振動させた際の減衰曲線を測定し、減衰曲線から求めた粘性摩擦抵抗Ｆ’と固体摩擦抵抗Ｒ’を算出することが可能となる。このとき、粘性摩擦抵抗Ｆ’と固体摩擦抵抗Ｒ’とが予め求めておいた正常値の範囲内であれば、てんぷ１７の粘性摩擦抵抗Ｆと固体摩擦抵抗Ｒも正常値であると判定することができ、てんぷ１７の摩擦抵抗値の不良検出が可能となる。

第一の実施形態では、ガンギ車１５を固定するために地板９０に設けられた穴９３と、評価用ジグ２００に設けられたピン２０１とを１対としているが、これに限定されるものではなく複数対としても構わない。また、ピン２０１は、図４に示すように先端部に傾斜を持った構造が好ましい。このピン２０１の先端の傾斜により、ムーブメント１０１と評価用ジグ２００を嵌め合わせる際、ガンギ車１５の位置が固定位置とずれている場合でもガンギ車１５が回転しながら固定位置に移動して嵌め合わさるものである。

第一の実施形態では、スイスレバー脱進機を用いているが、これに限定されるものではなく、てんぷ１７を回転振動させた場合に、その回転振動に追随して振動するアンクル１６とてんぷ１７の両方に接触しない位置にガンギ車１５を固定できるものであれば構わない。

また、第一の実施形態では、ガンギ車１５を固定するために評価用ジグ２００を用いているが、評価用ジグ２００を用いずにガンギ車１５を固定しても良い。その場合、図６に示すように、地板９０のガンギ歯車１５１のガンギかな１５２の中心からガンギ歯車１５１の歯底までを半径とした円とガンギかな１５２の中心からガンギ歯車１５１の歯先までを半径とした円との間に相当する位置にガンギ車固定用の凹部として穴９５を設け、その
穴９５にピン２０４を差し込むことでガンギ車１５を固定することも可能である。

［第二の実施形態］
次に第二の実施形態について説明する。図７は本発明の第二の実施形態を示す断面図であり、図４（ａ）、図４（ｂ）と同様に、図７（ａ）はムーブメント１０２と評価用ジグ２０２を嵌め合わせる前の状態、図７（ｂ）は、図７（ａ）における矢印の方向へムーブメント１０２を嵌め合わせた後の状態の、ガンギ車１５付近の拡大図である。

図７において、ガンギ車１５の受け側の受け石はガンギかな１５２の軸方向に２段に重ねられた受け石１５３、受け石１５４を備えている。受け石１５３、１５４のうちガンギ歯車１５１に近い側の受け石１５３は、中心に貫通孔が形成され、これらの貫通孔にガンギかな１５２のホゾが通されている。一方、ガンギ歯車１５１から遠い側の受け石１５４は、貫通孔が形成されておらず、受け石１５３の貫通孔から突出したガンギかな１５２の先端に突き当たってガンギかな１５２が軸方向に動かないようにしている。

また、受け石１５４は、弾性材料（図７では図示せず）によって地板９０方向に向かって押さえられることにより固定されており、弾性材料の弾性力を超えた力が加わった場合は、受け石１５４は地板９０に対して垂直方向に可動するものである。この構造は、てんぷ１７の耐震構造として一般的なものであるが、受け石１５３、１５４の間に表面張力によって潤滑油を保持し易い構造であるため、潤滑油の保油構造としても用いられることが知られている。

評価用ジグ２０２は第一の実施形態と同様にムーブメント１０２全体が嵌る構造である。第二の実施形態におけるガンギ車固定機構は、ムーブメント１０２を評価用ジグ２０２に嵌め合わせた際、評価用ジグ２０２に立てられたガンギ車押上げ用のピン２０３がガンギ車押上げ用の穴９４に挿入され、ガンギ車１５を地板９０から離れる方向に押し上げるものである。ガンギ車押上げ用の穴９４は地板９０を上面側から見た場合に、その一部が必ずガンギ車１５と重なる位置に設けてあり、ムーブメント１０２が評価用ジグ２０２に嵌め合わさった際に、ガンギ車１５はガンギ車押上げ用のピン２０３によって押上げられ、地板９０から離れる方向へ力を受ける。

このとき、可動可能な受け石１５４によって垂直方向に固定されているガンギ車１５は、ガンギ車押上げ用のピン２０３によって、地板９０から離れる方向に移動し、アンクル１６と接触しない位置に固定される。ここで、図７（ａ）においてはガンギ車１５及びアンクル１６は地板９０との垂直方向の距離が重複している部分を有しているが、図７（ｂ）においては、ガンギ車１５とアンクル１６は地板９０との垂直方向の距離がずれており、地板９０との垂直方向の距離が重複している部分がないため、アンクル１６が回転振動する際にガンギ歯車１５１と接触することがない。従って、ムーブメント１０２と評価用ジグ２０２を嵌め合わせた状態とすれば、てんぷ１７を回転振動させたとしても、ガンギ車１５とアンクル１６が接触することはない。

これにより、第一の実施形態と同様に、ムーブメントを分解することなく、てんぷ１７とアンクル１６とを回転振動させた際の減衰曲線を測定することができ、減衰曲線から求めた粘性摩擦抵抗Ｆ’と固体摩擦抵抗Ｒ’を算出することが可能となる。このとき、粘性摩擦抵抗Ｆ’と固体摩擦抵抗Ｒ’とが予め求めておいた正常値の範囲内であれば、てんぷ１７の粘性摩擦抵抗Ｆと固体摩擦抵抗Ｒも正常値であると判定することができ、てんぷ１７の摩擦抵抗値の不良検出が可能となる。

また、第二の実施形態においては、第一の実施形態と異なり、ガンギ車１５を固定したときの回転方向の位置精度は必要なく、アンクル１６が振動する間にガンギ歯車１５１と
アンクル１６の爪が接触することがないため、すべての種類の脱進機において適用可能となる。

ここで、第二の実施形態では、ガンギ車１５を移動する際に、受け石１５４を外さない状態で行っているが、受け石１５４の可動領域が小さく、ピン２０３により、ガンギ車１５を押し上げてもアンクル１６との噛合いが外れない場合には、受け石１５４を取り外し、受け石１５４を外した状態で、ムーブメント１０２と評価用ジグ２０２を嵌め合わせることによって、ガンギ車１５をアンクル１６の噛合いを外しても良い。受け石１５４は、ムーブメント１０２の他の部分に手を加えることなく、その部分のみを取り外すことが可能であるため、ムーブメント１０２の他の部分には影響を与えることなく、てんぷ１７の摩擦抵抗値の不良検出が可能となる。

また、第二の実施形態におけるピン２０３はその先端が平坦であるるほうが、ガンギ車１５を安定して押上げられるため好ましく、また、ピン２０３と穴９４は複数対であることが好ましい。

１５ガンギ車
１６アンクル
１７てんぷ
１８てん真
１９てん輪
９０地板
９３ガンギ車固定用の穴
９４ガンギ車押上げ用の穴
９５ガンギ車固定用の穴
１００、１０１、１０２ムーブメント
２００、２０２評価用ジグ
２０１、２０４ガンギ車固定用のピン
２０３ガンギ車押上げ用のピン

Claims

地板と、ガンギ車及びアンクルによって構成される脱進機とを有する機械式ムーブメントにおいて、
前記アンクルと前記ガンギ車とが接触しない位置に前記ガンギ車を固定するためのガンギ車固定機構を有する
ことを特徴とする機械式時計のムーブメント。
前記ガンギ車固定機構は、前記ガンギ車を回転方向に対して固定するためのピンと、前記ピンを挿入するための前記地板に設けられた凹部とで構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の機械式時計のムーブメント。
前記ピンは、先端部が傾斜している
ことを特徴とする請求項２に記載の機械式時計のムーブメント。
前記ガンギ車固定機構は、前記ガンギ車を前記地板から離れる方向に押上げて移動させるためのピンと前記ピンを挿入するための前記地板に設けられた穴とで構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の機械式時計のムーブメント。
前記ピンは、先端部が平坦である
ことを特徴とする請求項４に記載の機械式時計のムーブメント。