JP2016520845A - 機械式腕時計用調整システム - Google Patents

Abstract

本発明は、機械式計時器用の調整メンバーに関し、具体的には、音叉などの形態の共振器と、「磁気エスケープ」と呼ばれるエスケープ車との間の磁気的相互作用に基づくシステムに関する。このシステムにおいては、共振器（１４）とエスケープ車（９）の間に磁気的相互作用（２５、２６）のいくつかの領域があり、磁気的相互作用（２５、２６）は、エスケープ車が共振器の周波数で同期されていなければ、これらの相互作用によってエスケープ車で発生するトルクどうしが減らし合うように互いに補正する。このことは、エスケープ車が矢印（２４）の方向に又は反対方向にゆっくり回転する場合、エスケープ車における無視できるトルクをもたらす。このことによって、メインばねトルクが小さく、また、いずれの開始手続き又はデバイスなしで、計時器が開始し、衝撃があったときに同期しなくなることに対して計時器の耐久性を向上させる。【選択図】 図５

Description

本発明は、機械式計時器の調整システムに関する。この「調整システム」又は「調整メンバー」は、共振器とエスケープの２つの別個のデバイスを意味している。

共振器は、計時器のタイムベースを形成する周期運動を発生させるメンバーである。周知な共振器としては、重力の影響の下で振動するペンデュラム、関連づけられたバランスばねとともにバランススタッフのまわりで共振する機械式発振器を形成するバランス、自身の構造の弾性変形によって振動する音叉がある。音叉の最もよく知られている形態は、音楽において用いられる音叉である。しかし、最も広い範囲において製造されているものは、水晶の結晶から生産され、電子時計で用いられるタイムベースとして用いられる共振器である。

エスケープは、計時器の歯車列と共振器の間の接続要素である。エスケープには、以下の２つの機能がある。まず、エスケープは、振動を維持するのに必要なエネルギーを共振器に伝達しなければならない。この第１の機能は、通常、ギアの最後の車（「エスケープ車」と呼ぶ）から共振器にエネルギーを伝達する機構によって行われる。また、エスケープは、共振器に動力を供給するエネルギーを伝達することに加えて、歯車列の進行速度を制御し、歯車列を共振器の振動と同期しなければならない。この第２の機能は、エスケープ機構の一部によって通常行われる。これは、エスケープ車の歯と係合し、共振器が１回の振動を完了したときにのみ有効な歯を通過させる。測時技術の分野において、多くのエスケープの原理が知られている。腕時計の分野で最も用いられているエスケープは、レバーエスケープであって、より具体的には、スイス式レバーエスケープである（単に例として言及した）。例えば、欧州特許出願ＥＰ２３３６８３２Ａ２において、スイス式レバーエスケープについて説明されている。

機械式エスケープは、エスケープ車の歯及び共振器との直接の機械的接触によってのみ、その機能を実行することができる。スイス式レバーエスケープの例においては、パレット−レバーは、共振器と接している。これに対して、後者の共振器は、平衡点に近く、エスケープ車の歯の１つとほとんど恒久的に接している。この状況は、機械式エスケープでは、エスケープ車の歯及び共振器との両方との接触において、これらの２つの接触する要素の間で少なくとも部分的にスリップ運動が行われることによって悪化してしまう。スリップ運動は、摩擦損失を必ず伴うものであり、いくつかの有害な結果を発生させてしまう。

摩擦を伴う共振器との接触の主な課題は、これが、いわゆる「弾性」タイプの力ではない力で共振器の運動を乱してしまうということである。このことは、共振器がその固有周波数に影響を与える力によって乱されるということを意味する。この摂動は、腕時計の計時性能に影響を与える。共振器の運動の摂動が共振器とのエスケープの相互作用の範囲に依存することを容易に理解できるであろう。エスケープ車が歯車列によって駆動され、この歯車列がメインばねによって駆動されるので、エスケープ機構と共振器の間の接触によって発生するクロノメーター的エラーは、メインばねの状態に依存する。クロノメーター的エラーは、メインばねがほとんど完全に巻きがほどかれているような腕時計の状況と比べてメインばねがとても張っている場合には、異なることになる。このようなクロノメーター的エラーは、「等時性エラー」として当業者に広く知られている。

また、スリップ運動は摩擦を伴い、結果的には、エネルギー損失を伴うこととなる。摩擦によるエネルギー損失を小さくするためには、接触している要素が、非常に注意深くグリースを塗られて油を差され、また、非常に高度な潤滑用製品が用いられる。このことによって、摩擦損失を小さくすることができる。しかし、このことは、クロノメーター性能が潤滑剤の性能に依存するようになることを意味する。このような性能は時間にわたって変化する。潤滑剤が劣化したり、潤滑すべき表面にとどまらなくなったりするためである。この現象の結果、腕時計の性能は落ち、腕時計を再びきれいにし潤滑する必要性が発生してしまう。

エスケープ機構と共振器の間のスリップするような接触を減らすために、多くの開発がなされている。例えば、欧州特許ＥＰ１９６７９１９Ｂ１は、エスケープ車と共振器の間のエネルギー伝達の状態を改善した同軸のエスケープを開示している。この種のエスケープはスイス式レバーエスケープを改善するものであるが、スリップするような接触を防ぐことはできず、結果的に、前記の摩擦による損失を防ぐことができない。

しかし、機械式接触によるエネルギーの伝達をやめて、例えば、磁力又は静電力によって、非接触に伝達するようにすれば、摩擦損失を回避することができる。このような力に摩擦損失がないことは明らかである。機械式接触の代わりに磁石を用いるようなエスケープは、磁気エスケープと呼ばれる。磁気エスケープは、非常に長い間知られている。H. S. Bakerは、１９２７年に磁気エスケープの（米国）特許を最初に出願した。続いて、１９３８年にC. F. Clifford、１９４１年にR. Straumannが出願した。これらの開発によって、工業的な生産に結びついた。ドイツのJunghans社が、１９６０年代の初めに、磁気エスケープを備えるアラームクロックを生産した。このエスケープの説明が、「Horological Journal」誌の１９６２年４月版のC. F. Cliffordによる記事にある。しかし、このエスケープは、エスケープの伝統的な機能の半分しか行わないものである。これは、エスケープ車を発振器の運動と同期させるが、音叉発振器は電動である。したがって、機械式ムーブメントではなく、電子機械式ないし電子式腕時計（又はアラームクロック）である。電子水晶式ムーブメントの性能が優れ、価格が安いことによって、１９７０年代に磁気エスケープについてはまったく関心がなくなった。機械式腕時計に対する関心が増えているのは、この分野での最近の進展のおかげである。欧州特許出願ＥＰ２４６６４０１Ａ１は、最先端技術であると考えられる形態を開示している。この文献は、機械式腕時計の調整メンバーのすべて、すなわち、共振器とエスケープについて、記載している。この共振器は、音楽用の既知の音叉と同様な形態の音叉共振器である。実際に、音叉共振器は、ばね仕掛けバランス共振器と比べて多くの利点がある。まず、音叉共振器は、ベアリングを必要とせず、結果的に、そのＱは、ベアリング（それには１つの振動当たりのより少数の損失がある）における摩擦によっては悪化せず、音叉共振器は、腕時計の定期的な整備を必要とするであろう潤滑を必要としない。また、音叉共振器のクロノメーター的効率がばね仕掛けバランス共振器よりもはるかに良好であることが広く知られている。Max HetzelとBulova社は、音叉共振器が取り付けられた腕時計を開発した。１９５３年に特許出願されており、例えば、米国特許ＵＳ２９７１３２３に記載されている。３つの製造業者によって、この文献に記載された原理に従う６００万を超える数の腕時計が販売された。すなわち、Bulova社の製品名「Accutron」、Citizen社の製品名「HiSonic」、及びEbauches SA社の製品名「Swissonic 100」又は「Mosaba」である。しかし、これらの３つの製品は、機械式腕時計ではない。その音叉共振器は、前記のJunghans社の製品と同様な音叉のアームの端に取り付けられた磁石と向かい合うように位置する２つのコイルに電気的インパルスを供給する電子回路によって振動するように駆動され振動が維持される。その歯車列は、アームの一方に取り付けられた爪機構によって、音叉によって駆動される。腕時計を動作させるためのエネルギーは、音叉のトランジスタ駆動回路の電源によって供給される。これらは、実際には、電気的ないし電子的な腕時計であった。これらの製品は、ばね仕掛けバランス共振器と比べた音叉共振器の優れたクロノメーター的性能を実証した。それらの動作精度は、ばね仕掛けバランス共振器を備える腕時計よりも良好であった。また、電子水晶式腕時計の精度が機械式腕時計よりもはるかに良いことは広く知られている。これも、これらの製品の速さを調整する水晶式音叉共振器の安定性に起因している。

このように、音叉共振器を選択することは賢明であり、欧州特許出願ＥＰ２４６６４０１Ａ１は、前記の音叉と同様な２つの磁石（各アームに磁石を１つずつ）を備える音叉を示している。この文献において、エスケープ機能は、音叉の磁石どうしが本特許出願の図１に示すようなエスケープ車の磁石対と向かい合うように、音叉のアームどうしの間に位置する多数の磁石を搭載するエスケープ車によって行われている。欧州特許出願ＥＰ２４６６４０１Ａ１による磁気エスケープの動作は、その文献に説明されており、これについては、本願の主題を形成する本発明を説明するために簡潔にのみ概要を記す。なお、エスケープ車の磁石が正しい極性（１つのＮ極と１つのＳ極が向かい合っている）の音叉の磁石と向かい合っている場合、向かい合っている磁石どうしが同じ極性を有するのであれば、音叉のアームがエスケープ車の方に引かれる。音叉のアームは外側に押される。回転時には、エスケープ車は、アームを外側に押して、次に、それらを内側へ引くような音叉のアームに力を交互に伝達する。なお、エスケープ車の回転は、音叉の振動を励起させる。共振器は、その固有共振振動数で励起されていれば、振動振幅が非常に大きくなる。このことは、欧州特許出願ＥＰ２４６６４０１Ａ１に記載されている音叉共振器にもいえる。エスケープ車がその固有共振振動数で音叉を励起させる回転速度に近づいている場合、その振幅は相当に大きくなる。下の本発明の詳細な説明において示すように、音叉の磁石は、エスケープ車の磁石に接線方向の力も及ぼす。この接線方向の力は、音叉の振動によって与えられる速さよりも速くなり始めるときに、エスケープ車を制動するようにはたらく。エスケープ車の速さを音叉周波数に同期させて、結果的に腕時計の速さを制御するのは、この接線方向の力である。

しかし、欧州特許出願ＥＰ２４６６４０１Ａ１によるデバイスには、音叉がエスケープ車と相互作用してエスケープ車が１つの歯の分を進むときに発生させる接線方向の力のばらつきが大きいことに起因するいくつかの課題がある。エスケープ車に作用する接線方向の力が、エスケープ車にある磁石と音叉にある磁石どうしが向かい合っており反対の磁極を有するような位置にエスケープ車を引っ張るようなトルクを発生させることを容易に理解できるであろう。これは、平衡が安定な位置である。このような平衡が安定な位置から開始しエスケープ車を時計回りの方向に回転させると、エスケープ車にある磁石と音叉にある磁石との間の相互作用によって、まず、平衡位置にエスケープ車を引き戻すようなトルクを発生させる。これは、同じ極性の磁石どうしが向かい合うまで、行われる。この状況において、磁石の構成は、再び対称的になり、接線方向の力はなく、したがって、エスケープ車にトルクが与えられない。この位置は、エスケープ車の平衡が不安定な位置である。エスケープ車が同じ向きの回転をし続ける場合、エスケープ車を次の平衡が安定な位置へと引っ張るトルクが発達する。エスケープ車が１つの平衡が安定な位置から次の平衡が安定な位置に向かって進むときに、欧州特許出願ＥＰ２４６６４０１Ａ１に開示されたシステムによってエスケープ車に及ぼされる接線方向の力が、非常に大きくばらつくことが観察された。この状況には、いくつかの深刻な課題がある。

第１の結果は、エスケープ車が静止しているときに、磁石からの力によってエスケープ車がロックされているということである。エスケープ車の磁石が音叉の磁石と向かい合っており極性が反対である場合に、２つの磁石対どうしが引き合い、エスケープ車はこの位置に固定され続ける。この状況は、腕時計が着用されておらずパワーリザーブがなくなって止まる場合に発生するような腕時計の歯車列の停止のたびに毎回発生するが、歯車列が止まっている時刻設定操作中にも、正確な秒に再開するようにするために発生する。この現象は従来技術の磁気エスケープを備える計時器において周知であって典型的である。C.F. Cliffordタイプの磁気エスケープを備える計時器は、ムーブメントの開始時にエスケープ車を動かし始める洗練された機構を有していた。

欧州特許出願ＥＰ２４６６４０１Ａ１に記載されているシステムの第２の課題は、衝撃があった際に同期しなくなる傾向があることである。エスケープ車と音叉のアームの両方に磁石を配置することによって、これらの２つの調整メンバーどうしの間に相当に大きな力を発生させる。しかし、機械式腕時計を同期させるのに必要な機械的なパワーは非常に小さい。機械的なパワーが接線方向の力と速さの積で与えられるので、相当に大きな力が必ず低速をもたらすことが観察される。回転運動の場合には、それらはエスケープ車の回転速度を低くする。腕時計は、非常に激しい衝撃を受けるものである。腕時計が地面に落ちると、地球の重力の数千倍の衝撃に達する。通常な使用時にさえ、地球の重力よりもはるかに大きな加速度を発生させる衝撃が頻繁にある。衝撃は、一般的には、線形の加速だけではなく、腕時計は、通常、その縁部分で触れ又は縁部分に落とされる。これによって、加速は線加速度と角加速度の組み合わせである。衝撃による加速の角成分が音叉との同期の速さを超える角速度でエスケープ車を加速させる場合、前記の同期機構はもはやはたらかず、エスケープ車は、腕時計の歯車列及びメインばねによって駆動されつつ加速し続ける。このような場合、腕時計は、そのクロノメーター的品質をまったく失い、針はあまりにも高すぎる速さで回転する。また、欧州特許出願ＥＰ２４６６４０１Ａ１によるシステムにおいて同期しなくなるリスクも高い。なぜなら、引力が大きいような２つのメンバーの相対的位置において、エスケープ車と音叉共振器の運動との間の同期が発生し、このことは、図１に示す位置にある共振器の１回の振動当たり１回だけ発生する。

欧州特許出願ＥＰ２４６６４０１Ａ１による実施形態の別の課題は、この文献に記載されている音叉の形に関連している。音叉共振器は、実際に、Ｕ字形に曲げられた振動する棒の形態の音叉である。この種の音叉は、音楽の分野で周知であり、調律機器において用いられている。音楽における適用から、この種の音叉が、音叉のＵ字の中間部に取り付けられたハンドルを通して振動を伝達することが知られている。音楽家は、音叉がその周波数で振動することができる表面上に置かれている場合に、音叉の音をはるかに良好に聞くことができることを知っている。例えば、ピアノの蓋の上である。これは、音叉がそのハンドルを通してその振動エネルギーをピアノの蓋に伝達するということに起因している。このピアノの蓋は、大きな表面積を有しており、振動エネルギーをスピーカーのように大気中に伝達する。しかし、計時器共振器は、そのエネルギーを共鳴構造内に保持して、取り付けメンバーにおいて失わないようにするべきである。取り付けメンバーにおける損失は、そのＱを悪化させ、結果的に、そのクロノメーター的特性を悪化させる。Ｕ字形の音叉のステムへの取り付けは、結果的に、非常に不利である。欧州特許出願ＥＰ２４６６４０１Ａ１は、Ｕ字形の音叉が、静止状態を維持するような２つの点、すなわち、ノード（又はノード的軸）、を有することについて言及している。このようなＵ字形の音叉は、その支持体に、理論上、これらの２つの点において取り付けられることができる。特に、腕時計である状況において、腕時計が耐えなければならない大きな加速を考えると、この手法は達成可能ではない。すなわち、音叉取り付けメンバーが共振器の振動を乱さないように実際に十分に小さく、このデバイスに耐衝撃性がないか、又はこのデバイスに耐衝撃性があったとしても、取り付けメンバーが物理的に大きすぎ、相当に大きいエネルギー損失をもたらす。本出願によって要求される条件を満たす形態で、Ｕ字形の音叉を計時器用ムーブメントにマウントすることはできない。

本発明は、従来技術の磁気エスケープの課題を克服することを目的とする。これは、共振器とエスケープ車の間の磁気的相互作用に基づいて機械式計時器を調整するシステムであって、この相互作用は、エスケープ車９に作用する半径方向及び接線方向の力を発生させ、そこのトルクを発生させるものであり、このシステムは、共振器が静止しておりトルクがエスケープ車に与えられているときに、接線方向の力に起因するトルクどうしが反対方向にて作用し互いに減らし合うように構成する。

この目的は、共振器が静止しているときに、無視できて概して小さい接線方向の力によって共振器と相互作用する磁気エスケープによって達成される。これによって、十分に高速でエスケープ車を回転させて、計時器を衝撃に強くすることが可能になる。本発明の好ましい実施形態の１つによって、音叉共振器の半分の振動で、音叉共振器をエスケープ車と同期することが可能になる。これによって、耐衝撃性をさらに改善することができる。本発明の実施形態の１つによる音叉共振器は、共振器とそのアセンブリーの両方が耐衝撃性を有することを確実にするような確実な挿入を可能にするような構造を有する。

添付の図面を参照しながら、本発明をより詳細に説明する。

図１は、従来技術、特に、欧州特許出願ＥＰ２４６６４０１Ａ１によるシステムを示している。 図１ａは、図１の回転デバイス、及び共振器が静止しているときにエスケープ車に作用する接線方向の力を示している。 図１ｂは、１つの平衡位置から次の平衡位置までのエスケープ車の回転の間の図１ａにおける接線方向の力についてのグラフを示す。 本発明の好ましい実施形態に係るデバイスを示す。 図２に示すデバイスの平面Ｂ−Ｂ’を通る断面を示す。 図２のデバイスの平面Ａ−Ａ’を通る断面を示す。 図２のデバイスにおいて共振器が静止しているときにエスケープ車に作用する接線方向の力を示す。 １つの歯にわたるエスケープ車の回転の間にエスケープ車に作用する図５における接線方向の力のグラフを示す。 音叉がその共振振動数で振動しエスケープ車の速さで同期するときにおける、本発明に係るデバイスのエスケープ車における接線方向の力を示す。 音叉の振動する運動とエスケープ車の回転の間の位相ずれの関数としてエスケープ車が共振器の振動と同期しているときの本発明に係るデバイスのエスケープ車に接線方向の力によって発生するトルクを示す。 ダブル共振器−Ｈ字形音叉を備えた本発明に係るデバイスを示す。

図面を参照して、本発明を詳細に説明する。図１は、欧州特許出願ＥＰ２４６６４０１Ａ１による従来技術を示している。Ｕ字形の音叉共振器１は、各アームの端に永久磁石２を搭載している。これらの永久磁石２は、これらの永久磁石２によって作られる磁界が同じ向きであるような方向を向いている音叉のアームの間にエスケープ車３が配置されており、図示した例においては、このエスケープ車３は、６つの永久磁石４を搭載している。これらの永久磁石４は、音叉の磁石に対して逆の磁極又は同じ磁極を出現させるように交互の向きを向いている。エスケープ車は、さらに、計時器の歯車列と噛み合うピニオン５を支えている。

図１ａは、エスケープ車がゆっくり回転し共振器が静止している場合にはたらく接線方向の力を示している。これは、計時器用ムーブメントの開始状況である。図１における幾何学的構成がエスケープ車の軸と音叉の磁石を通る平面に対して対称であるので、接線方向の力がはたらくことはない。例えば、矢印６によって表される時計回りの方向に、エスケープ車が回転すると、反対の極の磁石どうしが引きつけられ、これは、力７及び８を発生させる。これらの２つの接線方向の力がエスケープ車に対してトルクを発生させて、これが矢印６の方向の回転と同じ方向に及び逆の方向にはたらくことに留意すべきである。

図１ｂは、エスケープ車３の回転角度の関数として、図１における従来技術の結果として生じる接線方向の力（図１ａに示す２つの力７及び８の和）を示している。図示した回転角度は、１つの平衡が安定な位置から次の平衡が安定な位置までのエスケープ車の進行に対応する。その運動は、図１に示す状況における回転角度０から始まる。この状況は、エスケープ車の安定な平衡状態に対応しており、これは引出線Ａで示している。図１ａに示すようにエスケープ車の磁石が同じ極の音叉の磁石と向かい合うような位置に向かって回転しているときには、エスケープ車は、半回転（０．５と記してある）を終えたことになり、平衡が不安定な位置に到達する。この位置は、図１ｂにおいて引出線Ｂで表されている。この回転運動の前半において、接線方向の力は正であり、これは、エスケープ車の回転に抗するようにはたらく。平衡が不安定な位置Ｂを通り抜けるとすぐに、接線方向の力によって、エスケープ車が回転方向に引かれる。図１ｂにおいて、このことを負の力として示している。「１」で表した回転角度における回転の終わりにおいては、エスケープ車は再び位置Ａにある。しかし、エスケープ車は、１ステップ進んでいる。図１に示す状況において、この１ステップは、エスケープ車の１２０°回転に対応している。

図２は、本発明の好ましい実施形態の１つを示している。エスケープ車９は、内側歯１１及び外側歯１２が設けられた強磁性体で作られたクラウン１０を支えている。エスケープ車は、ピニオン１３によって計時器の歯車列と噛み合う。計時器の歯車列及びそのメインばね（バレルに収容される）は周知であり、図示しない。音叉共振器１４は、強磁性のクラウン１０の上に位置する。音叉共振器は、堅固な基礎１５に取り付けられた２つのアーム１６及び１７を有する。図３及び４は、面Ａ−Ａ’、Ｂ−Ｂ’をそれぞれ通る構造の断面図であり、これらを参照しながら、図２に概略的に示す実施形態を、より詳細に説明する。図３及び４の断面図は、図２における矢印の方向から見た図である。

図３は、エスケープ車を通り抜ける平面Ｂ−Ｂ’における中央部分の断面図であり、強磁性構造と音叉共振器の間の相互作用を示している。断面模様が付された面は、構造の断面部分に対応し、白い面は、断面の外で見ることができる表面である。音叉１６及び１７の２つのアームは、ここではそれらの自由端の近くの断面が示されており、磁石１８及び１９を支えている。磁石上の表示「Ｎ、Ｓ」は、それらの極性を示している。磁石の下側は、磁極片２０及び２１を支えている。これらは、エスケープ車の強磁性構造１０の方に磁束を導く。図２及び３に示す位置において、右の磁極片２１は、強磁性構造の１つの歯と向かい合っており、左の磁極片２０は、２つの歯の間にある。

図４は、平面Ａ−Ａ’に沿った中央断面を示している。図４は、ムーブメント２２のフレームにおける音叉のアセンブリーを示しており、この部分は、通常、当業者によって「メインプレート」と呼ばれている。そして、高度に単純化された手法で、エスケープ車ベアリングを示している。エスケープ車を通る中央の区画が示されており、車アーバー２３は、磁石と音叉の領域においては中断して描かれており、この領域にはこれらの磁石と音叉の要素が表わされている。これらの要素は、この断面の外側にある。音叉１５のステムの断面が示されており、本発明に係る音叉構造によって可能になった剛体アセンブリーが現れている。

図面を参照しながら、本発明に係る調整メンバーの動作を詳細に説明する。図２及び３は、本発明に係る実施形態によって、外側歯が音叉の一方のアーム（アーム１６）上にあり内側歯が他方のアーム（アーム１７）上にあるような強磁性のクラウンと、音叉が相互作用することを示している。右アーム１７の磁極片が強磁性のクラウン１０の１つの歯と向かい合っていて他方のアーム１６の磁極片が２つの歯の間にある場合には、歯付きのクラウンとの相互作用が交互構成となることは注目すべきである。強磁性体で作られた部分が磁石によって引きつけられることは周知である。なお、エスケープ車の回転は、半径方向に作用し強磁性のクラウンの歯と音叉の極片との間の相対的角位置に応じて変わるような力を発生させる。音叉が振動することができ共振を開始させることができる構造を有するので、従来技術の場合のようにエスケープ車が磁石を搭載していなくても、エスケープ車の回転によって音叉が励起される。

図５は、エスケープ車が矢印２４の方向に回転するときに本発明に係る構造ではたらく接線方向の力２５及び２６を示している。エスケープ車がその平衡位置に対して時計回りの方向に回転する場合、音叉の一方の磁極片が強磁性構造の歯から離れ、他方の磁極片が近くなることがわかる。このことによって、矢印２５及び２６によって表される接線方向の力が発生し、これらの２つの接線方向の力が、エスケープ車において反対方向のトルクを発生させることは、注目すべきである。結果的に、これらの接線方向の力によって作られるトルクどうしは、減らし合う。

図６は、エスケープ車の回転角度の関数としての接線方向の力２５及び２６のグラフ図である。２つの力２５及び２６どうしは向かい合っており合力２７が非常に小さくなることは注目すべきである。２つの磁石が適切に磁気的にチャージされている場合、合力２７はゼロであるが、避けられない製造公差によって、これらの２つの力２５及び２６どうしは厳密には打ち消し合わず、したがって、図６に示す小さな力２７となる。例えば、磁石のうちの１つの磁荷が１％設計値から逸脱している場合、力２７も、力２５又は２６の１％にそれぞれ対応する値となる。本発明に係るシステムによって、従来技術と比べて、結果として得られる接線方向の力を非常に小さくすることができることには注目すべきである。エスケープ車の回転のスケールは、１つの歯の分のエスケープ車の進行をカバーしている。図２に対応する状況においては、３６の歯があり、エスケープ車は、このエスケープ車の回転軸上の０から１までの指定範囲内で、１０°動くことになる。

図６に示す状況は、典型的には、エスケープ車の始動時において、共振状態から離れているエスケープ車の回転速度に対して有効であり、結果として得られる接線方向の力２７が非常に小さいこと、理論上は０であることをも観測される。このことによって、いずれの付加的な始動装置なしで計時器が動作を開始することが可能になり、これによって、計時器調整メンバーの機構を相当に単純にし、信頼性を高めることができる。

エスケープ車の回転速度がその共振振動数において音叉の励起を発生させる値に近づく場合、アームの振動振幅は、大きくなり、数百ミリメートルに到達することがある。音叉の振動の振幅が高いほど、振動する音叉と回転するエスケープ車の間の相互作用が大きな接線方向の力を多く発生させることになり、音叉共振器の運動と同期してエスケープ車を回転させる。実際に、接線方向の力が、音叉の振動振幅と線形な関係よりも多く増加することが発見された。図６に示す力と比べると、接線方向の力は、音叉が共振状態にあれば、２０倍よりも大きくなる。

図７は、エスケープ車が音叉共振器の周波数と同期している場合にエスケープ車に作用する接線方向の力を示している。図７に示す結果は、図２に示すデバイスの磁力を示している。横軸は、エスケープ車の１つの完全な歯の分の回転を示している。ゼロ位置において、歯は、図２に示すように、磁極片と向かい合っている。位置５及び−５において、エスケープ車は、半分の歯の分を回されており、図７に示す回転の範囲は、１つの完全な歯の分のエスケープ車の回転に対応する。縦軸は、接線方向の力に対応するものである。曲線２８は、磁極片によってアーム１７に与えられる力を示しており、曲線２９は、磁極片によってアーム１６に与えられる力の負の値を示しており、曲線３０は、これら２つの曲線の和を与えるものである。この図は、エスケープ車が音叉の振動と同期しているような状況を示している。この条件は、共振器が１つの振動を完了する時間に、エスケープ車が１つの歯の分を回転する場合に満たされる。なお、曲線３０に示す接線方向の力は、２つのアームの力の和を表すものであり、これが力２８及び２９の一方又は他方よりも相当に小さいことに注目すべきである。図７から、音叉は、大きな振幅で振動する場合でさえも、エスケープ車をその固有周波数に同期させることができないということを推察できる。結果として得られる接線方向の力は、実際に小さく、また、この力は、同様な大きさである正の成分と負の成分を有する。これによって、１つの完全な歯の分の進行の間に合力をカバーする全体的な結果は、非常に小さくなる。このことは、音叉共振器がエスケープ車の回転と正確に同相に振動する状況を図７が示していることに起因している。このことは、音叉がその端にあって離れている場合に、歯１１の歯がアーム１７の磁極片と正確に向かい合っていることを意味する。この状況において、共振器とエスケープ車の間には、実際上、エネルギー伝達はない。しかし、この場合は、同期機構について説明するためのみのものであり、実際には、このような場合は存在しない。エスケープ車は、計時器のメインばねによって駆動され、これは、通常、歯車列を介して、音叉共振器の振動よりも速く回転する傾向がある。その歯の運動は、音叉の振動よりも速い。当業者は、音叉の運動に対するエスケープ車の進行を「位相ずれ」と呼んでいる。このような位相ずれは、「°」を用いて測定される。０°は、位相ずれがないことを意味する。１８０°では、位相ずれは、半分の歯の分の進行に対応する。１８０°未満では、エスケープ車は、半分の歯の分、後ろになる。

図８は、エスケープ車の回転と共振器の振動との間の位相ずれに応じた、振動する音叉とエスケープ車の間の相互作用に起因するトルクを示している。音叉の２つのアームの接線方向の力と、それらの対応する半径とが乗算される。これによって、エスケープ車に作用するトルクを得て、縦軸は、２つのトルクの合計を表しており、したがって、エスケープ車にて発生するトルクを表している。図８における負のトルク値は、エスケープ車を制動するトルクに対応し、正のトルク値は、エスケープ車を加速する。図８は、０°から約１００°までの範囲において、エスケープ車に作用するブレーキトルクが、位相ずれに応じて連続的に増加することを示している。このことは、エスケープ車の駆動トルクが大きいほど、音叉の運動に対するエスケープ車の位相ずれが大きくなる。反対に、エスケープ車を駆動するトルクがなくなっていれば、位相ずれはゼロに落ちる。メインばねがそのパワーリザーブの終わりの段階にあって計時器が止まる場合に、このような場合が発生する。図８は、メインばねが計時器を駆動できている限り、エスケープ車の回転速度が音叉の周波数と同期されることを明白に示している。２つの同期運動の位相ずれは、エスケープ車を制動するトルクを決定し、エスケープ車を音叉共振器の周波数に同期させる。

図８は、共振器が固定振幅で振動する状況に対応している。しかし、実際にはそのようにはならない。共振器がエスケープ車を制動する場合、エスケープ車から共振器へのエネルギー伝達が必ずある。空気中のアームの摩擦などによる共振器のエネルギー損失が、エスケープ車からのエネルギー取り入れ量と再び等しくなるまで、音叉共振器に伝えられるエネルギーは、その振動の振幅を大きくする。共振器はエネルギーを発生させることも失うこともできないので、共振器は、実際には常に、エスケープ車によって与えられるエネルギーと、摩擦などの損失によって失われるエネルギーとを等しくするような振幅で振動しなければならない。振動の振幅に応じて損失が増加するので、共振器に伝達されたエネルギー（トルク）が増えたならば、振動の振幅が大きくならなければならないことは明らかである。

同じ位相ずれでは、振動の振幅が大きいほど、制動が大きくなる。図８に示すように本発明に係るエスケープの動作範囲は既に非常に広く実際上の用途には十分であるが、システムの物理学によって、動作範囲が実際にさらに十分に大きいことが実証される。

本発明に係る音叉共振器は、欧州特許出願ＥＰ２４６６４０１Ａ１に記載されているＵ字形の音叉と比べて、非常に異なる形を有している。図２に示すように、この音叉は、堅固なプレートの形態のステム１５に取り付けられた２つのアームによって形成されている。この幾何学的構成は、図１に示す従来技術の共振器に対して、多くの利点を有する。これらの利点は、この音叉構造の内部の運動及び変形に起因している。図２による音叉は、あたかも２つのアーム１６及び１７がそれらの基礎に埋め込まれていて不動であり、そして、それらの自由端において反位相の左右の運動で振動するかのように変形する。このアームの運動が音叉の長手方向の運動がない第一次近似であることに注目すべきである。したがって、音叉ステム１５は、動かず、振動するアームから、応力を受ける。これらの応力は、音叉のアームの基礎の近くのステム１５を変形させるが、ステムの基礎の方に向かうほど、非常に迅速に強く減衰する。このことは、例えば、図２に示すねじによって、ステム１５の下側領域のアセンブリーの単純で確実な方法の可能性を与える。結果的に、固定された支点において振動エネルギー損失が低い音叉共振器と、そしてこれと同時に、計時器用ムーブメントの耐衝撃性の要件を満たすような堅固なアセンブリーが得られる。

図２に示す構造は、本発明に係る磁気エスケープの要求を満たす可能性のある唯一の共振器ではない。図９は、例として、ダブル音叉構造を示している。このダブル音叉構造は、付加的な２つのアームの端に重量体３１及び３２を取り付けることを可能にしている。これらの重量体３１及び３２を調整可能な位置にマウントすることができ、これによって、ダブル音叉の共振振動数を調整することができる。音叉のクロノメーター用周波数を調整する他の方法が当業者に知られている。例えば、材料をレーザアブレーションすることによってアームの端における少量の質量を取り除くことである。

当然、本発明は、上記実施形態に制限されず、当業者であれば、添付の請求の範囲によって定められる本発明の範囲から逸脱せずに、様々な改変をすること及び単純な変種を思い描くことができる。

具体的には、当然、本発明に係る調整システムにシールドを設けてもよく、特に、エスケープ車にシールドを設けてもよく、これによって、システムの動作に対する外部磁界の影響を制限ないしなくすことができる。典型的には、エスケープ車の両側で構成する強磁性体で作られた２つのフランジを思い描くことができる。

別の変種によると、離散的な永久磁石を一又は複数の磁性体層で置き換えることもできる。この磁性体層は、典型的には、白金とコバルトの合金（５０％−５０％）、又はサマリウムコバルトで作られるものである。

さらに、磁石を用いること、したがって、静磁場の力を用いることと関連して、本発明の調整システムを上で説明したが、本発明は、離散的な磁石又は一又は複数の磁性体層をエレクトレットや静電力に置き換えることも思い描いている。調整システムの構造は完全に類似しており、共振器アームとエスケープ車の間で設けられる恒久的な静電場に応じて大きさが決められる。まとめると、静電力とトルクに依存しているこの実施形態においては、エスケープ車が十分なエネルギーで電気的にチャージされている場合には共振器アームのために導電材料を、あるいは電気的にチャージされているのが共振器アームである場合にはエスケープ車のために導電材料を用いることができ、この導電材料は局所的に極性化される。典型的には、音叉共振器は、各アームの端にエレクトレットを搭載して、エスケープ車は、導電性であるか、あるいは共振器のエレクトレットと向かい合っているエスケープ車の歯にて共振器のエレクトレットとは反対に局所的に電気的にチャージされているようにすることができる。

Claims (13)

1. 共振器（１４）とエスケープ車（９）の間の磁気的な相互作用に基づいて機械式計時器を調整するシステムであって、
   この相互作用は、前記エスケープ車（９）に作用し前記エスケープ車（９）に対するトルクを発生させる半径方向及び接線方向の力（２５、２６）を発生させるものであり、
   当該調整システムは、前記共振器が固定されており前記エスケープ車にトルクが与えられているときに、前記接線方向の力に起因する前記トルクどうしが反対方向に作用し互いに減らし合うように構成する
   ことを特徴とする調整システム。
2. 前記エスケープ車（９）は、前記共振器の振動の半分ごとに、実質的に等しく反対方向の接線方向の力どうしで、前記共振器（１４）と相互作用する
   ことを特徴とする請求項１に記載の調整システム。
3. 前記共振器は、音叉である
   ことを特徴とする請求項１に記載の調整システム。
4. 前記音叉（１４）は、２つのアーム（１６、１７）を有し、これらのアームは、これらのアームよりも断面が大きいステム（１５）に取り付けられている
   ことを特徴とする請求項３に記載の調整システム。
5. 音叉である前記共振器は、各アームに、永久磁石（１８、１９）を搭載している
   ことを特徴とする請求項３に記載の調整システム。
6. 前記磁石（１８、１９）からの磁束は、一方のアーム上では前記音叉の外側に、他方のアーム上では音叉の内側に向いている
   ことを特徴とする請求項５に記載の調整システム。
7. 前記エスケープ車は、内側歯（１１）と外側歯（１２）を有するクラウンの形態の強磁性構造（１０）を支えており、
   前記クラウンの前記内側歯の１つが前記音叉の一方のアームの磁石と向かい合っているときに、前記音叉の他方のアームに配置された磁石が前記外側歯の２つの歯の間に位置しており、前記クラウンの前記内側歯の１つが前記音叉の前記他方のアームの磁石と向かい合っているときに、前記音叉の前記一方のアームに配置された磁石が前記外側歯の２つの歯の間に位置しているように構成している
   ことを特徴とする請求項６に記載の調整システム。
8. 前記共振器は、Ｈ字形のダブル音叉の形態であり、その中心部は、４つのアームのための基礎としてはたらく
   ことを特徴とする請求項１に記載の調整システム。
9. 前記共振器は、クロノメーター周波数を調整する手段を支えており、この手段は、前記共振器構造上又はアブレーションによって除去されるように構成する領域上に配置される調整可能な慣性ブロック（３１、３２）の形態である
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の調整システム。
10. 前記永久磁石は、一又は複数の磁性体層の形態となるように作られている
    ことを特徴とする請求項５に記載の調整システム。
11. 前記一又は複数の磁性体層は、白金とコバルトの合金で作られている
    ことを特徴とする請求項１０に記載の調整システム。
12. 前記音叉共振器は、各アームにエレクトレットを搭載しており、
    前記エスケープ車は、導電性であるか、又は前記共振器のエレクトレットと反対に局所的に電気的にチャージされている
    ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の調整システム。
13. 請求項１〜１２のいずれかに記載の調整システムを有する
    ことを特徴とする計時器用ムーブメント。

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