JP5802441B2 - シングル・ピースの時計用歯車セット - Google Patents

Description

本発明は、シングル・ピース（一体物）の歯車セットに関し、特に同軸構造のガンギ車に関し、更に、微細加工あるいは半導体加工技術を用いて形成可能な材料製の歯車セットに関する。

機械式時計のムーブメントの脱進機は、それが同軸脱進機あるいはスイス・レバー型の脱進機であれ、ガンギ車を含む。ガンギ車に形成された一定間隔の歯列が、通常ルビー製のつめ（パレットストーン）と当たり衝撃を受ける。

同軸構造の脱進機システムの一例は、特許文献１に開示されている。このタイプのメカニズムは、図１１に示すように、同軸の第１ガンギ車１と第２ガンギ車１１から構成される歯車セットを含む。これらは、衝撃ピニオンとも称し、軸真３に搭載される。第２ガンギ車１１の歯１３の角度位置は、第１ガンギ車１の歯８の角度位置と会っている。

欧州特許第１０４５２８７号明細書 欧州特許第１６５５６４２号明細書 ＷＯ２００７／０９９０６８号公報

第１ガンギ車１は、従来のスイス・レバー型のガンギ車である。第２ガンギ車１１は、中間歯１７と噛み合うことにより、脱進ピニオン１５として機能する。この構成により、この機構の高さが減る。

テンプ（図示せず）のローラ１９は、衝撃ピン２１と衝撃パレット石２３とを搭載する。衝撃ピン２１は、フォーク２７を介して、レバー２５を前後に駆動する。衝撃パレット石２３は、第１ガンギ車１の歯８と共働する。

レバー２５は、衝撃つめ石２４を含む。衝撃つめ石２４は、第２ガンギ車１１の歯１３と共働する。レバー２５は、入口つめ石２６と出口つめ石２８を含む。つめ石２６，２８は、第１ガンギ車１の歯８と共働する。

同軸構造の脱進機のデザインは、高い精度、特に第１ガンギ車と第２ガンギ車の相対的な整合に対し高い精度を要求し、それ故に製造が困難である。更に、通常の歯車ピニオンのような二層構造の時計の輪列は、それらの間で完全な填り合いが、必要である。

本発明の目的は上記の欠点を解決することである。本発明は、同軸のガンギ車のようの歯車セットを提供し、これにより整合性の問題を減らし、慣性力も減らす。この歯車セットの利点は、互いに整合させるのが困難な２つの部品で製造するのに比較して、シングル・ピース（一体物）で、かつ少ない材料で形成できる利点がある。

本発明のシングル・ピースの同軸脱進機のガンギ車セットは、プレートの周囲に形成された第１歯列を有する。前記第１歯列は、ピンと、第１のつめ石と、第２歯列と共働する。前記第２歯列は、第２のつめ石と共働する。前記第２歯列は、前記第１歯列のプレートと一体に形成される。これにより、前記ガンギ車セットの質量を減少させ、互いに整合可能となる。

本発明の効果は、従来２つの部品で形成されていたものを、シングルピースで形成できる利点がある。

前記第２の歯列の各歯は、互いに独立し、前記第１歯列のプレートから突出している。
前記プレートは、ハブから形成され、前記ハブは、前記第１歯列に、アームで連結される。
前記第２の歯列の各歯は、前記プレートのアームと一体に形成されている。
前記第２歯列の歯の数は、前記プレートのアームの数と同一である。
前記プレートは、開口を有し、前記開口は、軸真と共働し、前記軸真は、前記同軸の脱進機のガンギ車セットを回転可能に搭載する。
前記開口は、固定手段を有し、前記固定手段は、前記軸真を弾性的に把持する。
前記開口は、固定手段を有し、前記固定手段は、前記軸真を塑性的に把持する。
前記歯車セットは、金属製又は合金製である。
前記歯車セットは、シリコンベースの材料製である。

時計の同軸脱進機システムは、レバーを有する。前記レバーは、上記のシングル・ピースの同軸脱進機ガンギ車セットと共働し、前記ガンギ車セットの第１歯列は、テンプと一体形成されたピンと共働し、前記レバーの第１のつめ石と共働し、前記第２歯列は、前記レバーの第２のつめ石と共働し、これにより脱進機ピニオンを形成する。

本発明の第１実施例の脱進機歯車セットの製造方法の第１ステップを表す図。 本発明の第１実施例の脱進機歯車セットの製造方法の第２ステップを表す図。 本発明の第１実施例の脱進機歯車セットの製造方法の第３ステップを表す図。 本発明の第１実施例の脱進機歯車セットの製造方法の第４ステップを表す図。 本発明の第２実施例の脱進機歯車セットの製造方法の第１ステップを表す図。 本発明の第２実施例の脱進機歯車セットの製造方法の第２ステップを表す図。 本発明の第２実施例の脱進機歯車セットの製造方法の第３ステップを表す図。 本発明の第２実施例の脱進機歯車セットの製造方法の第４ステップを表す図。 本発明の第１変形例の同軸構造の脱進機歯車セットの斜視図。 本発明の第２変形例の同軸構造の脱進機歯車セットの斜視図。 従来の同軸構造の脱進機システムの斜視図。

本発明によれば、第１歯車と第２歯車の間の整合性の問題は、ガンギ車セット１００，１１０を一体にしたシングル・ピースで形成することで、解決できる。従って、歯車の一方の第２歯１１３，１１３’のみが必要である。これにより、２枚の歯車の一方の板部材の大部分は省略できることになる。これにより、ガンギ車セット１００，１００’の質量を減らすことができ、慣性力も減らすことができる。以下の説明においては、同軸のガンギ車を例に説明するが、本発明は、複数の層構造の歯車セットに適用可能である。

図９，１０は、シングル・ピースの同軸の脱進機のガンギ車セット１００，１００’からなる本発明の２つの実施例を示す。このガンギ車セット１００，１００’は、重なり合う２つのパターンを有する。

図９に示す第１実施例によれば、第１パターンは、歯車１０１を形成し、これは図１１の第１ガンギ車１に対応する。第１パターンは、ハブ１０２を形成するプレート１０３を有する。ハブ１０２の中心は、開口１０４を有し、そこからアーム１０６が水平方向に伸びる。アーム１０６の端部が歯１０８を形成する。これが図１１の歯８に対応する。かくして、周囲に第１の歯列を有するプレート１０３が得られる。
図９に示すように、開口１０４は弾性固定手段１０５を有する。この弾性固定手段１０５は、図１１の歯３と半径方向で共働するが、弾性変形により回転可能に歯車１０１に搭載され、その結果、歯車セット１００に搭載されることになる。弾性固定手段１０５は、ハブ１０２の一部をくり抜いて形成された細長い部品で形成される。この細長い部品により、軸真３が把持される、即ちその歯車セット１００が軸真３に固定されるが、これにより、プレート１０３の残りの部分に応力を掛けることはない。

弾性手段の変形例として、例えば、特許文献２の図１０Ａ−１０Ｅに開示された形態、あるいは特許文献３の図２−５に開示された形態も採ることができる。

本発明によれば、図１１に示すように、第２ガンギ車１１を追加するのではなく、歯車セット１００がシングル・ピースであるために、第２パターン１１１は、歯車１０１から突出し、図１１の歯１３に対応する歯１１３を含む第２の歯列によって形成される。

本発明によれば、歯１１３は、互いに独立し、アーム１０６と一体に形成される。図９の実施例においては、歯１１３はアーム１０６と一体に形成されている。そのため、第２歯の列は、プレート１０３のアーム１０６と同数の歯１１３を有する。しかしこの特徴は、本発明の必須事項ではなく、アーム１０６の上に複数の歯１１３を有してもよい。

図１０に示す第２実施例によれば、第１パターンは、歯車１０１’を形成し、これは図１１の第１ガンギ車１に対応する。第１パターンは、ハブ１０２’を形成するプレート１０３’を有する。ハブ１０２’の中心は、開口１０４’を有し、そこからアーム１０６’が水平方向に伸びる。アーム１０６’の端部が歯１０８’を形成する。これが図１１の歯８に対応する。かくして、周囲に第１の歯列を有するプレート１０３’が得られる。

図１０に示すように、開口１０４’は塑性固定手段１０７を有する。この塑性固定手段１０７は、図１１の歯３と半径方向で共働するが、塑性変形により回転可能に歯車１０１’に搭載され、その結果、歯車セット１００’に搭載されることになる。塑性固定手段１０７は、金属製のワッシャで形成される。このワッシャにより、歯車セット１００’が、軸真により塑性変形により、駆動される。これは、プレート１０３’に応力を掛けることはない。

本発明によれば、図１１に示すように、第２ガンギ車１１を追加するのではなく、歯車セット１００’がシングル・ピースであるために、第２パターン１１１’は、歯車１０１’から突出し、図１１の歯１３に対応する歯１１３’を含む第２の歯列によって形成される。

本発明によれば、歯１１３’は、互いに独立し、アーム１０６’と一体に形成される。図１０の実施例においては、歯１１３’はアーム１０６’と一体に形成されている。そのため、第２歯の列は、プレート１０３’のアーム１０６’と同数の歯１１３’を有する。この特徴は本発明の必須事項ではなく、アーム１０６’の上に複数の歯１１３’を有してもよい。

図９，１０の２つの実施例は様々な材料を用いて形成することができる。しかし電子成形可能材料あるいは微細機械加工可能材料が、反応性イオンエッチングとＬＩＧＡ型の電子成形プロセスには好ましい。これらの装置が、同軸のガンギ車セット１００，１００’が適正に動作するのに必要な精度（数ミクロン）で製造することができる唯一のプロセスである。しかし同じような製造許容誤差が、可能な他のプロセスも得られる。

電子成形可能材料の一例は、金、銅、銀、インジュウム、プラチナ、パラジウム、ニッケル等であるが、これに限定されるものではない。他の化合物、例えばスズを少量加えることもできる。機械加工可能な材料は、シリコンカーバイド、結晶シリコン、結晶アルミナ、結晶シリカ等があるが、これも又他の材料も可能である。

２種類の製造方法を、図１−４と図５−７にそれぞれ示す。図１−４は、微細機械加工の主要なステップを表す。本発明の方法の第１ステップは、微細機械加工可能材料製の上部層３３と底部層３５を中間層３４で互いに接着して形成した基板３１を用意する。この種の基板３１は、Ｓ．Ｏ．Ｉ．（Silicon on Insulator）として公知である。

第２ステップにおいて、第１パターン３６が、中間層３４が表れるまで、上部層３３をエッチングして形成される。かくしてプレート１０３，１０３’の周囲にガンギ車セット１００，１００’の第１歯列（歯１０８，１０８’）を形成する。第２ステップにより、ガンギ車セット１００，１００’の第１パターン１０１，１０１’が上部層３３に形成される。

図２において、マスク３７が、例えば光リソグラフ技術を用いて形成され、上部層３３の一部を保護する。その後、点線で示すように、基板３１の上部部分を、Ｄ．Ｒ．Ｉ．Ｅ．（Deep Reactive Ion Etching）で処理する。図３に示すように、ガンギ車セット１００，１００’の第１パターン１０１，１０１’を含む第１パターン３６が、得られる。

第３ステップにおいて、第２パターン３８が、中間層３４が表れるまで、底部層３５をエッチングして形成される。かくして、第２歯列（歯１１３，１１３’）を、ガンギ車セット１００，１００’の第１歯列（歯１０８，１０８’）のプレート１０３，１０３’と一体に形成する。この第３ステップにより、歯車セット１００，１００’の第２パターン１１１，１１１’が、底部層３５に形成される。

図３において、マスク３９が、例えば光リソグラフ技術を用いて形成され、底部層３５の一部を保護する。その後、点線で示すように、基板３１の底部部分を、Ｄ．Ｒ．Ｉ．Ｅ．（Deep Reactive Ion Etching）で処理する。図４に示すように、前のステップで形成された第１レベル１０１，１０１’の一つと一体に形成第２レベル１１１，１１１’を含む第２パターン３８が、得られる。

かくして、基板３１から、２層レベルのガンギ車セット１００，１００’を切り離し、できれば、中間層３４の露出部分を切り離して、ガンギ車セット１００，１００’を最終の脱進機システムに搭載する。ガンギ車セット１００，１００’がシリコンから形成される場合には、更なる酸化ステップが実行して、外部表面に、二酸化シリコンの層を形成し、これにより歯車セットの機械的抵抗性を上げる。

図５−８は、電子成形ステップを表す。本発明の方法の第１ステップは、導電性の上部層を有する基板４１を形成する。この上部層は、絶縁材料の上に導電性材料を堆積することにより、あるいは基板を導電性材料で形成することにより、得られる。

電子成形ステップは、モールドを形成し、その後このモールドを、所定の材料で、例えば電気鋳造法で充填する。この電子成形は、Ｌ．Ｉ．Ｇ．Ａ．（LIthographie, Galvanoformung & Abformung）として公知である。複数のレベルを有するモールドを、ガルバノプラスティ・プロセスの間に形成するか、あるいは全体を形成しその後充填するかによって、様々なＬ．Ｉ．Ｇ．Ａ．プロセスがある。例えばこの技術は、各レベル即ちモールドの各レベルを形成し、それを充填し、次のレベルに移る。複数のレベルを有するシングル・ピースの歯車セットを形成できる電子成形プロセスも可能である。

図５，６に示すように、第１ステップにおいて、モールドの第１レベル４７が、光リソグラフを用いてレジンから形成される。これを図５に示す。少なくとも１つのキャビティが、第１パターン１０１，１０１’にマッチングする形状に形成される、即ちプレート１０３，１０３’の周囲の脱進機のガンギ車セット１００，１００’の第１歯列（第１歯１０８，１０８’）に合う形状に形成される。その後、第１レベルを、金属材料４６で、電子堆積手法を用いて充填する。これを図６に示す。

図７に示すように、第１ステップと同様に、第２レベル４９が第２ステップでレジンから光リソグラフ技術を用いて形成される。リセスが第２パターン１１１，１１１’にマッチングする形状で、即ちガンギ車セット１００，１００’の第２歯列（第２歯１１３，１１３’）に形成され、それは第１レベル４７の前記キャビティと連通する。その後第２レベル４９は金属材料４８の電子堆積技術により充填される。

かくして、基板４１とレジン４７，４９から形成された２層レベルのガンギ車セット１００，１００’を切り離し、ガンギ車セット１００，１００’を最終の脱進機システムに搭載できる。電子成形技術により得られたガンギ車セット１００，１００’の例においては、弾性固定手段１０５又は塑性固定手段１０７は不要である。その理由は、金属材料は、開口１０４，１０４’を介して直接軸真上に堆積可能だからである。

本発明の変形例として、第１パターン１０１，１０１’は、図１１の大輪９を含めることもできる。

上記の実施例は、同軸の脱進機を例に説明したが、本発明は、輪列あるいは更には通常の脱進機の歯車ピニオンでも同様に適用可能である。第１歯１０８，１０８’は、ピニオンの第２歯１１３，１１３’であり、又その逆でもよい。

上記したように、本発明によれば、複数のレベルをシングル・ピースで形成できる。かくして更なるレベルを前記プレートの下に、即ち第２歯１１３，１１３’を搭載する面に対向して、あるいはそのプレートの下に形成することもできる。

以上の説明は、本発明の一実施例に関するもので、この技術分野の当業者であれば、本発明の種々の変形例を考え得るが、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。特許請求の範囲の構成要素の後に記載した括弧内の番号は、図面の部品番号に対応し、発明の容易なる理解の為に付したものであり、発明を限定的に解釈するために用いてはならない。また、同一番号でも明細書と特許請求の範囲の部品名は必ずしも同一ではない。これは上記した理由による。用語「又は」に関して、例えば「Ａ又はＢ」は、「Ａのみ」、「Ｂのみ」ならず、「ＡとＢの両方」を選択することも含む。特に記載のない限り、装置又は手段の数は、単数か複数かを問わない。

１ 第１ガンギ車
３ 軸真
９ 大輪
１１ 第２ガンギ車
１３ 歯
１５ 脱進ピニオン
１７ 中間歯車
１９ ローラ
２１ 衝撃ピン
２３，２４ 衝撃つめ石
２５ レバー
２７ フォーク
２６ 入口つめ石
２８ 出口つめ石
３１ 基板
３３ 上部層
３４ 中間層
３５ 底部層
３６ 第１パターン
３８ 第２パターン
３７ マスク
４１ 基板
４７ 第１レベル
４９ 第２レベル
４８ 金属材料
１０１ 歯車
１０１，１０１’ 第１パターン
１００，１００’ ガンギ車セット
１０２，１０２’ ハブ
１０３，１０３’ プレート
１０４ 開口
１０５ 弾性固定手段
１０７ 塑性固定手段
１０６，１０６’ アーム
１０８，１０８’ 第１歯
１１１，１１１’ 第２パターン
１１３，１１３’ 第２歯

Claims (9)

1. 第１歯列（１０８；１０８’）と第２歯列（１１３、１１３’）とを同軸に有する１枚のプレート（１０３；１０３’）から形成されるシングル・ピースの同軸脱進機のガンギ車セット（１００）において、
   前記プレートは、ハブ（１０２：１０２’）と前記ハブから水平方向に延びる複数本のアーム（１０６；１０６’）とから構成され、
   前記第１歯列は、前記アームの各先端に形成され、
   前記第２歯列は、前記アームと一体に形成され、
   前記第１歯列はピンと第１のつめ石と共働し、前記第２歯列は第２のつめ石と共働し、
   これにより、前記ガンギ車セットの質量を減少させ、前記第１歯列と前記第２歯列の歯が互いに整合する
   ことを特徴とする同軸脱進機のガンギ車セット。
2. 前記第２歯列の各歯は、互いに独立し前記アームから垂直方向に突出している
   ことを特徴とする請求項１記載のガンギ車セット。
3. 前記第２歯列の歯の数は、前記アームの数と同一である
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のガンギ車セット。
4. 前記ハブは、開口（１０４，１０４’）を有し、
   前記開口は、軸真（３）と共働し、
   前記軸真は、前記同軸の脱進機のガンギ車セットを回転可能に搭載する
   ことを特徴とする請求項１−３のいずれかに記載のガンギ車セット。
5. 前記開口は、前記軸真を弾性的に把持する固定手段（１０５）を有する
   ことを特徴とする請求項１−４のいずれかに記載のガンギ車セット。
6. 前記開口は、前記軸真を塑性的に把持する固定手段（１０７）を有する
   ことを特徴とする請求項４記載のガンギ車セット。
7. 前記歯車セットは、金属製又は合金製である
   ことを特徴とする請求項１−６のいずれかに記載のガンギ車セット。
8. 前記歯車セットは、シリコンベースの材料製である
   ことを特徴とする請求項１−６のいずれかに記載のガンギ車セット。
9. 時計の同軸脱進機システムにおいて、
   前記システムは、レバー（２５）を有し、
   前記レバーは、請求項１−８に記載のシングル・ピースの同軸脱進機ガンギ車セット（１００）と共働し、
   前記ガンギ車セット（１００）の第１歯列（１０８）は、テンプと一体形成されたピン（２３）と、前記レバー（２５）の第１のつめ石（２６，２８）と共働し、
   前記第２歯列（１１３）は、前記レバー（２５）の第２のつめ石（２４）と共働し、これにより脱進機ピニオンを形成する
   ことを特徴とする時計の同軸脱進機システム。

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