JP2022008178A5 - - Google Patents

Description

本発明は、計時器用ムーブメントのロータリー車セットシステム、特に、共振機構、に関する。本発明は、さらに、このような車セットシステムを備える計時器用ムーブメントに関する。

計時器用ムーブメントにおいては、ロータリー車セットのアーバーの両端部には、一般的に、ピボットがあり、それらのピボットは、計時器用ムーブメントのプレートやブリッジに取り付けられたベアリング内にて回転する。一部の車セット、特に、バランス、においては、ベアリングにショックアブソーバー機構を搭載することが一般的である。実際に、このようなバランスのアーバーのピボットは一般的には細く、バランスの質量が比較的大きいために、ショックアブソーバー機構がないと衝撃によってピボットが破損してしまうおそれがある。

図１に、伝統的なショックアブソーバーベアリング１の構成を示している（例えば、特許文献１、特許文献２を参照）。オリーブ状のドームがあるジュエル２は、一般的にセッティングと呼ばれるベアリング支持体３内に入れ込まれ、このベアリング支持体３上にエンドストーン４が取り付けられる。セッティング３は、エンドストーン４の上側に軸方向の応力を与えるように構成しているショックアブソーバーばね６によって、ベアリングブロック５の裏側に押し付けられる。このセッティング３には、さらに、コーン状（テーパー状部分を含む形）の外壁があり、この外壁は、ベアリングブロック５の裏側にて一回り形成されるコーン状の内壁に対応するように構成している。また、セッティングに、凸型の面、すなわち、ドーム型の面、の外壁があるような代替的形態もある。

しかし、車セットの重さに起因するアーバー上の摩擦トルクは、重力の方向に対するその車セットの向きに応じて変動する。このような摩擦トルクの変動は、特に、バランスの振動振幅の変動を発生させることがある。実際に、車セットのアーバーが重力の方向に対して垂直な場合、この車セットの重さはジュエル穴にかかり、この重さが発生させる摩擦力に対して、アーバーを中心に回転するレバーアームがあり、このアーバーの半径は、ピボットの半径に等しい。車セットのアーバーが重力の方向と平行になっているときには、ピボットの先端に車セットの重さがかかる。この場合、ピボットの先端が丸みを帯びていれば、重さが発生させる摩擦力は回転軸にかかるために、軸に対するレバーアームはゼロになる。このレバーアームの差が摩擦トルクの差を発生させて、等時性が完全ではない場合にレートの差も発生させてしまう。

この課題を制御するために、図２に部分的に示しているような別の構成のショックアブソーバーベアリングが考えられた（例えば、特許文献３を参照）。このベアリングは、コップ支持タイプのエンドストーン７を備え、このエンドストーン７には、ロータリー車セットのアーバー９のピボット１２を受けるための空洞８が形成されている。このような空洞は、角錐状の形を有することがあり、この空洞の裏側は、この角錐状の形の先端１１によって形成される。ピボット１２は、空洞８内に挿入されるようにコーン状部分を有するが、ピボット１２の立体角は、空洞８の立体角よりも小さい。この構成によって、ピボット１２が常に適切に空洞８にセンタリングされていると仮定して、あらゆる向きにおいて重力に対する摩擦力のレバーアームをほぼゼロにすることができる。このために、一般的には、システムにプレ応力を与える必要がある。これには、例えば、ピボットに恒久的に固定されるばねに取り付けられたベアリングを用いる。しかし、このばねのために車セットの重さが増え、摩擦が大きくなってしまう。また、空洞の裏側の面の状態が良好であることを確実にすることは難しい。なぜなら、このような面に研磨手段を介してアクセスすることが難しいためである。

スイス国特許発明第２３７８１２号明細書 欧州特許出願公開第２４００３５５号明細書 スイス国特許発明第７００４９６号明細書

そこで、本発明の目的の１つは、上述の課題を防ぐことができるような計時器用ムーブメントの車セットシステムを提案することである。

このために、本発明は、バランスのようなロータリー車セットと、及び前記ロータリー車セットのアーバーの第１及び第２のピボットのための、ショックアブソーバーである、第１及び第２のベアリングとを備える車セットシステムに関する。このシステムにおいて、前記ロータリー車セットの重心は、その前記アーバーの位置にあり、前記第１のベアリングは、前記ロータリー車セットの前記アーバーの前記第１のピボットを受けるように構成している角錐状の空洞が形成された本体があるエンドストーンを備え、前記第１のピボットは、前記空洞内で回転することができるように前記エンドストーンにある前記空洞と連係し、前記第１のピボットと面の間に少なくとも１つの接触領域が形成され、前記接触領域における法線は、前記ピボットの前記アーバーに垂直な平面に対して接触角度を形成する。

このシステムは、前記接触角度が４５°よりも小さく、好ましくは約３０°以下であり、より好ましくは約２６．６°であるarctan(1/2)以下である点で注目される。

本発明のおかげで、重力に対して水平な方向と垂直な方向の位置の間の摩擦変動を小さくすることができる。接触角度を４５°よりも小さく、好ましくは３０°以下、又はさらにはarctan(1/2)以下とするように選択することで、ベアリングのピボットと空洞の間の接触領域における重さに起因する摩擦トルクは、重力の方向にかかわらず実質的に同じになる。実際に、このような角度であることによって、重力に対する向きの変化に起因する接触力の変動を、２つのベアリングにおける摩擦力の異なるレバーアームによって、補償することが可能になる。

したがって、このようなエンドストーンの構成によって、重力の方向に対するアーバーの位置にかかわらず、エンドストーン内部のピボットの摩擦トルクの変動を低く抑えることが可能となり、このことは、例えば、計時器用ムーブメントのバランスアーバーにとって重要である。空洞の角錐状の形と、ピボットの形によって、重力の方向に対するアーバーの様々な位置の間の摩擦トルクの差を最小化することができる。

有利な的実施形態の１つにおいて、前記第２のベアリングは、前記ロータリー車セットがそのアーバーを中心に回転することを可能にするように前記第２のピボットと連係し、前記第２のベアリングには、少なくとも３つの面がある第２の角錐状の空洞が形成されており、前記第２のピボットは、前記第２の空洞内で回転することができるように前記エンドストーンの前記第２の空洞と連係し、前記第２のピボットと前記第２の空洞の面の間には、少なくとも１つの第２の接触領域があり、前記第２の接触領域における法線は、前記第２のピボットの前記アーバーに垂直な平面に対して第２の接触角度を形成し、２つの前記ピボットと２つの前記ベアリングの最小接触角度は、
cotα_h＋cotα_b＝４cos(π/N)≧２、
好ましくは、cotα_h＋cotα_b＝４cos(π/N)≧２．５、
より好ましくは、cotα_h＋cotα_b＝４cos(π/N)≧３、
さらに好ましくは、cotα_h＋cotα_b＝４cos(π/N)≧４
によって定められ、ここで、Ｎは、２つの角錐の面の数である。

有利な的実施形態の１つにおいて、前記最小接触角度α_b、α_hは、

によって定められ、ここで、Ｎは、２つの角錐の面の数であり、ＢＨは、２つの前記ピボットの端部の間の距離であり、ＧＨは、前記第１のベアリングと接触している前記第１のピボットの端部と、前記バランスの重心の間の距離であり、ＧＢは、前記第２のベアリングと接触している前記第２のピボットの端部と、前記バランスの重心の間の距離である。

有利な実施形態の１つにおいて、前記第１の接触角度（α_h）は、arctan(1/2)以下であり、前記第２の接触角度（α_b）は、arctan(1/2)以上である。

有利な実施形態の１つにおいて、１つの面当たり１つの接触領域で、前記角錐状の空洞の面の数と同じ数の接触領域がある。

有利な実施形態の１つにおいて、前記空洞には、３又は４つの面がある。

有利な実施形態の１つにおいて、前記面は、少なくとも部分的に凸状又は凹状である。

有利な実施形態の１つにおいて、前記第１のピボットは、コーン状の形を有する。

有利な実施形態の１つにおいて、２つの前記最小接触角度どうしは等しい。

有利な実施形態の１つにおいて、前記ピボットの端部は、前記接触領域における法線と、前記ピボットの前記アーバーとの交点によって定められる。

有利な実施形態の１つにおいて、前記ピボットは、丸みを帯びている先端を有する。

有利な実施形態の１つにおいて、２つの前記ピボットの丸みを帯びた前記先端は、同じ半径を有する。

本発明は、さらに、プレートと少なくとも１つのブリッジを備える計時器用ムーブメントに関する。前記プレート及び／又はブリッジには、オリフィスが形成されている。

添付の図面を参照しながら例としてのみ与えられる複数の実施形態についての説明を読むことによって、本発明の他の特徴及び利点が明らかになる。

従来技術の第１の形態に係るロータリー車セットのアーバーのためのショックアブソーバホルダーベアリングの断面を示している。 従来技術の第２の形態に係るロータリー車セットのベアリングのエンドストーン及びアーバーのピボットを模式的に示している。 本発明の第１の実施形態に係る、ロータリー車セットシステム、ここではバランスのようなロータリー車セットを備える共振機構、についての斜視図である。 図３におけるロータリー車セットシステムの断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るピボットとベアリングを示している。 本発明の第１の実施形態に係るロータリー車セットシステムのベアリングとピボットのモデルを模式的に示している。 ４つの面がある角錐状の空洞が形成されたベアリングのモデルの第１の実施形態を模式的に示している。 第１の実施形態におけるバランスのアーバー上の重心の位置それぞれに対する２つのベアリングとピボットの最適な接触角度を示しているグラフである。 第１の実施形態における重心の位置に応じた２つのピボットの端部の最適な半径の差を示しているグラフである。 空洞に３つの面があるような第２の実施形態におけるバランスのアーバー上の重心の位置それぞれに対する２つのベアリングとピボットの最適な接触角度を示しているグラフである。 第２の実施形態における重心の位置に応じた２つのピボットの端部の最適な半径の差を示しているグラフである。 ピボットの端部が同じであるような第１の実施形態の構成において、重心の相対的な位置に応じて最適な角度がどのように変わるかを示しているグラフである。 第１の実施形態の第２の構成における重心の相対的位置に応じた変動εを示しているグラフである。 ピボットの端部が同じであるような第２の実施形態の第２の構成において、重心の相対的な位置に応じて最適な角度がどのように変わるかを示しているグラフである。 第２の実施形態の第２の構成における重心の相対的位置に応じた変動εを示しているグラフである。

本説明において、同じ物を表すために同じ数字を用いている。計時器用ムーブメントにおいては、ベアリングがアーバーを中心とした回転を可能にし、このようなベアリングが、バランスのアーバーのようなロータリー車セットのアーバーを保持するために用いられる。計時器用ムーブメントには、一般的に、プレートと少なくとも１つのブリッジがある（図示せず）。前記プレート及び／又はブリッジには、オリフィスが形成されており、前記ムーブメントは、さらに、ロータリー車セットと、オリフィスに挿入されるベアリングを備える。

図３及び４には、バランス１３とひげぜんまい１４を備えるロータリー車セットシステムを示している。バランス１３には、アーバー１６がある。アーバー１６は、両端部にピボット１５、１７を備える。各ベアリング１８、２０には、ベッド１４を備える円筒状のベアリングブロック８３と、ベッド１４内に配置されるエンドストーン２２と、ベアリング１８、２０の面に形成された開口１９がある。この開口１９は、ピボット１５、１７をベアリングに挿入してエンドストーン２２まで通す通路を形成している。このエンドストーン２２は、ベアリング支持体２３上に取り付けられ、エンドストーン２２には、ロータリー車セットのアーバー１６のピボット１５、１７を受けるように構成している空洞が形成された円筒状の本体がある。アーバー１６のピボット１５、１７は、ベッド１４内に挿入される。このアーバー１６は、ロータリー車セットの運動を可能にするために回転可能な状態で保持される。

２つのベアリング１８、２０は、ショックアブソーバーであり、さらに、エンドストーン２２の弾性支持体２１を備えて、衝撃を減衰させて、アーバー１６の破損を防ぐ。弾性支持体２１は、例えば、軸方向に変形可能な板ばねであり、この上にエンドストーン２２が組み付けられる。弾性支持体２１は、ベアリングブロック１３のベッド１４内に嵌め込まれ、エンドストーン２２をベッド１４に保持する。このように、計時器に激しい衝撃が加わった際に、弾性支持体２１が衝撃を吸収し、ロータリー車セットのアーバー１６を保護する。

図５及び６の第１の実施形態において、ピボット１５、１７は、第１の開き角３１を有する実質的に環状の第１のコーン体（テーパー状部分を含む形）２６の形を有する。開き角３１は、コーン体の外壁によってコーン体の内側に形成される角度の半値の角度である。

エンドストーン２２の空洞２８は、複数の面２４がある角錐状の形を有する。図５～７の第１の実施形態において、角錐状の前記空洞２８には、４つの面がある。図示していない第２の実施形態において、角錐状の前記空洞には、３つの面がある。他の実施形態において、角錐状の形の面の数は、それよりも多いことができる（５つ、６つなど）。

空洞２８の底は、平坦な切頭面であるが、他の実施形態においては、尖っていたり、丸まった切頭面であったりすることができる。空洞２８は、頂点にて第２の開き角３２を有する。ピボット１５、１７が空洞２８内にて回転することができるようにするために、前記第２の開き角３２は、第１のコーン体２６の第１の開き角３１よりも大きい。好ましくは、空洞２８の面２４どうしは、ピボットのアーバーに対して同じ向きを有する。すなわち、空洞２８の開き角の半値は、それらの面すべてにおいて同じである。

ピボット１５、１７と空洞２８の面が連係して、少なくとも１つの接触領域２９を形成する。好ましくは、ピボットは、空洞２８の面２４のすべてと接触しており、したがって、各面２４と接触領域を形成する。すなわち、第１の実施形態においては４つ、又は第２の実施形態においては３つの面である。ピボット１５、１７と接触しているコーン状の角錐の面２４の部分によって、接触領域２９が形成される。各接触領域２９における法線とは、各接触領域２９に垂直な直線のことである。このような法線は、ピボットのアーバーに垂直な平面に対して、接触角度として知られる角度を形成する。法線は、空洞２８の面に垂直な直線に対応する。したがって、接触角度は、空洞２８の角錐の開き角の半値の角度に対応する。

本発明よると、前記接触角度は、４５°以下であり、好ましくは３０°以下であり、さらに好ましくはarctan(1/2)以下である。このために、前記第２の角度は、９０°以下であり、好ましくは６０°以下であり、さらに好ましくは２×arctan(1/2)＝５３．１３°以下である。

これらの角度の値は、ピボットとベアリングの摩擦をモデル化した式から計算される。最適な角度を与える式を記述できるようにするために、図６に描いた以下の幾何学的変数を定める。

α_bとα_hはそれぞれ、下側のベアリングと上側のベアリングにおける、空洞の面と、空洞の対称軸との間の角度である。 Ｒ_bとＲ_hはそれぞれ、バランスのアーバーの下側と上側にあるピボットの先端の球状のドームの半径である。 ＢとＨはそれぞれ、バランスのアーバーの下側と上側にあるピボットの先端の球状のドームの中心である。 Ｇは、重心の位置であり、直線ＢＨ上にあるものと想定される（バランスされたバランス）。 μ_bとμ_hはそれぞれ、下側と上側における摩擦係数である。

重力に応じた摩擦の差を評価するために、バランスのアーバーと重力の間の角度θは、空間全体に沿って動く［０°，１８０°］。

車セットシステムの幾何学的構成に与えられる以下の２つのタイプの応力が区別される。

Ｃ₁：半径Ｒ_b、Ｒ_h、角度α_b、α_hには応力がかからない。
Ｃ₂：製造上の問題を緩和させるために、Ｒ_b＝Ｒ_hとし、μ_b＝μ_hであると想定する。

考慮されるすべての角度θ（すなわち、空間全体［０°，１８０°］）における摩擦トルクの最大値、最小値をそれぞれＭ_fr,max、Ｍ_fr,minとする。以下の式によって定められる最大の相対的トルク変動を最小にすることが望まれる。

Ｃ₁の場合においては、図６に示しているように、２つのピボットを備えるロータリー車セットアーバーの場合、ピボットベアリングの対の間の最適な接触角度（α）は、以下の式によって定められる。

ここで、Ｎは、２つの角錐の面の数であり、ＢＨは、２つの前記ピボットの端部の間の距離であり、ＧＨは、前記第１のベアリング１８と接触している前記第１のピボット１７の端部と、前記バランスの重心Ｇの間の距離であり、ＧＢは、前記第２のベアリング２０と接触している前記第２のピボット１５の端部と、前記バランス２の重心Ｇの間の距離である。

これらの式は、ピボットとエンドストーンの間の接触についての３次元モデルによるもので、ピボットの端部は球によってモデル化されている。一般的な場合では、ＢとＨは、接触領域における法線とピボットのアーバーとの交点によって定められる。好ましくは、ピボットの先端は、丸みを帯びており、ＢとＨは、球の中心によって定められる。したがって、丸みを帯びた先端の半径は、接触領域と、その接触領域における法線と、ピボット１５、１７のアーバーとの交点の間の区画に対応する。

この関係は、異なる形状のピボットにも当てはまる。前記丸みを帯びた先端の半径Ｒ_b及びＲ_hは、互いに異なっていることができる。

したがって、重心Ｇの位置に応じて、２つのピボット１５、１７の第１のコーン体は、異なる開き角を有することができる。しかし、それらが前記関係を満たせば、ピボットや空洞の他の幾何学的構成と比べて、垂直方向の位置と水平方向の位置の間の摩擦変動が小さくなる。

４つの面がある第１の実施形態において、図８のグラフは、バランスのアーバー上における重心の各位置における２つのベアリングとピボットにおける最適な接触角度を示している。

重心ＧがＢとＨの中間にあるような特定の場合において、摩擦係数が下側と上側とで等しければ、α_b及びα_h＝約３５°であるような対称的なベアリング（Ｒ_b＝Ｒ_h）を得ることができる。したがって、角錐の望ましい開き角は、約７０°である。他の場合において、２つのベアリングピボットの対の接触角度は、互いに異なる。このように、常に、２つの接触角度のうち、３５°以下の値を有するものがあり、他方の接触角度は、３５°以上の値を有することに留意すべきである。また、第１のピボットのアーバーの長さの１／３の位置に重心がある場合、この第１のピボットの最適な接触角度は４５°であり、第２のピボットの最適な接触角度は３０°である。したがって、空洞は、９０°である開き角を有し、他方の角錐は、６０°である開き角を有する。

最適な接触角度はそれぞれ、２０°～９０°の範囲内の空間内にある。最小接触角度は、重心に最も近いピボットのものである。

図９のグラフは、重心の位置に応じた２つのピボットの端部の最適な半径の差を示している。このように、重心がバランスアーバーの中央にある場合、２つの端部における半径どうしは等しいことが好ましいことに留意すべきである。

３つの面がある第２の実施形態において、図１０のグラフは、バランスのアーバー上における重心の各位置における２つのベアリングとピボットにおける最適な接触角度を示している。重心ＧがＢとＨの中間にあるような特定の場合において、摩擦係数が下側と上側とで等しければ、α_b及びα_h＝約４５°であるような対称的なベアリング（Ｒ_b＝Ｒ_h）を得ることができる。したがって、コーン体の望ましい開き角は、約９０°である。他の場合において、２つのベアリングピボットの対の接触角度は、互いに異なる。このように、常に、２つの接触角度のうち、約４５°以下の値を有するものがあり、他方の接触角度は、約４５°以上の値を有することに留意すべきである。また、第１のピボットのアーバーの長さの１／４の位置に重心がある場合、この第１のピボットの最適な接触角度は約６５°であり、第２のピボットの最適な接触角度は約３５°である。このように、コーン状の空洞において、開き角が１３０°であるコーン体と、開き角が７０°である他方のコーン体がある。

最適な接触角度はそれぞれ、２７°～９０°の範囲内の空間内にある。最小接触角度は、重心に最も近いピボットのものである。

図１１のグラフは、重心の位置に応じた２つのピボットの端部の最適な半径の差を示している。このように、重心がバランスアーバーの中央にある場合、２つの端部における半径どうしは等しいことが好ましいことに留意すべきである。

車セットシステムの第２の構成において、図４及び６の例のように、２つのピボットは、第１のモデルのものと同じ形を有する（Ｒ_b＝Ｒ_h）。

図１２及び１３のグラフは、４つの面がある第１の実施形態において、重心の相対的な位置に応じて最適な角度がどのように変わるか、またその変動εを示している。この場合、常に、２つの前記角度のうち一方の角度は、arctan(1/2)＝約２６．６以下の値を有し、他方の角度は、arctan(1/2)以上の値を有する。重心ＧがＢとＨの中間にある特定の場合、下側と上側にて摩擦係数が等しければ、α_b及びα_h＝arctan(1/2)＝約２６．６°のベアリングが得られる。

図１４及び１５のグラフは、３つの面がある第２の実施形態において、重心の相対的な位置に応じて最適な角度がどのように変わるか、またその変動εを示している。この場合、常に、２つの前記角度のうち一方の角度は、arctan(1/2)＝約２６．６以下の値を有し、他方の角度は、arctan(1/2)以上の値を有する。重心ＧがＢとＨの中間にある特定の場合、下側と上側にて摩擦係数が等しければ、α_b及びα_h＝arctan(1/2)＝約２６．６°のベアリングが得られる。

実施形態にかかわらず、２つのピボット及び２つのベアリングの最小接触角度、２つのピボット１５、１７及び２つのベアリング１８、２０の最小接触角度α_h、α_bは、以下の式によって定められる。
cotα_h＋cotα_b＝４cos(π/N)≧２、
好ましくは、cotα_h＋cotα_b＝４cos(π/N)≧２．５、
より好ましくは、cotα_h＋cotα_b＝４cos(π/N)≧３、
さらに好ましくは、cotα_h＋cotα_b＝４cos(π/N)≧４
ここで、Ｎは、２つの角錐の面の数である。実際に、２つのベアリングがある場合に摩擦トルクに関する最良の結果を得るために、最小接触角度α_h、α_bは、上記式を満たさなければならない。

当然、本発明は、図面を参照しながら説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない範囲で代替的形態を考えることができる。

１０ ロータリー車セットシステム
１３ バランス
１５、１７ ピボット
１６ アーバー
１８、２０ ベアリング
１９、２８、８９ 空洞
２２ エンドストーン
２４ 面
２９、９０ 接触領域