JP6114858B2 - 計時器用ムーブメントにおける回転メンバーのアーバーを回転させる磁気デバイス - Google Patents

Description

本発明は、回転メンバーのアーバーと、及び計時器用ムーブメント内の所定の回転軸のまわりで前記アーバーを回転させる回転デバイスとを有する計時器アセンブリーに関し、前記回転デバイスは、磁性材料で作られたピボットと引力がはたらく磁石を有する少なくとも１つのアーバー用磁気ベアリングと、及び前記磁石と前記ピボットの間に配置された受け石とを有する。本発明は、より詳細には、前記受け石と前記ピボットとの摩擦係数が実質的に０．１以下であり、前記受け石が形成されている材料の硬度は、５００ＨＶよりも大きい。

計時器用ムーブメントの回転メンバーにおいて永久磁石を使用することは、潜在的には、特に有利である。なぜなら、摩擦を抑えつつ、相当な局所的な力を発生させることが可能になるからである。

計時器用ムーブメント内の所定の回転軸のまわりでアーバーを回転させる磁気的な回転デバイスが知られている。例えば、国際特許出願ＷＯ２０１２／０６２５２４の図１３に示されている計時器においてアーバーを回転させるデバイスである。本出願に添付した図１は、この従来技術の図を再現したものである。図示した回転デバイスは、両端が２つのピボット２、３を形成するようなアーバー１に対して設けられているものである。ピボット２、３は、磁性材料で作られている。図１は、さらに、第１のベアリングと第２のベアリングを示している。これらは、２つのピボット２、３を支持しガイドするように構成している。この２つのベアリングのそれぞれは、セッティング４０、４４と、セッティングにマウントされる永久磁石４、６と、及びこの永久磁石４、６とセッティングの開口との間に挿入されるジュエルキャップ１８、１９とを有する。第１のベアリングと第２のベアリングの磁石４、６は、半径方向の遊びと軸方向の遊びをいくらか有するようにアーバー１が回転軸に保持され、第１及び第２のピボットをそれぞれ引きつけるような向きを有する。

上記の原理に従って動作する計時器機構を信頼性が高く製造するためには、相当に大きい技術的な試練が待ち受けている。なぜなら、寸法構成が非常に小さく、クロノメーター機能を正確にするためには高い空間精度が必要とされるからである。

実際に、ほとんどの天然又は合成の磁性材料は、１ミリメートル以下の寸法構成では不均質である。したがって、この規模における磁場の位置合わせや密度を制御することは困難である。特に、ミクロ永久磁石は、磁気エネルギー密度が最も高く、例えば、ＳｍＣｏ又はＮｄＦｅＢのミクロ磁石は、典型的には、希土類系列の化学的元素の粉末から製造される。これらの粒状構造が１〜１００μｍの寸法構成を有するからである。一般的には、粒子規模に近くなるにしたがって磁場の均質性が問題となる。

図１に示す回転デバイスのタイプの別の課題は、磁石とピボットの間のジュエルキャップ１８、１９の存在に関連するものである。実際に、ジュエルキャップがあることによって、磁石とピボットの間のエアギャップの幅を増加させる効果を有する。磁石の表面から離れるにしたがって磁界強度が急減することが知られている。このような条件において、ジュエルキャップは、磁石によってピボットに対して及ぼされる復帰力の強さを相当に減らすために十分な厚みを有する。

本発明は、回転軸を中心とする小領域に磁束が非常に集中化するように支持表面における磁場分布が高い精度で決められるような回転デバイスを提供することによって、従来技術の前記課題を解決することを目的とする。

本発明は、回転メンバーのアーバーと、及び計時器用ムーブメント内の所定の回転軸のまわりで前記アーバーを回転させる回転デバイスとを有する計時器アセンブリーを提供することによって上記目的を達成する。前記回転デバイスは、磁性材料で作られたピボットと引力がはたらく磁石を有する少なくとも１つのアーバー用磁気ベアリングと、及び前記磁石と前記ピボットの間に配置された受け石とを有する。前記受け石は、硬度が５００ＨＶよりも大きく前記ピボットの材料との摩擦係数が０．１以下であるような材料で形成されている。前記受け石を形成する材料は、透磁率が高い材料であり、前記受け石は、回転軸を含む断面において、前記磁石よりも小さな寸法構成を有し、前記受け石は、前記計時器用ムーブメントにおいて前記所定の回転軸に中心化されるように配置されている。

「透磁率が高い材料」とは、比透磁率の最大値が１０よりも大きく、磁場飽和値が０．５テスラよりも大きいような材料を意味することを明示する。

本発明によると、受け石は、透磁率が高い材料で作られており、磁石と回転軸の間に配置される。これらの条件の下で、磁気的な視点からは、本発明の受け石は、磁極片の役割を果たす。また、磁極片の寸法構成が断面にて磁石よりも小さいので、磁極片は磁束コンセントレーターとしてはたらく。この特徴の結果、本発明によって、一方では、受け石の支持表面における磁界強度を、他方では、磁場の半径方向の勾配を、増加させることが可能になる。このように、本発明の第１の利点は、ピボットに対して半径方向に作用する磁気復帰力を増加させることである。

本発明によると、受け石は、回転軸に集中化するように構成している。さらに、受け石が磁場を高密度化するので、磁場が最も強い領域も回転軸に集中化される。これは、磁石の組み立て時の許容誤差にかかわらずにである。この特徴の利点の１つは、磁石内において押し込む代わりに、接着結合のような精密性が低く制約が少ない手法を用いることができることである。このように、磁石が発生させる磁場に害を与えてしまうリスクが減る。また、前記特徴の第２の利点は、磁石における何らかの磁気的欠陥にかかわらずピボットの集中化の精度が改善するということである。

本発明によると、同じ部品が、受け石と、磁束コンセントレーターと、そして、磁気構造との役割を果たす。それは、磁気アーバーを集中化させる、すなわち、回転軸にアーバーを軸合わせさせる役割である。したがって、本発明の第３の利点は、回転デバイスの寸法構成を大きくせずに、回転軸にピボットを正確に集中化しつつ、磁束を集中化させることである。また、部品の数を減らすことによって、本発明は、設計を単純化し、コストを下げることを可能にする。

添付図面を参照しながらもっぱら例（これに制限されない）として与えられる以下の説明を読むことで、本発明の他の特徴及び利点を理解することができるであろう。

従来技術の磁気回転デバイスの長手方向の断面図である。 本発明の第１の実施形態に係る回転デバイスの概略図である。 本発明の第１の実施形態の変種に対応する耐衝撃性の回転デバイスの部分的な長手方向の断面図である。 本発明の第１の実施形態の変種に対応する耐衝撃性の回転デバイスの部分的な斜視図である。 図３及び４の回転デバイスをどのように計時器用ムーブメントに組み入れることができるかということの例を示す腕時計用ムーブメントの部分的な断面図である。 図６Ａは、図３と同様な部分的な長手方向の断面図であるが、本発明の第２の実施形態の第１の変種に対応する回転デバイスを示している。図６Ｂは、本発明の第２の実施形態の第２の変種に係る回転デバイスの斜視図である。 本発明の第３の実施形態に対応する回転デバイスの概略斜視図である。 図８Ａ及び８Ｂは、図７の実施形態の変種に対応する２つの受け石の概略平面図である。 本発明の第４の実施形態に対応する回転デバイスのベアリングを示す部分的な長手方向の断面図である。

図２は、本発明の第１の実施形態に係る回転デバイスの概略図である。本発明によると、受け石６３は、多機能の受け石である。磁極片の役割も果たすからである。図２を参照すると、永久磁石１０６、磁極構造１１９及びピボット１０３が示されている。磁極構造１１９は、受け石６３によって形成される中心部と、周部、特に、フレーム６１とによって形成されている。本例において、フレーム６１は、概してプレート状であり、その中央には受け石が配置されている。本発明によると、受け石６３は、透磁率が高い材料で作られ、受け石６３を包囲しているフレーム６１を実際の受け石と同じ材料で作ることが好ましい。このような場合、第１の実施形態においてフレームを形成するプレートは、好ましくは、実際の受け石よりも相当に薄い厚みを有する。実際に、プレートの厚みが小さいことによって、他方の磁極の方へと界磁線を戻すシールドにプレートがなることを防ぐ。好ましくは、フレーム６１は、受け石を包囲し厚みが受け石の厚みの１０分の１未満であるような薄板状である。

代わりに、受け石を形成する材料とは異なる材料でフレームを作ることができる。例えば、低い透磁率（特に、非磁性体）を有する材料、すなわち、透磁率が値１に近い材料、を選択することができる。別の第２の場合において、本実施形態においてフレーム６１を形成するプレートは、好ましいことに、受け石６３とほぼ同じ厚みを有し、受け石６３が、フレーム６１の中心に位置する、好ましくは、貫通穴である、穴に挿入されているようにすることができる。

本発明に至る開発に関連して、発明者らは、受け石６３に対して摩擦特性が良好でもあるような磁性材料を見つけた。このようにして、発明者らは、硬い金属と、コバルト又はニッケルのバインダーとを組み合わせて作られる合金を選択した。好ましい変種によると、その硬い金属は、炭化タングステン（ＷＣ）である。好ましい変種によると、受け石を形成する材料は、コバルトを２０〜２５％含有する炭化タングステンとコバルトとの混合体である。代わりに、受け石を形成する材料は、磁性金属性ガラスであることができる。好ましいことに、金属性ガラスは、鉄ベースの金属性ガラスのファミリー（鉄−コバルト−ニッケル）に属する。好ましくは、組成（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）−（Ａｌ，Ｇａ）−（Ｐ，Ｃ，Ｂ，Ｓｉ，Ｇｅ）又は組成（Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ）−（Ｚｒ，Ｎｂ，Ｈｆ，Ｔａ，Ｍｏ，Ｗ）−（Ｐ，Ｃ，Ｂ，Ｓｉ）の金属製ガラスを用いる。別の有利な代替形態として、プラセオジム−ネオジムベースの金属性ガラスを選択するものがある。受け石が作られている材料がこのようなプラセオジム−ネオジムベースの金属性ガラスである場合、組成（Ｎｄ，Ｐｒ）−（Ｆｅ，Ｎｉ，Ｃｕ）−Ａｌの金属性ガラスが好ましい。

図２を再び参照すると、図示した例において、磁極構造１１９が磁石１０６上に直接配置されていることがわかる。磁石１０６と磁極構造１１９は両方とも、直径が同一の円筒状の形態である。しかし、磁極構造の直径が磁石の直径と必ずしも等しくないことを理解できるであろう。例えば、好ましいことに、磁石の直径が０．４〜１．５ｍｍ、その厚みが０．２〜２．０ｍｍであることができる。本発明によると、受け石６３の寸法構成は、回転軸を含む断面において、磁石１０６よりも小さい。さらに、例えば、好ましいことに、受け石の直径が０．１〜０．２ｍｍ、その厚みが８０〜１５０μｍであることができる。最後に、フレーム６１の外径は、例えば、０．１〜１．２ｍｍであることができる。フレームが受け石と同じ材料で作られる場合、その厚みは、好ましくは、４０〜１００μｍである。

図２を再び参照すると、磁極構造の中心にてピボット１０３が受け石６３と直接接触していることがわかる。受け石は、その磁気特性のために、総磁束の相当な割合の磁束を集中させる磁極ディスクとしてはたらく。したがって、ピボット１０３は、そのピボット１０３を磁極構造１１９の中心の方に引きつける磁力の影響を受ける。さらに、上で説明したように、本発明によると、受け石６３は、回転軸に集中化される。これらの条件の下で、アーバー１０１（図３、４及び５）は、受け石によって形成される磁気的集中化構造によって、特定の半径方向の遊びを有するようにして、回転軸にて保持される。

ここで、図３、４及び５を詳細に参照して、本発明の第１の実施形態に対応する設計上の変種を詳細に説明する。この実施形態は、耐衝撃性の回転デバイスに対応する。この図示した回転デバイスは、アーバー１０１を有し、そのアーバー１０１の端が２つのピボット１０２、１０３を形成している。ピボット１０３は磁性材料で作られている。図面には、さらに、ピボット１０３を回転可能に支持しガイドする磁石１０５を有する第１のベアリング１０５と、及び第１のベアリングと同様な磁石１０４を有する第２のベアリングとを示している。以下、第１のベアリングのみを説明する。これは、セッティング１４４と、このセッティング１４４の底部に当接する支持ジュエル１４６と、セッティング１４４内にて支持ジュエル１４６に対してマウントされる永久磁石１０６と、及び磁石１０６とセッティング１４４の開口との間に挿入される磁極構造１１９とを有する。図示した例において、支持ジュエル１４６には、セッティングの底部を閉じることと磁石に対する支持表面としてのふるまい以外には技術的な機能がない。支持ジュエルは、さらに、磁石を隠すことによって装飾機能を満足させる。図面には、支持体１４５を示しており、この支持体１４５の基礎には、ピボット１０３を通すための開口１３５が設けられている。支持体１４５は、セッティング１４４を位置合わせし弾性的に保持するように構成している。このために、セッティング１４４は、支持体１４５における逆円錐型形のハウジング内に弾性手段によって保持される。この弾性手段は、本例においては、ばね１１０によって形成されている。図示した例において、支持体１４５は、環状のリムを有する回転部品である。

本発明によると、受け石６３は、計時器用ムーブメントにおいて回転軸に集中化されるように配置される。本例の実施形態によると、受け石６３がフレーム６１によって位置合わせされ、このフレーム６１がセッティング１４４内にて堅固に保持され、したがって、セッティングが受け石の支持体としてはたらくことがわかるであろう。磁極構造とセッティングを堅固に組み立てる１つの手法は、フレームをセッティングに力ずくで挿入することを伴う。

計時器用ムーブメントに軸方向の衝撃が与えられると、バランススタッフ１０１のピボット１０３は、磁極構造１１９とセッティング１４４を上方に押す。このような場合、ばね１１０のみが、セッティングとバランススタッフをそれらの初期位置に戻すようにはたらく。ばね１１０は、変位に限界があるような寸法構成を有する。これによって、この限界を超えると、スタッフ１０１の肩部が開口１３５の外縁に当接して、このようにして、スタッフの厚い部分が衝撃を吸収することが可能になる。適度な強度の側方衝撃があった場合には、磁石１０６によって発生し受け石６３によって集まる磁場のみが、ピボットをその平衡位置に戻すようにはたらく。なお、ピボットの平衡位置が最大磁界強度に対応し、この最大磁界強度の位置が受け石６３の中心と一致することを理解できるであろう。側方衝撃の強さが特定の限度よりも大きければ、磁場が発生させる力では、ピボット１０３を保持するために十分ではなくなる。そして、ピボットは、開口１３５の外縁に当接する。次に、ピボットの移動距離が開口の外縁によって止められると、磁力によってピボットをその平衡位置に戻すことができる。

図６Ａ、６Ｂは、本発明の特定の第２の実施形態に対応する。図６Ａは、この本発明の回転デバイスの第２の実施形態の部分的な長手方向の断面図である。図６Ｂは、第２の実施形態に対応する概略斜視図である。まず、図６Ｂを参照すると、図示した磁極構造２１９が、概してくぼんだソケット（図において下方に開いている）の形態であることがわかる。図に示すように、磁極構造２１９に形成された空欠部へと永久磁石２０６が下から挿入されている。磁石２０６の上にあるソケットの平坦な底部は、図２に示す磁極構造１１９と同様である。受け石６３は、ソケットの軸における平坦な底部の中心に配置されている。ソケットの残りは、フレーム２１６Ａを形成しており、これは、前の例におけるように、受け石と同じ材料又は受け石とは異なる材料で作ることができる。図示した例において、磁極構造は、円筒対称性を有する。しかし、ソケットは、正方形、楕円、多角形の断面を有する形であることもできることを理解することができるであろう。

図６Ａは、図３と非常に類似している。このために、図３の要素と仮想的には同じ図６Ａのいずれの要素も同じ符号を割り当てており、これらを再びここで説明しない。しかし、磁石２０６が図３の磁石１０６の直径よりも小さな直径を有することには留意するべきである。このことによって、磁極構造２１９のソケットフレーム内にて、磁石２０６を押し込んだり接着させることが可能になる。磁極構造２１９に空欠部が設けられているので、本例の実施形態に係る回転デバイスの磁極構造２１９は、本発明に係る受け石６３を有する磁極構造の機能と、磁石２０６を受けるように構成するセッティングの機能を同時に満足する。したがって、この実施形態の利点の１つは、耐衝撃性ベアリングの構造を単純化するということである。

図７、８Ａ及び８Ｂは、本発明の例示的な第３の実施形態を示している。これらの図にてわかるように、この実施形態によると、磁極構造には、フレームと受け石を分ける環状空間があり、この受け石は、本発明によると、摩擦特性が良好な磁性材料で形成されている。この環状空間を通して少なくとも３つの棒状体がフレームを受け石に接続している。まず、図７を参照すると、永久磁石３０６、磁極構造３１９及びピボット１０３がある（磁極構造３１９を見やすくするためにピボットの端部分を描いていない）。磁極構造３１９が、中央ディスクを定める小さな円筒形によって形成されている受け石６３Ａを定める中心部と、周部ないしフレーム３６１とによって形成されていることがわかる。本実施形態において、フレーム３６１は、概してリング状であり、これは、少なくとも３つのアーム３６５によって受け石６３Ａに接続されている。

なお、フレーム３６１とアーム３６５は、実際の受け石と同じ材料で作ることができる。この場合、受け石とフレームの間の環状空間の存在によって、シールドを形成する磁極構造が界磁線を他方の磁極の方に戻すことを防ぐことができる。したがって、第３の実施形態によって、フレームが受け石と同じ材料で作られていても、フレームを厚く、したがって、より堅固にすることができる。代わりに、受け石を形成する材料とは異なる材料でフレーム３６１とアーム３６５を作ることができる。

ここで、図８Ａを詳細に参照すると、図示した磁極構造が、フレーム３７１と受け石７３を有し、これらが４つの接続要素３７５によって互いに接続されていることがわかる。図示されているように、図示した接続要素は、円孤状に曲げられた小さな棒状体の形態である。図示した変種において、小さな棒状体３７５の曲がりは、中心部と周部の間に弾性接続を形成する。実際に、フレーム３７１は受け石７３のまわりに配置されており、これによって、受け石７３を支えている。このような状態で、アームの弾性によって、受け石をフレームの中心にて適所に弾性的に保持することが可能になる。したがって、例えば、フレームがセッティングに挿入されるときにフレームが変形したとしても、受け石は、その中心位置を磁極構造のフレーム及びセッティングに対して実質的に保持する。このようにして、弾性アームによって、受け石の「自動集中化」をある程度確実にすることができることを理解できるであろう。

ここで、図８Ｂを参照すると、図示したセンター化構造が、フレーム３８１と受け石８３を有し、これらが３つの接続要素３８５によって互いに接続されていることがわかる。図でわかるように、図示した接続要素は、Ｓ字形に曲がっている小さな棒状体の形態である。前の変種におけるように、図示した変種において、小さな棒状体３８５の曲がりが、中心部と周部の間の接続の弾性を増加させる効果を有することがわかるであろう。

図９は、本発明の第４の実施形態に対応する回転デバイスのベアリングを示す部分的な長手方向の断面図である。この第４の実施形態の特色の１つは、磁極構造に周部のフレームがないが、磁極構造が、回転軸を含む断面における寸法構成が磁石の寸法構成よりも小さいような受け石に制限されていることである。図において、磁石４０６及びこの磁石４０６上に直接接合された受け石４６３が示されている。受け石４６３は、本発明によれば、摩擦特性が良好な磁性材料で形成されている。

６１、２６１、３６１、３７１、３８１ フレーム
６３、６３Ａ、７３、８３、４６３ 受け石
１０１ アーバー
１０３ ピボット
１０５、２０５ 磁気ベアリング
１０６、２０６、３０６、４０６ 磁石
１１９、２１９、３１９ 磁極構造
３６５、３７５、３８５ アーム

Claims (11)

1. 回転メンバーのアーバー（１０１）と、及び計時器用ムーブメント内の所定の回転軸のまわりで前記アーバー（１０１）を回転させる回転デバイスとを有する計時器アセンブリーであって、
   前記回転デバイスは、磁性材料で作られたピボット（１０３）と引力がはたらく磁石（１０６、２０６、３０６、４０６）を有する少なくとも１つのアーバー用磁気ベアリング（１０５、２０５）と、及び
   前記磁石と前記ピボットの間に配置された受け石（６３、６３Ａ、７３、８３、４６３）とを有し、
   前記受け石は、硬度が５００ＨＶよりも大きく前記ピボットの材料との摩擦係数が０．１以下であるような材料で形成されており、
   前記受け石を形成する材料は、透磁率が高い材料であり、
   前記受け石は、回転軸を含む断面において、前記磁石よりも小さな寸法構成を有し、
   前記受け石は、前記計時器用ムーブメントにおいて前記所定の回転軸に中心化されるように配置されている
   ことを特徴とする計時器アセンブリー。
2. 前記磁気ベアリング（１０５、２０５）は、前記受け石（６３、７３、８３）を有する磁極構造（１１９、２１９、３１９）と、及び前記受け石のまわりで配置されるフレーム（６１、２６１、３６１）とを有し、
   前記受け石は、前記計時器用ムーブメントの支持体に固定されたフレームによって前記所定の回転軸に集中化されるように保持されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の計時器アセンブリー。
3. 前記フレーム（６１、２６１、３６１）と前記受け石（６３、７３、８３）は、一体化されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の計時器アセンブリー。
4. 前記フレーム（６１）は、前記受け石（６３）を包囲する薄板の形態であり、その厚みは、前記受け石の厚みの１０分の１未満であり、
   前記プレートは、前記磁石の表面に対向するように配置されている
   ことを特徴とする請求項３に記載の計時器アセンブリー。
5. 前記磁極構造（２１９）は、ソケットの形態であり、このソケットの端面に前記受け石が配置されており、
   このソケットの内部にて前記磁石（２０６）がマウントされており、これによって、前記受け石は、前記磁石の表面に当接している
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の計時器アセンブリー。
6. 前記磁極構造（３１９）は、前記フレーム（３６１、３７１、３８１）を前記受け石（６３、７３、８３）から分ける環状空間と、及び前記環状空間を通して前記受け石に前記フレームを接続する少なくとも３つのアーム（３６５、３７５、３８５）とを有する
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の計時器アセンブリー。
7. 前記受け石に前記フレームを接続する前記アームは、弾性を有する
   ことを特徴とする請求項６に記載の計時器アセンブリー。
8. 前記フレーム（６１、２６１、３６１）は、実質的に非磁性の材料によって形成されている
   ことを特徴とする請求項２に記載の計時器アセンブリー。
9. 高透磁率を有する前記受け石の材料は、硬い金属と、コバルト又はニッケルとの混合体によって形成されている
   ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の計時器アセンブリー。
10. 選択される前記硬い金属は、炭化タングステン（ＷＣ）であり、前記バインダーは、コバルトであり、
    前記混合体におけるコバルトの割合は、実質的に２０％〜２５％である
    ことを特徴とする請求項９に記載の計時器アセンブリー。
11. 前記受け石を形成する透磁率が高い材料は、磁性金属性ガラスである
    ことを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の計時器アセンブリー。

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