JP2020144117A - 時計歯車装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】既知の時計歯車装置の改善を可能にする時計歯車装置。【解決手段】第１対称歯を有する第１歯付き歯車（Ｒ１）と、第２対称歯を有する第２歯付き歯車（Ｒ２）を含む、時計機構（１００）用歯車装置（Ｅ１）であって、第１及び第２歯のそれぞれは、歯車装置の原始バックラッシが、歯車装置の公称軸中心距離（ｅ）について、０．３・ｍより小さい、または０．２５・ｍより小さい、または０．２・ｍより小さい、または０．１５・ｍより小さい、または０．１・ｍより小さい、または０．０８・ｍより小さいように、適合され、ここでｍは歯がその一部をなす歯車の係数である、歯車装置。【選択図】図４

Description

本発明は、時計歯車装置に関する。本発明はまた、当該種類の時計歯車装置を含む時計機構に関する。本発明はまた、当該種類の時計歯車装置を含む時計ムーブメントに関する。本発明はさらに、当該種類の時計歯車装置を含む時計に関する。本発明は最後に、当該種類の時計歯車装置の製造方法に関する。
時計において、サイクロイド、外サイクロイド、内サイクロイドまたは円の伸開線といった幾何学的曲線に基づいて、歯車とピニオンの歯のプロファイルを決定することは、既知である。この方法で得られた歯車とピニオンは、歯の駆動中に実質的に一定に維持される回転速度を伝達するよう定義される。歯の駆動中に実質的に一定のトルクを伝達する特性を有する歯のプロファイルも既知である。
このように、従来の歯部のプロファイルは、速度及びまたはトルクの目標に取り組むように定義される。従来技術から既知の歯車装置において、上記目標は、歯付き歯車の軸中心距離の関数として、より大きいまたはより小さい角度バックラッシという結果をもたらす。例えば時刻から派生する情報を表示させるように設計された、基本ムーブメントの歯車列に（並列結合で）運動学的に連結された歯車という特定の場合、このようなバックラッシは、時刻から派生する情報を表示する部材の振動、すなわち時刻から派生する情報を表示する部材のガタガタした不規則な運動のリスクを引き起こしかねない。
従来技術から既知の解決策は、時刻から派生する情報を表示するための部材に対する抵抗トルクを生成するために、基本ムーブメントの歯車列と並列結合する運動学的連鎖に摩擦を追加することを提案する。この種の解決策は、例えば、特許文献１及び特許文献２で開示されるが、特にてん輪の振動の振幅の減少または変動を生じ、このため時間計測性能を下げる可能性があるため、最適ではない。当該解決策はまた、ムーブメントのエネルギー消費を増大させる。
特許文献３は、歯の駆動中に実質的に一定のトルクを伝達する特性を有する特定の歯部プロファイルを開示する。この種のプロファイルは、この種の歯車装置の歯の駆動中の角度バックラッシを最小化することができない。
特許文献４は、バックラッシ補正歯付き可動部であって、その歯に少なくとも１つの弾性要素が設けられている、バックラッシ補正歯付き可動部に関する。この種の部品は、有利には、摩擦ばねを代替可能であるが、剛性歯を有する歯車と比べて脆弱である。更に、歯の圧縮の効果により、角度バックラッシは最小化、または解消されるが、この圧縮は、軸中心距離の変動でばらつくため、当該可動部が一部をなすムーブメントのエネルギー消費に影響する。このため、この種の解決策は、改善可能である。
特許文献５は、垂直クラッチ可動部を基本ムーブメントの歯車列に統合するという特定の特徴を有するクロノグラフ構造に関する。このため、クロノグラフ構造は、駆動部材と基本ムーブメントの調速機関との間で、並列結合ではなく直列に搭載される。この結果、クロノグラフ秒針は、あらゆる摩擦ばねと関係せず、無作為の角度運動にさらされることはない。この種の構造は、非常に特殊であって、基本ムーブメントの歯車列に少なくとも１つの可動部を必要とし、全体的な効率を低下させるリスクを有する。
特許文献６は、歯車の歯が０．０５ｍｍより小さい係数を有するという特定の特徴を有する歯車装置を用いて、表示部材の振動の問題を軽減することを目的とする。当該文献は、角度バックラッシを最小化する、及びまたは軸中心距離の関数としての角度バックラッシの変動を最小化するという目的で定義された、あらゆる特定のプロファイルを明示しない。更に、このような歯車はあまり頑丈ではなく、このため推測的に、従来の製造手段を用いて製造不可能である。
スイス国特許出願公開第５０６８２４号明細書 欧州特許出願公開第０４８２４４３号明細書 欧州特許出願公開第２４５３３２１号明細書 欧州特許出願公開第１５５５５８４号明細書 欧州特許出願公開第２０５３４７４号明細書 国際公開第ＷＯ２０１７／１５７７６４号
本発明の目的は、従来技術から既知の時計歯車装置の改善を可能にする時計歯車装置を提供することである。特に、本発明は、歯車装置バックラッシを制限可能な、特に歯車装置の軸中心距離変動へのバックラッシの感度を制限可能な時計歯車装置を提案する。
本発明にかかる時計歯車装置は、請求項１と１６に定義される。
歯車装置の様々な実施形態は、請求項２から１０に定義される。
本発明にかかる時計機構は、請求項１１に定義される。
本発明にかかる時計ムーブメントは、請求項１２に定義される。
本発明にかかる時計は、請求項１３に定義される。
本発明にかかる歯車装置の製造方法は、請求項１４に定義される。
製造方法の一実施形態は、請求項１５に定義される。
添付の図面は、本発明にかかる時計の３つの実施形態を、例として示す。
図１は、従来技術から既知の歯車装置を示す図である。 図２は、従来技術から既知の歯車装置を示す図である。 図３は、図１及び２の歯車装置の、１ステップにわたる、異なる軸中心距離値についての、角度バックラッシの変動を示すグラフである。 図４は、第１歯車装置実施形態を含む時計の、第１実施形態を示す図である。 図５は、第１歯車装置実施形態を含む時計の、第１実施形態を示す図である。 図６は、第１歯車装置実施形態を含む時計の、第１実施形態を示す図である。 図７は、第１歯車装置実施形態を含む時計の、第１実施形態を示す図である。 図８は、歯車装置の第１実施形態の、１ステップにわたる、異なる軸中心距離値についての、角度バックラッシの変動を示すグラフである。 図９は、時計の第２実施形態で使用される歯車装置の第２実施形態を示す図である。 図１０は、歯車装置の第２実施形態の、１ステップにわたる、異なる軸中心距離値についての、角度バックラッシの変動を示すグラフである。 図１１は、時計の第２実施形態で用いられる歯車装置の第３実施形態を示す図である。 図１２は、歯車装置の第３実施形態の、１ステップにわたる、異なる軸中心距離値についての、角度バックラッシの変動を示すグラフである。 図１３は、変形歯車装置を示す。
時計３００の第１実施形態を、図４から８を参照して以下に説明する。時計３００は、例えば小型時計であり、特に腕時計である。
時計は、時計ムーブメント２００の一実施形態を含む。時計ムーブメントは電子式でも機械式でもよく、特に自動式である。
時計ムーブメントは時計機構１００の一実施形態を含む。当該機構は、時刻情報または時刻から派生する情報を表示する、または時刻情報または時間から派生する情報を表示する、または時刻と関連しない機能の情報を表示するための機構であってもよい。特に当該機構は、ムーブメントの歯車列に、歯車列と並列結合で、機械的に結合されてもよい。例えば表示機構は、日の裏歯車、クロノグラフモジュール、カウントダウンモジュール、クロノグラフモジュールまたはカウントダウンモジュールの表示列、または表示針と機械的に結合された歯付き歯車と噛み合うラックを含む表示システムを含んでもよい。代替的に、表示機構は例えば、高度計または深度計からの情報を表示するための機構を含んでもよい。
機構１００は時計歯車装置の第１実施形態Ｅ１を含む。
歯車装置Ｅ１は、対称第１歯ｄ１を含む第１歯付き歯車Ｒ１と、対称第２歯ｄ２を含む第２歯付き歯車Ｒ２とを含む。
第１歯付き歯車は、第１軸Ａ１周りに回転可能に取り付けられる。第２歯付き歯車は、第２軸Ａ２周りに回転可能に取り付けられる。第１及び第２歯付き歯車は、例えば、共通のフレームに取り付けられる。第１及び第２軸は、好ましくは、平行または実質的に平行である。第１及び第２軸の間の軸中心距離ｅは、第１及び第２歯車が互いに噛み合うような距離である。
第１及び第２歯のそれぞれは、歯車装置の原始バックラッシＪが公称軸中心距離ｅについて、０．３・ｍより小さい、または０．２５・ｍより小さい、または０．２・ｍより小さい、または０．１５・ｍより小さい、または０．１・ｍより小さい、または０．０８・ｍより小さいように、適合され及びまたは配置され、ここでｍは歯が一部をなす歯車の係数である。
上記３段落の考察は、好ましくは、第１歯付き歯車Ｒ１’と第２歯付き歯車Ｒ２’とを含む歯車装置の第２実施形態Ｅ２についても、また第１歯付き歯車Ｒ１’’と第２歯付き歯車Ｒ２’’とを含む歯車装置の第３実施形態Ｅ３についても同様に有効である。これら２つの実施形態は、以下に説明する。
換言すれば、歯車装置Ｅ１は、軸中心距離の変動に非常にわずかに敏感である一方で、歯の駆動中の角度バックラッシを最大限最小化する特性を有する駆動歯車及び被駆動歯車の歯または歯部プロファイルＰ１、Ｐ２を有する。この種類の歯車装置の効率性及び摩耗の点での特性も、有利には最適化される。
「角度バックラッシｊ」とは、所定の軸中心距離ｅについて、特定の向きに、または所定の位置に不動化された第２歯車Ｒ２に対して第１歯車Ｒ１０が自由に回転可能な角運動を意味する。例示として、図１及び２は、歯のプロファイルが従来技術から既知のＮＩＨＳ規格２０−２５に沿って定義された、この種の歯車装置Ｅ０の歯車Ｒ１０及びＲ２０を示す。バックラッシｊは、図１及び２に示すように角度（またはラジアン）で表すことができる角度αである。ある特定の場合において、バックラッシｊは、特に原始バックラッシＪの関数として定義することもできる。
「原始バックラッシＪ」とは、公称軸中心距離ｅについて、ＩＳＯ規格１１２２−１：１９９８に規定するように、特定の向きに不動化された第２歯車Ｒ２に対して第１歯車Ｒ１０の原円（図２のＲＰ２）上で、ある点がそのアークに沿って移動可能な最大アーク長ｌを意味する。このため、バックラッシＪは、特にミリメートルで表すことができる長さである。バックラッシＪまた、歯車装置Ｅ０の一部を形成する歯車Ｒ１０、Ｒ２０のピッチｐまたは係数ｍの関数としても表すことができる。
角度バックラッシｊは、第１及び第２歯車Ｒ１０とＲ２０のそれぞれの向きの関数として変化可能である。このため、歯の駆動にわたり、バックラッシｊは、展開される。所定の歯車装置について、最大の角度バックラッシｊは、当該歯車装置の公称軸中心距離ｅにおいてＪｍａｘ・と表され、歯車Ｒ１０、Ｒ２０の一方または他方上で決定される角度バックラッシＪｍａｘは、以下のように表される。
ここで、ｊ１，２はラジアンで表され、ＲＰ１，２は歯車Ｒ１０、Ｒ２０のそれぞれの原始半径である。
バックラッシｊは、歯車装置の一部を形成する歯車のそれぞれの歯が選択したプロファイルに沿った、１つ以上の歯の一対で定義されてもよい。
角度バックラッシｊは、歯車Ｒ１０及びＲ２０が噛み合うために必要である。とはいえ、あまりに大きな角度バックラッシｊは、駆動歯車から被駆動歯車への運動の伝達の品質を落とすリスクがあり、これは被駆動歯車の振動またはがたつきに反映される可能性がある。更に、製造及び組み立て公差により軸中心距離が増加すると、角度バックラッシｊの増加を引き起こすリスクがある。このため、歯車装置の公称軸中心距離での角度バックラッシｊを可能な限り減らすことが必要となる。しかしながら、公称軸中心距離での角度バックラッシｊを過度に最小化すると、製造及び組み立て公差を理由として、最小軸中心距離で歯車装置が詰まるリスクを引き起こしかねない。
従来の時計プロファイルは、軸中心距離がどうであれ、歯車が可能な限り一定の角度バックラッシを有するという歯車装置の定義を満たさないことが証明された。より具体的には、従来の時計プロファイルは、軸中心距離がどうであれ、歯車が可能な限り一定である、可能な限り小さい角度バックラッシを有するという歯車装置の定義を満たさない。
本明細書の対象である歯車装置Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３は、駆動歯車と被駆動歯車の歯部プロファイルが、工業生産プロセス及び歯車を案内する手段を位置決めする手段が引き起こす軸中心距離変動、例えば［ｅ−２０μｍ，ｅ＋６０μｍ］（ｅは公称軸中心距離である）の範囲にわたり変化する軸中心距離に対して非常にわずかに敏感である一方で、歯の駆動中に角度バックラッシをできる限り最小化するように構成される。
本発明にかかる歯車装置Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３の歯部形状は、典型的には、歯車が、公称軸中心距離ｅについて、０．３・ｍより小さい、または０．２５・ｍより小さい、または０．２・ｍより小さい、または０．１５・ｍより小さい、または０．１・ｍより小さい、または０．０８・ｍより小さい原始バックラッシＪを有する歯車装置の使用を可能にし、
であり、ここでｚ１及びｚ２は、関連する歯車装置の一部を形成する歯車Ｒ１、Ｒ１’、Ｒ１’’’及びＲ２、Ｒ２’、Ｒ２’’のそれぞれの歯の数、すなわち歯車Ｒ１、Ｒ１’、Ｒ１’’’及びＲ２、Ｒ２’、Ｒ２’’の各自の歯の数である。
例として、ＮＩＨＳ規格２０−２５に沿って定義された時計プロファイルは、より大きな原始バックラッシを有する歯車の歯車装置の使用を可能にする。
本発明にかかる歯部プロファイルの形状はまた、軸中心距離変動の関数として、角度バックラッシの変動を最小化することを可能にする。
係数ｍは、好ましくは、具体的には所定の最低トルクを伝達可能なように、頑丈な歯車装置を採用するため、０．０５ｍｍ以上である。
歯車の歯または歯部「プロファイル」は、歯または歯の歯部表面と、歯車の回転軸に垂直な平面Ｐとの交点で定義することもできる。
原始バックラッシの最小化と角度バックラッシの変動の最小化という目的を達成するために、歯または歯部プロファイルは、少なくとも１つの機能的部分ＰＦであって、その形状またはプロファイルは特定の円弧である機能的部分ＰＦを含むという特定の特徴を有してもよい。出願人の研究に基づき、実際、少なくとも歯車のうちの１つが、この種の円弧で定義される機能部分をそれぞれ有する歯を有する歯車装置は、最小化可能であり、当該歯車装置の軸中心距離の関数として実質的に一定とすることができる、角度バックラッシを有することが発見された。
「機能的部分ＰＦ」とは、角度バックラッシの最小化を可能にするよう適合された、また少なくとも部分的に、歯車装置の噛み合いに参加するよう、接触により協働するよう設計された、歯のプロファイルの区域を意味する。
歯車Ｒ１、Ｒ１’、Ｒ１’’及びＲ２、Ｒ２’、Ｒ２’’の歯のそれぞれのプロファイルの定義を単純化するため、歯車Ｒ１’、Ｒ１’’は単にＲ１と言及され、Ｒ２’、Ｒ２’’は単にＲ２と言及されてもよい。
図４から７の実施形態、図９からの実施形態及び図１１からの実施形態において、歯車Ｒ１及びＲ２の歯部プロファイルは、好ましくは、図５に示すように、第１歯車Ｒ１の第１円弧で特徴づけられる第１機能的部分ＰＦ１が、第２歯車Ｒ１の第２円弧で特徴づけられる第２機能的部分ＰＦ２と接触により協働するよう定義される。第１及び第２機能的部分ＰＦ１、ＰＦ２は、具体的には、歯車Ｒ１、Ｒ２のそれぞれの中心Ｏ１、Ｏ２を通過する中心線上で接触により協働することができる。機能的部分ＰＦ１及びＰＦ２は、好ましくは、比率１：１の歯車装置の曲率半径ｒｕと同じ曲率半径を有する円弧で特徴づけられる。
半径ｒｕであって中心Ｃ１、Ｃ２が座標（ｘｕ，ｙｕ）にある円弧は、好ましくは、図６に示すような、トリプレット
または
で定義される直接正規直交デカルト座標系において以下のように決定される。Ｏ１またはＯ２は、関連する歯車Ｒ１またはＲ２の回転軸Ａ１またはＡ２と一致し、ここで軸Ａ１またはＡ２は図４に示される。
は、当該機能的部分ＰＦ１またはＰＦ２を有する歯ｄ１、ｄ２の対称軸Ｓ１、Ｓ２と共線的な単位ベクトルである。
は、
に垂直な単位ベクトルである。
及び
ここで、
ｚは、関連する歯車Ｒ１またはＲ２の歯の数、
Ｒｐは、関連する歯車Ｒ１またはＲ２の原始半径、
ここでｅは、比率１：１の歯車装置の場合に、その一部を形成する歯車Ｒ１またはＲ２の、歯車装置の公称軸中心距離、
ｐｉ１，ｐｉ３，ｐｉ３は、歯車Ｒｉがその一部をなす歯車装置、すなわち歯車Ｒ１またはＲ２、の原始バックラッシＪが、公称軸中心距離ｅについて、０．３・ｍより小さい、または０．２５・ｍより小さい、または０．２・ｍより小さい、または０．１５・ｍより小さい、または０．１・ｍより小さい、または０．０８・ｍより小さいよう、最適化アルゴリズムを元に決定されるパラメータである。
機能的部分ＰＦ１、ＰＦ２の長さは、好ましくはｍ以上４・ｍ以下である。
この種の機能的部分ＰＦ１、ＰＦ２は、完全な歯プロファイルを定義するため、歯先部分ＰＴまたは歯根部分ＰＰといった少なくとも１つの他の部分と関連付けられてもよい。部分ＰＰ、ＰＦ、ＰＴは、好ましくは、各種部分間で切れ目のない連続する関数を定義する。これは、縁のない歯部表面に反映される。部分ＰＰ、ＰＦ及びＰＴは、全て互いに正接の円弧からなってもよい。
歯先部分ＰＴは、有利には、
または
のデカルト座標系において以下の通り表されてもよい半径ｒｔの円弧で定義されてもよい。
ここで、ｐｉ４は、歯車装置が上記の条件を満たすことができるように、換言すると歯車Ｒｉがその一部をなす歯車装置、すなわち歯車Ｒ１またはＲ２、の原始バックラッシＪが、所定の公称軸中心距離ｅについて、０．３・ｍより小さい、または０．２５・ｍより小さい、または０．２・ｍより小さい、または０．１５・ｍより小さい、または０．１・ｍより小さい、または０．０８・ｍより小さいよう、最適化アルゴリズムに基づき決定されたパラメータである。
結果としての、歯車Ｒ１またはＲ２の外側または全半径Ｒｅは、以下の態様で表すことができる。
パラメータｐｉ１，ｐｉ２，ｐｉ３，ｐｉ４は、好ましくは、自然淘汰と遺伝学のメカニズムに基づく確率最適化アルゴリズムである、遺伝的アルゴリズムに基づき決定される。任意に選択される初期ポテンシャルプロファイルの個体数に基づき、特にその角度バックラッシに関して相対的パフォーマンスが評価される。このパフォーマンスを元に、進化的オペレータ、すなわち選択、交叉及び突然変異を用いて、新たなポテンシャルプロファイルの個体数が作成される。後者の演算は、十分な解決策が得られるまで繰り返される。
このため、当該方法に基づけば、歯車Ｒ１、Ｒ２の所定の軸中心距離変動と歯車Ｒ１、Ｒ２の所定の歯数ｚ１、ｚ２の目標角度バックラッシを満足することができる、歯車Ｒ１、Ｒ２の部分ＰＦ１、ＰＴ１、ＰＦ２、ＰＴ２をそれぞれ特徴づけるパラメータである、（ｐ１１，ｐ１２，ｐ１３，ｐ１４）、（ｐ２１，ｐ２２，ｐ２３，ｐ２４）を決定することが可能になる。
歯根部分ＰＰは、プロファイルと連続して構築されてもよい。部分ＰＦと部分ＰＰとの間の接点は、好ましくは、変曲点ＰＩを定義する。
同じ数の歯（ｚ１＝ｚ２）を有する歯車Ｒ１、Ｒ２が設けられた、比率１：１の歯車装置の場合、歯車Ｒ１及びＲ２のそれぞれの歯ｄ１、ｄ２は、同一でもよく、同一の形状を有してもよい。特に、それぞれの歯は、同一の機能的部分ＰＦ１、ＰＦ２を有してもよく、すなわち、
である。
より具体的には、これらそれぞれの歯は、同一である部分ＰＦ１、ＰＴ１、ＰＦ２、ＰＴ２を有してもよく、すなわち、
である。
代替的に、比率１：１の歯車装置の場合、当該歯車Ｒ１、Ｒ２のそれぞれの歯は異なってもよい。特に、これらそれぞれの歯は、異なる機能的部分ＰＦ１、ＰＦ２を有してもよい。実際、当該歯のプロファイルが係数ｍに基づき構築されていないと仮定すると、目標角度バックラッシを最大に満足させる機能的部分ＰＦ１、ＰＦ２を、より具体的には部分ＰＦ１、ＰＴ１、ＰＦ２、ＰＴ２を定義することが可能である。
このため、この場合、
であり、より具体的には、
である。
特定のパラメータ（ｐｉ１，ｐｉ２，ｐｉ３，ｐｉ４）は、歯車Ｒ１またはＲ２を用いる歯車装置の原始バックラッシＪのための所定の条件を満たす、特定のベクトル
の座標を構成してもよい。
出願人による研究は、所定の歯車装置の原始バックラッシＪの所定の条件を満たすベクトル
に中心を取るベクトル
の組を決定することができることを示した。
例えば、
の条件を満たすベクトル
の組は、以下の条件も満たさなければならない。
ここで、Ｈは共分散型の行列であり、
は
の座標を有するベクトルである。
歯車Ｒ１、Ｒ２は、有利には、硬質であってもよい。換言すれば、歯車は好ましくは、歯にも、歯車のそれぞれのハブへ歯を接続するアームにも、角度バックラッシの補償を可能にする弾性構造を含まない。
代替的に、どの実施形態または変形例であれ、図１３に示すように、プロファイルＰＦ１、ＰＦ２が、所定の軸中心距離範囲にわたり角度バックラッシを打ち消すように定義可能なように、少なくとも１つの歯車Ｒ１、Ｒ２は、少なくとも１つの弾性構造８１を有してもよい。所定の軸中心距離の範囲にわたり角度バックラッシを打ち消すことは、軸中心距離が何であれ、弾性構造のプレストレスの最小化を可能にし、このため歯車装置によるエネルギー消費の最小化を可能にする。
公称軸中心距離ｅにおいて、少なくとも１つの弾性構造は、好ましくは、作動されず、またはプレストレスされない。この弾性構造は、好ましくは、歯車Ｒ１及びまたは歯車Ｒ２の歯の全部または一部に形成される切欠き８２で実施される。
歯車Ｒ１、Ｒ２は、機械加工により、特に切断により製造可能である。代替的に、歯車は、エッチング、フォトリソグラフィまたは付加製造技術といった微細加工処理で得られてもよい。後者の技術は、機能的部分ＰＦを特徴づける円弧を、より幅広くは部分ＰＰ、ＰＦ、及びＰＴを特徴づける連続関数を、非常に忠実に再現するという利点を有する。歯車Ｒ１またはＲ２は、有利には、ニッケルまたはニッケルリン合金製、シリコン製、ガラス製又はセラミック製であってもよい。
もちろん、第１歯車Ｒ１は製造の第１方法で得られる一方、第２歯車Ｒ２は製造の第２方法で得られてもよい。もちろん、第１歯車Ｒ１は第１素材で製造される一方、第２歯車Ｒ２は第２素材で製造されてもよい。
第１歯車Ｒ１またはＲ２は、時計ムーブメント２００の歯車列９２の一部を形成してもよい。より具体的には、第１歯車Ｒ１またはＲ２は、駆動部材９１と時計ムーブメントの調速部材９３との間で、直接的または間接的に相互配置されてもよい。さらに、第２歯車Ｒ１またはＲ２は、時計ムーブメントの当該歯車列９２と並列結合で取り付けられてもよい。例として、図４はより具体的に、歯車列９２の一部を形成する歯車Ｒ１と、当該歯車列と並列結合で取り付けられた歯車Ｒ２を示す。
歯車Ｒ１またはＲ２は、表示部材Ｏ、特に秒または何分の１秒といった、時刻表示または時刻から派生する表示を表示するための部材に固定されてもよい。表示部材は、好ましくは針を含む。代替的に、表示部材は円板を含んでもよい。「固定」とは、好ましくは「取付」を意味する。しかしながら、その他の機械的結合を予想可能である。例として、図４は、歯車列９２と並列結合で取り付けられた歯車Ｒ２に固定された針の形状を取る、表示部材Ｏを示す。
例として、図１及び２に図示するような、ＮＩＨＳ規格２０−２５と、０．０７２６ｍｍである係数ｍに基づき定義された７０本の歯をそれぞれ有する２つの同一の歯車Ｒ１０、Ｒ２０からなる歯車装置Ｅ０の角度バックラッシは、特に、最適なプロファイル部分を特徴づけるパラメータの同定と歯のプロファイルの変更を可能にする、遺伝的アゴリズムを用いて、最小化することができる。
図３は、角度ピッチｐにわたり、また異なる軸中心距離についての、歯車装置Ｅ０の角度バックラッシを示すグラフである。公称軸中心距離ｅでの最大角度バックラッシｊｍａｘは、０．４°程度であり、これは０．０１８ｍｍ程度の原始バックラッシＪに、すなわち０．３・ｍに対応する。さらに、角度バックラッシは、［ｅ−４０μｍ，ｅ＋４０μｍ］の範囲にわたり変化する軸中心距離について０．６５°程度の最大振幅で変化可能である。このような例の場合、歯車装置軸中心距離の関数としての最大角度バックラッシの感度は、０．０８ｍｍの歯車装置軸中心距離範囲を考慮すると、約８．３°／ｍｍであり、ここで範囲は公称歯車装置軸中心距離（Δｊｍａｘ／Δｅ＝８．３°／ｍｍ）に中心を取る。
図４から７は、Ｅ０に対する角度バックラッシの観点から最適化され、歯車Ｒ１、Ｒ２のそれぞれの歯が同一であり、以下の条件を遵守するベクトル
により特徴づけられるプロファイルを有する歯車装置Ｅ１を示す。
ここで
且つ
である。
図８は、異なる軸中心距離ｅについて、上記条件を遵守する所定のベクトル
についての、角度ピッチｐにわたる、歯車装置Ｅ１の角度バックラッシｊを示すグラフを図示する。公称軸中心距離ｅでの最大角度バックラッシｊｍａｘは、０．０８°程度である、すなわち図１及び２の歯車装置Ｅ１のバックラッシｊｍａｘよりも約５分の１小さい。このため、この特定のベクトル
について、Ｊは、０．６・ｍ程度である。さらに、この特定の場合、角度バックラッシは、［ｅ−４０μｍ，ｅ＋４０μｍ］の範囲で変化する軸中心距離について、０．１８°程度の最大振幅で、すなわち上述より４分の１近く小さい、角度バックラッシ変動で、変化可能である。このような例の場合、歯車装置軸中心距離の関数としての最大角度バックラッシの感度は、０．０８ｍｍの歯車装置軸中心距離範囲を考慮すると、約１．７°／ｍｍであり、ここで範囲は公称歯車装置軸中心距離（Δｊｍａｘ／Δｅ＝１．７°／ｍｍ）に中心を取る。
この演習は、
の条件を遵守するベクトル
により特徴づけられるプロファイルを有する６０本の歯をそれぞれ有する２つの同一の歯車Ｒ１、Ｒ２からなる歯車装置に対しても行われた。
観測したゲインも同じように驚くべきものであり、角度バックラッシの最小化の意味で最高の結果をもたらすベクトル
において、Ｊは０．６・ｍ程度である。
この場合、
である。
図９は、歯車Ｒ１’、Ｒ２’のそれぞれの歯が異なり、歯車Ｒ１’の歯が歯車Ｒ２’の歯よりも幅広いという、歯車装置Ｅ０に対する角度バックラッシの観点から最適化された第２実施形態にかかる歯車装置Ｅ２を示す。
このため、
ここで
である。この特定の場合、
である。
図１０は、異なる軸中心距離ｅについて、所定のベクトル
についての、角度ピッチｐにわたる、歯車装置Ｅ２の角度バックラッシを示すグラフを図示する。公称軸中心距離での最大角度バックラッシｊｍａｘは、０．０５°程度、すなわち図１及び２の歯車装置が定義する最大角度バックラッシｊｍａｘよりも約８分の１小さい。このため、Ｊは０．０４・ｍ程度である。更に、この特定の場合、角度バックラッシは、［ｅ−３０μｍ，ｅ＋３０μｍ］の範囲で変化する軸中心距離について、０．１°程度の最大振幅で変化可能である。この例の場合、歯車装置軸中心距離の関数としての最大角度バックラッシの感度は、０．０６ｍｍの歯車装置軸中心距離範囲を考慮すると、約１．１°／ｍｍであり、ここで範囲は公称歯車装置軸中心距離（Δｊｍａｘ／Δｅ＝１．１°／ｍｍ）に中心を取る。
更なる例として、先行技術から既知のトレイバルプロファイルと、０．０６０２ｍｍである係数ｍに基づき定義された３３本の歯を有するピニオンＲ１０’’からなり、トレイバルプロファイルと、０．０６０２ｍｍである係数ｍに基づき定義された１１０本の歯を有する歯車Ｒ２０’’を駆動する、図示しない歯車Ｅ３０の角度バックラッシは、特に遺伝的アルゴリズムを用いて最小化可能である。歯車装置のこのような種類の第３実施形態Ｅ３は、図１１に図示される。第３実施形態にかかる歯車装置Ｅ３の歯車Ｒ１’’とＲ２’’の歯のプロファイルは、
の条件を遵守するベクトル
により特徴づけられ、ここで
及び
である。
図１２は、［ｅ−４０μｍ，ｅ＋６０μｍ］の範囲にわたる歯車装置Ｅ３０及びＥ３の公称軸中心距離ｅの変動ｘに従った、角度ピッチｐにわたる、歯車装置Ｅ３０及びＥ３の最大角度バックラッシｊｍａｘを示す。歯車装置Ｅ３のこのような例の場合、歯車装置軸中心距離の関数としての最大角度バックラッシの感度は、０．０６ｍｍの歯車装置軸中心距離範囲を考慮すると、約１．７°／ｍｍであり、ここで範囲は公称歯車装置軸中心距離（Δｊｍａｘ／Δｅ＝１．７°／ｍｍ）に中心を取る。公称軸中心距離における歯車装置Ｅ３の最大角度バックラッシｊｍａｘは、０．２°程度、すなわち歯車装置Ｅ３０が定義する最大角度バックラッシｊｍａｘの約２．４分の１である。所定の軸中心距離範囲にわたり、歯車装置Ｅ３の最大角度バックラッシｊｍａｘの変動は、歯車装置Ｅ３０が引き起こす変動の４分の１程度小さい。この種の歯車装置では、てん輪での振幅の変動も減少する。
このため上述した歯車装置は、時計歯車装置の、特に歯車列と並列結合で取り付けられた歯車を含む歯車装置の角度バックラッシを最小化するよう適合された歯プロファイルを有する。更に歯車装置軸中心距離の関数としてのバックラッシの変動の感度は、制限される。
上述のように、本発明は、歯車装置Ｅ１；Ｅ２；Ｅ３及びまたは時計機構１００及びまたは時計ムーブメント２００及びまたは時計３００の製造方法に関する。方法は、
− 第１歯車Ｒ１；Ｒ１’；Ｒ１’’及び第２歯車Ｒ２；Ｒ２’；Ｒ２’’の第１及び第２歯部のプロファイルを決定するステップと、
− 第１及び第２歯車を成形するステップと、
− 第１及び第２歯付き歯車を、両者が互いに噛み合うように取り付けるステップと、
を含む。
第１歯車Ｒ１と第２歯車Ｒ２の第１及び第２歯部のプロファイルを決定するステップは、好ましくは、第１及び第２歯部のプロファイルを選択する、特に任意で選択するステップの後に、
−歯部のプロファイルの性能の決定、
−遺伝的アルゴリズム、特に自然淘汰の及び遺伝学のメカニズムに基づく確率的最適化アルゴリズム、及びまたは進化的オペレータ、すなわち選択及びまたは交叉及びまたは突然変異を用いたアルゴリズムを用いた、新たな歯部プロファイルの生成、
のステップの繰り返しを含む。
本明細書において、「対称歯」とは、歯車の回転軸を通過し、歯のプロファイルの対称軸を構成する、直線分が存在することを意味する。
「歯付き歯車」は、歯部を有するあらゆる歯車を意味する。この定義は、ピニオンを含む。歯部は、３６０°にわたり、または特定の角度範囲にわたり、延長してもよい。このため、当該定義はまた、歯付きセクタを有するあらゆるラックを含む。この定義はまた好ましくは、あらゆるラックを含む。「歯車装置」は、この種の歯付き歯車を含むあらゆるアセンブリを意味する。
歯車装置の「製造方法」は、この種の歯車装置の一部を形成する歯車の第１及び第２歯部のプロファイルの定義につながる方法と、これら歯車のそれぞれの形成または製造方法を意味する。
前述の通り、本発明にかかる歯車装置の角度バックラッシは、好ましくは、軸中心距離変動に非常にわずかに敏感である。好ましくは、上述のまたは本発明にかかる各種実施形態において、第１歯及び第２歯のそれぞれは、歯車装置軸中心距離の変動に対する最大角度バックラッシｊｍａｘの変化の比率が、公称歯車装置軸中心距離マイナス０．０４ｍｍから公称歯車軸中心距離プラス０．０４ｍｍの間で変化する歯車装置軸中心距離値について、６°／ｍｍより小さいまたは５°／ｍｍより小さいまたは４°／ｍｍより小さいまたは３°／ｍｍより小さいように適合される。好ましくは、上述の比率の上限は、上述の全ての範囲（公称歯車装置軸中心距離マイナス０．０４ｍｍから公称歯車軸中心距離プラス０．０４ｍｍ）に全体的に適用される。好ましくは、上述の比率の上限は、上述の全ての範囲（公称歯車装置軸中心距離マイナス０．０４ｍｍから公称歯車軸中心距離プラス０．０４ｍｍ）に局所的にも適用される、すなわち上述の範囲の全体について、最大の角度バックラッシの歯車装置軸中心距離に対する導関数は、６°／ｍｍより小さいまたは５°／ｍｍより小さいまたは４°／ｍｍより小さいまたは３°／ｍｍより小さい。
換言すれば、第１歯及び第２歯のそれぞれは、比率Δｊｍａｘ／Δｅが６°／ｍｍより小さいまたは５°／ｍｍより小さいまたは４°／ｍｍより小さいまたは３°／ｍｍより小さいように適合され、ここでΔｊｍａｘは歯車装置の最大の角度バックラッシであり、Δｅは歯車装置軸中心距離の変動であり、Δｅは０．０８ｍｍ以下であり、Δｅは公称歯車装置軸中心距離に中心を取る。
好ましくは、
− 第１歯付き歯車は第１対称歯ｄ１を含み、サイクロイド曲線及びまたは外サイクロイド曲線及びまたは内サイクロイド曲線及びまたは円の伸開線に基づく第１歯は除外される、及びまたは
− 第２歯付き歯車は第２対称歯ｄ２を含み、サイクロイド曲線及びまたは外サイクロイド曲線及びまたは内サイクロイド曲線及びまたは円の伸開線に基づく第２歯は除外される。
ｄ１ 歯
ｄ２ 歯
Ｅ１ 歯車装置
Ｅ２ 歯車装置
Ｅ３ 歯車装置
Ｒ１ 第１歯車
Ｒ２ 第２歯車
Ｒ１０ 歯車
Ｒ２０ 歯車
１００ 時計機構
２００ 時計ムーブメント
３００ 時計

Claims (16)

  1. 第１対称歯（ｄ１）を有する第１歯付き歯車（Ｒ１；Ｒ１’；Ｒ１’’）と、第２対称歯（ｄ２）を有する第２歯付き歯車（Ｒ２；Ｒ２’；Ｒ２’’）を含む、時計機構（１００）用歯車装置（Ｅ１；Ｅ２；Ｅ３）であって、前記第１及び第２歯のそれぞれは、前記歯車装置の原始バックラッシ（Ｊ）が、前記歯車装置の公称軸中心距離（ｅ）について、０．３・ｍより小さい、または０．２５・ｍ より小さい、または０．２・ｍ より小さい、または０．１５ ・ｍより小さい、または０．１ ・ｍより小さい、または０．０８・ｍ より小さいように、適合され、ここでｍは前記歯がその一部をなす前記歯車の係数である、歯車装置。
  2. 前記第１歯及び前記第２歯のそれぞれは、前記歯車装置軸中心距離（ｅ）の変動に対する最大角度バックラッシ（ｊｍａｘ）の変動の比率が、前記公称歯車装置軸中心距離マイナス０．０４ｍｍから前記公称歯車軸中心距離プラス０．０４ｍｍの間で変化する歯車装置軸中心距離値について、６°／ｍｍより小さいまたは５°／ｍｍより小さいまたは４°／ｍｍより小さいまたは３°／ｍｍより小さいように適合される、
    請求項１に記載の歯車装置（Ｅ１；Ｅ２；Ｅ３）。
  3. 前記第１歯及び前記第２歯のそれぞれは、前記歯がその一部をなす前記歯付き歯車の軸（Ａ１；Ａ２）に垂直な平面（Ｐ）内にプロファイル（Ｐ１；Ｐ２）を含み、前記プロファイルは、第１円弧形状を有する機能的部分（ＰＦ１；ＰＦ２）を含み、前記第１円弧は、
    半径（ｒｕ）と、
    前記歯がその一部を形成する前記歯付き歯車の前記軸に中心を取る直接正規直交デカルト座標系
    の座標（ｘｕ，ｙｕ）の中心（Ｃ１；Ｃ２）であって、
    は前記歯の対称の軸（Ｓ１；Ｓ２）と共線的な単位ベクトルである、中心、
    により定義され、ここで
    ここで、
    ｚは、前記歯がその一部を形成する前記歯車の歯の数、
    Ｒｐは、関連する前記歯車Ｒ１またはＲ２の前記原始半径、
    ｐｉ１，ｐｉ２，ｐｉ３は、ｍが前記歯がその一部を形成する歯車の係数であるときに、前記歯車装置の前記原始バックラッシ（Ｊ）が、前記歯車装置の前記公称軸中心距離（ｅ）について、０．３・ｍより小さい、または０．２５・ｍ より小さい、または０．２・ｍより小さい、または０．１５ ・ｍより小さい、または０．１・ｍ より小さい、または０．０８・ｍ より小さいとなるよう、定義されるパラメータである、
    請求項１または２に記載の歯車装置（Ｅ１；Ｅ２；Ｅ３）。
  4. 前記プロファイルは、第２円弧の形状を有する歯先部分（ＰＴ１；ＰＴ２）を含み、前記第２円弧は、特に以下の特定の半径（ｒｔ）により定義され、
    ここで、
    ｐｉ４は、ｍが前記歯がその一部を形成する前記歯車の係数であるときに、前記歯車装置の前記原始バックラッシ（Ｊ）が、前記歯車装置の前記公称軸中心距離（ｅ）について、０．３・ｍより小さい、または０．２５・ｍより小さい、または０．２・ｍより小さい、または０．１５・ｍより小さい、または０．１・ｍより小さい、または０．０８・ｍより小さいとなるよう、決定されるパラメータである、
    請求項１から３のいずれか一項に記載の歯車装置（Ｅ１；Ｅ２；Ｅ３）。
  5. 前記パラメータ（ｐｉ１，ｐｉ２，ｐｉ３，ｐｉ４）は、以下の条件、
    ここで
    Ｈは、共分散系行列であり、
    は、座標
    のベクトルである、
    を満たす第１ベクトル（
    ）の前記座標を構成する、
    請求項１から４のいずれか一項に記載の歯車装置（Ｅ１；Ｅ２；Ｅ３）。
  6. 前記歯車装置比率は１に等しい及びまたは前記第１及び第２歯車は同一の数の歯を有する、及び
    前記第１及び第２歯車の前記歯は同一の形状を有する、
    または
    前記歯車装置比率は１に等しい及びまたは前記第１及び第２歯車は同一の数の歯を有する、及び
    前記第１及び第２歯車の前記歯は異なる形状を有する、
    請求項１から５のいずれか一項に記載の歯車装置（Ｅ１；Ｅ２；Ｅ３）。
  7. 前記第１歯車及びまたは前記第２歯車は表示部材（Ｏ）に固定される、及びまたは前記第１歯車及びまたは前記第２歯車は時計ムーブメント（２００）の歯車列（９２）の一部を形成することが意図される、特に駆動部材（９１）と時計ムーブメント（２００）を調整する部材（９３）との間に、直接的または間接的に、交互配置されることが意図される、及びまたは前記第１歯車及びまたは前記第２歯車は時計ムーブメント（２００）の歯車列（９２）と並列結合で取り付けられることが意図される、
    請求項１から６のいずれか一項に記載の歯車装置（Ｅ１；Ｅ２；Ｅ３）。
  8. 前記第１及び第２歯車は硬質である、
    請求項１から７のいずれか一項に記載の歯車装置（Ｅ１；Ｅ２；Ｅ３）。
  9. 前記第１及び第２歯車の少なくとも１つは、弾性角度バックラッシ補償構造（８１）を、特に歯車内の少なくとも１つの切欠き（８２）からなる弾性構造を含む、
    請求項１から７のいずれか一項に記載の歯車装置（Ｅ１；Ｅ２；Ｅ３）。
  10. 前記角度バックラッシ補償弾性構造は、前記公称軸中心距離では負荷をかけられていない、
    請求項９に記載の歯車装置（Ｅ１；Ｅ２；Ｅ３）。
  11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の歯車装置（Ｅ１；Ｅ２；Ｅ３）を含む、時計機構（１００）、特に時刻情報または時刻から派生する情報または時刻に関連しない情報を表示するための時計機構。
  12. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の歯車装置（Ｅ１；Ｅ２；Ｅ３）及びまたは請求項１１に記載の時計機構（１００）を含む、時計ムーブメント（２００）。
  13. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の歯車装置（Ｅ１；Ｅ２；Ｅ３）及びまたは請求項１１に記載の時計機構（１００）及びまたは請求項１２に記載の時計ムーブメント（２００）を含む、時計（３００）。
  14. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の歯車装置（Ｅ１；Ｅ２；Ｅ３）及びまたは請求項１１に記載の時計機構（１００）及びまたは請求項１２に記載の時計ムーブメント（２００）及びまたは請求項１３に記載の時計（３００）の製造方法であって、
    前記第１歯車（Ｒ１；Ｒ１’；Ｒ１’’）と、前記第２歯車（Ｒ２；Ｒ２’；Ｒ２’’）の、前記第１及び第２歯部の前記プロファイルを決定するステップと、
    前記第１及び第２歯車を形成するステップと、
    前記第１及び第２歯付き歯車を、両者が互いに噛み合うように取り付けるステップと、
    を含む、方法。
  15. 前記第１歯車（Ｒ１）と前記第２歯車（Ｒ２）の前記第１及び第２歯部の前記プロファイルを決定する前記ステップは、前記第１及び第２歯部のプロファイルを選択するステップ、特に任意で選択するステップの後に、
    前記歯部の前記プロファイルの性能の決定、
    遺伝的アルゴリズム、特に自然淘汰の及び遺伝学のメカニズムに基づく確率的最適化アルゴリズム、及びまたは進化的オペレータ、すなわち選択及びまたは交叉及びまたは突然変異を用いたアルゴリズムを用いた、新たな歯部プロファイルの生成、
    のステップの繰り返しを含む、
    請求項１４に記載の方法。
  16. 請求項１４または１５に記載の方法を用いて得られる、前記歯車装置（Ｅ１；Ｅ２；Ｅ３）。
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