JP6465692B2 - 調速機 - Google Patents

Description

本発明は、ひげぜんまいを備える時計用の調速機に関し、特に調速機の歩度を調整する調整機構の改良に関する。

従来から機械式時計は、歩度（一日あたりの時計の進み又は遅れの程度）を一定に保つために、ひげぜんまいとてん輪等によって構成する調速機（てんぷ）が用いられている。ひげぜんまいは、よく知られているように、細いバネ材を渦巻き状に加工した構成であり、そのバネ力による伸縮によって、調速機は規則正しく往復運動を行う。

さらに調速機には、がんぎ車とアンクルとで構成される脱進機という機構が接続されており、ひげぜんまいからエネルギーが伝達されて、調速機の往復運動が回転運動に変換される。調速機のひげぜんまいは、通常、金属を加工して形成され、このため、その加工精度のばらつきや金属が有する内部応力の影響などによって、設計通りの形状や特性が得られない場合が多い。

しかし、ひげぜんまいは規則的に所定の歩度で調速機を往復運動させる必要があるので、形状や特性にばらつきがあると、必要とされる歩度精度や等時性が得られず、結果として時計の歩度ずれが生じてしまう。この歩度ずれを調整する手段として、緩急針調整機構（以下、緩急針と略す）と称される調整機構が広く用いられている。

図９は、緩急針を備えた従来のひげぜんまいによる調速機の一例である。図９において、調速機１００は、ひげぜんまい１０１、緩急針１１０、てん輪１１１、てん真１１２、てんぷ受１１３などによって構成される。

ひげぜんまい１０１は、一端を回転軸であるてん真１１２に接続するひげ玉（図示せず）と、他端をてんぷ受１１３に固定するためのひげ持１０２に接続し、ひげ玉の周囲に巻回されるぜんまい部１０３を有している。また、てん輪１１１は、回転軸であるてん真１１２を介してひげぜんまい１０１に接続され、ひげぜんまい１０１のバネ力によって往復回転運動を行う。

ひげぜんまい１０１は、平面的にフラットな形状を有している。例えば、図示しないひげ玉からひげ持１０２に至るぜんまい部１０３が、略同じ厚さを有している。このような平たいひげぜんまいは、平ひげぜんまいと呼ばれている。

また、ひげぜんまい１０１の外周部１０４は、緩急針１１０のひげ棒１１０ａとひげ受１１０ｂとに挟まれており、緩急針１１０を矢印Ｒで示すいずれかの方向に動かすことで、ひげぜんまい１０１の有効長が変化し、バネ定数が変わることで、ひげぜんまい１０１の振動周期（調速機１００の歩度）が調整される。

ここで、緩急針１１０がぜんまい部１０３に接触しないように、ひげぜんまい１０１の外周部１０４は、折り曲げ部１０５で外側に折り曲げられており、この外周部１０４の先端にひげ持１０２が接続されている。

このように、従来の調速機１００は、金属材料によるひげぜんまい１０１を緩急針１１０によって有効長を変えることで歩度調整を実現していた。

また近年、金属材料では無く、水晶やシリコン等の結晶構造を有する材料を用いて、エッチング技術により、ひげぜんまいを製造する提案がなされている。このエッチング加工技術は、よく知られているように、結晶材料を高精度に加工することが可能であり、一般的な金属によるひげぜんまいよりも加工精度のばらつきが少ない等の利点がある。

また、調速機のひげぜんまい自体の歩度精度や等時性を向上する試みもなされており、平ひげぜんまいとは異なる形状のひげぜんまいの提案もなされている。例えば、線状のばね材が内側から外側上方に拡径しながら巻き回されて杯形状を有するひげぜんまいである（例えば、特許文献１参照。）。

この特許文献１に示した従来技術のひげぜんまいは、ばね材が平面視で交差する交差部において１巻目のばね材と２巻目のばね材とは離間しており、ひげぜんまいの外周の端部の下方に空間が確保される特徴を有している。このため、いわゆるブレゲひげぜんまいのように、ばね材の端部を上方（渦巻の垂直方向）に持ち上げることなく、ばね材の外側の端部にひげ持を取り付けることができ、端部を上方に無理に持ち上げる必要がないので、加工が簡単で、且つ、ばね材が残留応力によって経時的に変形することを防止できることが示されている。

特開２０１４−１６０００１号公報（第５頁、図１）

従来の調速機（図９参照）は、前述したように、ひげぜんまい１０１の外周部１０４が、緩急針１１０のひげ棒１１０ａとひげ受１１０ｂとに挟まれており、外周部１０４と緩急針１１０とが常に接触している。ひげぜんまい１０１の中心部分は、てん真１１２に図示しないひげ玉により接続しているため、ひげぜんまい１０１の重心が移動してしまい、伸縮運動に伴う偏心が生じる。このため、等時性の低下や姿勢差の増大などの問題がある。

また、前述したように、ひげぜんまい１０１の外周部１０４は、折り曲げ部１０５で外側に大きく折り曲げられているが、この折り曲げ部１０５は、残留応力によって経時的に変形しやすく、ひげぜんまい１０１が変形すると、振動周期が変化して歩度精度や等時性の低下等が生じて問題となる。

また、緩急機構による歩度調整は、非常に小さな部品である緩急針を操作しなければならず、また、緩急針の移動量に対する歩度の変化量にばらつき等があり、時計の歩度調整にはかなりの熟練が必要であって、歩度調整作業が煩わしく難しいという課題もある。

また、ひげぜんまいの材料が水晶やシリコンである場合、水晶やシリコンは脆性材料であるので、耐衝撃性に問題がある。したがって、水晶やシリコンによるひげぜんまいに緩急針を取り付けると、時計に外部から衝撃が加わった場合、その衝撃によって、ひげぜんまいの外周部がひげ棒等に強く接触し、割れやひびが生じて、ひげぜんまいが破損してしまう場合がある。このため、水晶やシリコンを材料とするひげぜんまいに対して、実質的には緩急針を取り付けられず、脆性材料を用いたひげぜんまいに適する歩度調整機構が求められている。

また、特許文献１のひげぜんまいにおいても、振動周期（歩度）の調整は必ず必要であり、従来のひげぜんまいと同様な緩急機構（図９参照）をひげぜんまいの外周部に取り付
ける必要がある。このため、ひげぜんまい自身は、杯形状によって偏心が減り、歩度精度や等時性が向上したとしても、緩急針を取り付けることで生じる重心移動による性能低下や歩度調整作業の煩わしさは避けられない。そして、ひげぜんまいの材料として水晶やシリコンなどを用いた場合の問題も解決されない。

本発明の目的は上記課題を解決し、緩急針を使用せずに、ひげぜんまいの振動周期を単純な構造で簡単に調整できる調速機を提供することである。

上記課題を解決するために、本発明の調速機は下記記載の構成を採用する。

本発明の調速機は、一端を回転軸体と接続するための貫通孔を有するひげ玉に接続し、他端を他の部材に固定するためのひげ持に接続し、ひげ玉の周囲に拡径しながら巻回されるぜんまい部を有するひげぜんまいを備える時計用の調速機であって、ひげ持を回転軸体の軸方向に移動させ、ひげ玉とひげ持との相対距離を変更する、移動手段を有し、移動手段は、温度により変形する部材を含むことを特徴とする。

本発明の調速機により、ひげ玉とひげ持との相対距離を変更する移動手段を設けることで、ひげぜんまいの断面二次モーメントを変化させてバネ定数を調整し、ひげぜんまいの振動周期を簡単に調整できる調速機を提供できる。
また、移動手段は、温度により変形する部材を含むことにより、環境温度の変化によって、ひげぜんまいの材料ヤング率などが変化して調速機の歩度が変動する現象を、ひげ玉とひげ持との相対距離を温度に応じて変更することで補正し、温度変化に対して歩度の安定性を高めた調速機を提供できる。

なお、ここでいうひげぜんまいの断面二次モーメントとは、ひげぜんまい断面の図心（重心位置）を通る高さ方向（回転軸体の軸方向）の軸に関する断面二次モーメントのことである。以後の説明にあっても同様である。

また、移動手段により、ひげ持は、回転軸体の軸方向と平行に移動してもよい。

これにより、ひげ持を回転軸体の軸方向と平行に移動することで、ひげぜんまいの重心を変化させることなく振動周期を調整できるので、等時性に優れ、姿勢差の少ない調速機を実現できる。

本発明の調速機によれば、ひげ玉とひげ持との相対距離を変更する移動手段を設けることで、ひげぜんまいの断面二次モーメントを変化させてバネ定数を調整し、ひげぜんまいの振動周期を簡単に調整できる調速機を提供できる。これにより、緩急針を用いることなく調速機の歩度を調整できるので、緩急針による様々な弊害を排除し、耐衝撃性に優れた調速機を実現できる。

本発明の調速機に用いられる巻回が平坦な平ひげぜんまいの一例を示す説明図である。 本発明の調速機に用いられる巻回がすり鉢形状のひげぜんまいの一例を示す説明図である。 本発明の調速機に用いられるひげぜんまいの断面のねじれ角に応じた断面二次モーメント比の一例を示すグラフである。 本発明の第１の実施形態に係わる調速機の側面図と拡大断面図である。 本発明の第１の実施形態に係わる調速機の歩度調整動作を説明する側面図である。 本発明の第２の実施形態に係わる調速機の構成と温度補正動作を説明する側面図である。 本発明の第２の実施形態に係わる調速機の温度補正による歩度の改善を説明するグラフである。 本発明の第２の実施形態の変形例に係わる調速機の構成と温度補正動作を説明する側面図である。 従来のひげぜんまいを用いた調速機の説明図である。

以下、図面に基づいて本発明の調速機の具体的な実施形態を詳述する。
説明にあっては、その説明及び図は一例であって、これに限定されるものではない。また、図面における寸法や形状は実際の形状を正確に反映したものではなく、図面を見やすく、または、理解しやすくするため一部誇張して模式的に記載している。また、発明に直接関係しない一部の要素は省略し、各実施形態において重複する説明は省略するものとする。そして、同一の構成には同一の番号を付与しており、説明を省略している。

［実施形態の特徴］
第１の実施形態の特徴は、ひげ玉とひげ持との相対距離を変更する移動手段にネジ機構を用い、手動によってひげ玉とひげ持との相対距離を変更して調速機の歩度を調整するものである。
第２の実施形態の特徴は、ひげ玉とひげ持との相対距離を変更する移動手段に温度により変形する部材を含み、温度変化に応じて、ひげ玉とひげ持との相対距離を変更して、調速機の歩度の温度特性を補正するものである。

［ひげぜんまいの振動周期の説明：図１〜図３］
まず、各実施形態で使用するひげぜんまいの振動周期について、公知ではあるが本発明を理解する助けとなるので図１〜図３を用いて説明する。図１は巻回が平坦なひげぜんまいを示しており、図１（ａ）は、ひげぜんまいの斜視図であり、図１（ｂ）はひげぜんまいの側面図であり、図１（ｃ）は、ひげぜんまいのぜんまい部の一部の拡大断面図である。

図１（ａ）において、符号１は各実施形態で使用するひげぜんまいである。ひげぜんまい１は、一端を回転軸体であるてん真（ここでは図示せず）に接続するひげ玉２と、他端をてんぷ受（図示せず）に固定するためのひげ持３に接続し、ひげ玉２の周囲に拡径しながら巻回されるぜんまい部４を有している。符号２ａは、ひげ玉２が図示しないてん真と嵌合する貫通孔であり、符号３ａはひげ持が図示しない他の部材と嵌合する貫通孔である。

ひげぜんまい１は、フリーな状態では巻回が平坦なひげぜんまいであり、平ひげぜんまいと同じ形状である。ぜんまい部４の巻回は平坦であって、図１（ｂ）に示すように、ひげぜんまい１のひげ玉２とひげ持３との回転軸Ａ方向（高さ方向）の相対距離は略ゼロである。

ここで、図１（ｃ）に示すように、ぜんまい部４は、前述したように、巻回が平坦であるので、ぜんまい部４には、ねじりモーメントが発生せず、ぜんまい部４の断面４ａは、ひげぜんまい１の回転軸Ａに対して平行であり、角度を持たない。この条件で、ぜんまい
部４の断面４ａの厚みをｂ、高さをｈとすると、ぜんまい部４の断面二次モーメントＩ１は、次の数１で表される。

次に図２は、ひげ玉２とひげ持３とを回転軸Ａの軸方向に移動させて、ひげ玉２とひげ持３が回転軸Ａ方向に所定の距離だけ離れているすり鉢形状のひげぜんまいを示している。ここで、図２（ａ）は、ひげぜんまいの斜視図であり、図２（ｂ）はひげぜんまいの側面図であり、図２（ｃ）は、ひげぜんまいのぜんまい部の一部の拡大断面図である。

図２（ａ）と図２（ｂ）において、ひげぜんまい１のひげ玉２とひげ持３は、回転軸Ａ方向に所定の相対距離Ｈだけ離れているので、ぜんまい部４は、ひげ玉２とひげ持３の間で、回転軸Ａ方向に変位し、すり鉢状の形状となる。

ここで図２（ｃ）に示すように、ぜんまい部４が回転軸Ａ方向に変位し、すり鉢状になると、ぜんまい部４の断面４ａは、図示するようにねじりモーメントＭを受けて傾斜し、回転軸Ａに対して所定のねじれ角θを有するようになる。この条件で、ぜんまい部４の断面４ａの厚みをｂ、高さをｈとすると、ぜんまい部４の断面二次モーメントＩ２は、次の数２で表される。

すなわち、傾斜したぜんまい部４の断面４ａの断面二次モーメントＩ２は、ねじれ角θの関数で表される。なお、断面４ａのねじれ角θは一定ではなく、ぜんまい部４の巻回の位置（回転軸Ａからの距離）によって異なるが、ひげ玉２とひげ持３の相対距離Ｈが広がるほど、ねじりモーメントＭが増加するので、ねじれ角θは大きくなる。

次に図３のグラフは、図１に示す平坦なひげぜんまい１の断面二次モーメントＩ１と、図２に示すすり鉢形状のひげぜんまい１の断面二次モーメントＩ２との比が、断面４ａのねじれ角θによって、どのように変化するかの一例を示している。ここで、グラフの横軸は、ぜんまい部４の断面４ａの回転軸Ａに対するねじれ角θであり、縦軸は、断面二次モーメント比（Ｉ２／Ｉ１）である。

この図３のグラフから、断面４ａのねじれ角θが大きくなると、断面二次モーメント比
が増加することが理解できる。そして、ひげぜんまい１のバネ定数ｋは、ひげぜんまい１の断面二次モーメントＩと、ひげぜんまい１の弾性率Ｅと、ひげぜんまい１の有効長Ｌと、によって次の数３で表される。

すなわち、ひげぜんまい１のバネ定数ｋは、断面二次モーメントＩの関数で表され、断面二次モーメントＩに比例してバネ定数ｋも増加する。

さらに、ひげぜんまい１の往復運動の振動周期Ｔは、前述したバネ定数ｋと、ひげぜんまい１に接続されるてん輪（図９参照）の慣性モーメントＩと、によって次の数４で表される。

すなわち、ひげぜんまい１の振動周期Ｔは、バネ定数ｋの関数で表され、バネ定数ｋが増加すると、振動周期Ｔは短くなる。

以上のことから、図１で示すように巻回が平坦なひげぜんまい１を、図２で示すように、何らかの手段によって、ひげ玉２とひげ持３との相対距離を回転軸Ａ方向に移動させ、ひげぜんまい１の巻回をすり鉢状にするならば、ねじりモーメントＭが発生して断面４ａのねじれ角θが大きくなる。その結果、断面二次モーメントＩが増加してバネ定数ｋを大きくし、ひげぜんまい１の振動周期Ｔを短くする（すなわち、調速機の歩度を速くする）ことが可能となる。

本発明は以上のような原理に基づき、ひげぜんまいのひげ玉とひげ持とを移動手段によって回転軸方向に移動させ、相対距離を変更することで、断面二次モーメントを変化させ、ひげぜんまいの振動周期Ｔを変えて、調速機の歩度を調整することが大きな特徴である。

［第１の実施形態の調速機の構成説明：図４］
第１の実施形態の調速機の構成を、図４を用いて説明する。
図４（ａ）は、第１の実施形態の調速機の側面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）に示す領域Ｂを拡大した断面図である。なお、第１の実施形態のひげぜんまいの構成は、前述したひげぜんまいの振動周期の説明図（図１、図２）で示したひげぜんまい１と同一構成であるので、同一番号を付して説明する。

図４（ａ）において、符号１０は、第１の実施形態の調速機である。調速機１０は、ひげぜんまい１、てん真１１、てん輪１２、てんぷ受１３、移動手段２０などによって構成される。ひげぜんまい１は、巻回が平坦な平ひげぜんまいであり、前述したように、一端を回転軸体であるてん真１１に接続するひげ玉２と、他端を他の部材であるてんぷ受１３に固定するためのひげ持３に接続し、ひげ玉２の周囲に拡径しながら巻回されるぜんまい部４を有している。符号２０は、移動手段である。

ひげ玉２は、てん真１１と接続するための貫通孔２ａ（図４には省略）を有しており、てん真１１は、ひげ玉２の貫通孔２ａに填め込まれ嵌合して、ひげぜんまい１とてん真１１が接続し、一体化される。なお、ひげぜんまい１は、平ひげぜんまいに限定されず、初めから所定の深さのすり鉢形状に形成したすり鉢型ひげぜんまいでもよい。

てん輪１２は、輪形状であって、その回転中心がてん真１１に接続され、ひげぜんまい１のバネ力によって往復回転運動を行う。

てん真１１の一端（図面上の上部）は、てんぷ受１３の図示しない穴によって受けられ、回転可能に保持されている。また、てん真１１の他端（図面上の下部）は、図示しないが、時計の地板などの穴によって受けられ、回転可能に保持されている。なお、てん真１１には、調速機１０の往復運動を回転運動に変換するための振り石等が取り付けられているが、本発明に直接係わらないので説明は省略する。

次に、本発明の特徴である第１の実施形態の移動手段２０の構成を、図４（ｂ）を用いて説明する。
図４（ｂ）において、移動手段２０は、てんぷ受１３の所定の箇所に雌ネジが形成されたネジ穴２１が配置され、このネジ穴２１に、雄ネジが形成された移動部材２２がねじ込まれて配置される。なお、ネジ穴２１は、平面視でひげぜんまい１のひげ持３の貫通孔３ａの位置と等しい位置に、てん真１１の軸方向と平行になるように形成される。

移動部材２２は、雄ネジが形成された棒状のネジ部２２ａを有しており、このネジ部２２ａが前述のてんぷ受１３のネジ穴２１にねじ込まれている。また、移動部材２２の先端には円形のネジ頭２３が形成されており、ネジ頭２３にはスリット２３ａが形成されている。このスリット２３ａに小型ドライバ等（図示せず）を填め込んで矢印Ｃの方向（右回り又は左回り）に回転することで、移動部材２２をてんぷ受１３に対して矢印Ｄの方向に上下移動させることができる。

また、移動部材２２の端部２２ｂ（図面上の下部）は、ネジは形成されず、ひげぜんまい１のひげ持３の貫通孔３ａに填め込まれ、ワッシャー状の止め部材２４が端部２２ｂに嵌合または接着等によって固定されている。もちろん、止め部材２４を省略して、端部２２ｂとひげ持３とを接着剤等で直接接続してもよい。
この構成によって、ひげぜんまい１のひげ持３は、移動部材２２によって下方向が規制されることになる。

すなわち、ひげぜんまい１のひげ持３は、バネ力によって、ひげ玉２が位置する方向（図４（ａ）矢印Ｆ方向）に戻ろうとする力が働くが、移動部材２２が回転されて、図４（ｂ）で示す矢印Ｄ方向に上下に移動すると、ひげ持３は、移動部材２２と共に一体的に上
下に移動することになる。また、移動部材２２は、回転軸体であるてん真１１の軸方向と平行に移動するので、移動部材２２と一体的に移動するひげ持３も、てん真１１の軸方向と平行に移動することができる。

［第１の実施形態の調速機の歩度調整動作の説明：図４、図５］
次に、第１の実施形態の調速機の歩度調整動作を、図４と図５とを用いて説明する。
なお、図５（ａ）は移動部材２２を最も下部に移動させてひげぜんまい１を平坦にした場合の調速機１０の側面図であり、図５（ｂ）は移動部材２２を最も上部に移動させてひげぜんまい１をすり鉢状に大きく変形させた場合の調速機１０の側面図である。

図４（ｂ）において、移動部材２２のネジ頭２３をドライバ等で右回転させて、移動部材２２を図面上の下方向に移動させると、前述したように、ひげぜんまい１のひげ持３も下方向に移動するので、ひげぜんまい１は、すり鉢形状が浅くなる。そして、移動部材２２を最も下部に移動させると、図５（ａ）に示すように、ひげぜんまい１のひげ玉２とひげ持３との相対距離は略ゼロとなって、ひげぜんまい１は平坦になる。

その結果、ひげぜんまい１が受けるねじりモーメントＭが略ゼロになるので、断面４ａのねじれ角θは略ゼロになる（図１参照）。これにより、断面二次モーメントＩは最小なり（数１及び図３参照）、バネ定数ｋが減少し（数３参照）、ひげぜんまい１の振動周期Ｔが長くなるので（数４参照）、調速機１０の歩度は最も遅くなるように調整される。

また、図４（ｂ）において、移動部材２２のネジ頭２３をドライバ等で左回転させて、移動部材２２を図面上の上方向に移動させると、前述したように、ひげぜんまい１のひげ持３も上方向に移動するので、ひげぜんまい１は、すり鉢形状が深くなる。そして、移動部材２２を最も上部に移動させると、図５（ｂ）に示すように、ひげぜんまい１のひげ玉２とひげ持３との相対距離Ｈは所定の範囲内で最大となり、ひげぜんまい１のすり鉢形状は最も深くなる。

その結果、ひげぜんまい１が受けるねじりモーメントＭが大きくなるので、断面４ａのねじれ角θは増加する（図２参照）。これにより、断面二次モーメントＩは所定の範囲内で最大となり（数２及び図３参照）、バネ定数ｋが増加し（数３参照）、ひげぜんまい１の振動周期Ｔが短くなるので（数４参照）、調速機１０の歩度は最も速くなるように調整される。

このように、調速機１０の移動部材２２を回転させて、ひげぜんまい１のひげ持３を、図５（ａ）で示す位置から、図５（ｂ）で示す位置の範囲に任意に移動させることで、ひげぜんまい１の断面二次モーメントＩを変化させて、調速機１０の歩度を調整することができる。

すなわち、調速機１０を時計（図示せず）に組み込んで歩度を調整する場合、作業者は、時計を歩度測定器（図示せず）にかけて、歩度が遅い場合は、ドライバ等の工具を用いて移動部材２２のネジ頭２３を左回転させ、ひげ玉２とひげ持３の相対距離Ｈを広げて、ひげぜんまい１のすり鉢形状を深くし、歩度が進む方向に調整すれば良い。また、歩度が速い場合は、移動部材２２のネジ頭２３を右回転させ、ひげ玉２とひげ持３の相対距離Ｈを狭めて、ひげぜんまい１を平坦に近づけ、歩度が遅れる方向に調整すれば良い。

なお、調速機１０の歩度の調整範囲は、移動部材２２のネジ部２２ａの長さと、てんぷ受１３とてん輪１２との高さ方向の距離によって決定される。すなわち、歩度の調整範囲を広くする場合は、てんぷ受１３とてん輪１２との距離を広げて、ひげぜんまい１が深いすり鉢状になれるようにスペースを確保し、且つ、その距離に応じて移動部材２２のネジ
部２２ａを長くすればよい。

また、歩度の調整の細かさは、移動部材２２のネジ部２２ａと、てんぷ受１３に形成されるネジ穴２１と、のネジのピッチに依存する。すなわち、歩度の調整を細かく精密するには、ネジのピッチを狭くし、移動部材２２の１回転に対する上下の移動量を少なくすることで実現できる。

なお、図示はしないが、歩度の調整が済んだ後に、移動部材２２とテンプ受１３とを固定してもよい。固定は、いわゆるロックナットをネジ部２２ａに嵌合させて移動部材２２の回転を規制するか、接着剤等で固定する。そのようにすれば、時計に係る振動等により移動部材２２が意図せずに回転してしまい、ひげぜんまい１のひげ玉２とひげ持３との相対距離Ｈが変わってしまうことがない。

以上のように、第１の実施形態の調速機によれば、ドライバ等の簡単な工具によって、移動部材２２を右又は左に回転させるだけで、ひげ玉２とひげ持３との相対距離を変更することができ、その結果、ひげぜんまい１の断面二次モーメントＩを変化させてバネ定数ｋを調整し、ひげぜんまいの振動周期Ｔ（すなわち歩度）を簡単に調整できる調速機を提供できる。

また、第１の実施形態の調速機は、従来例のような緩急針を必要とせず、ひげぜんまいの全体をフリーな状態に保てるので、ひげぜんまいに大きな衝撃が加わる可能性を激減させることができる。このため、ひげぜんまいの材料に水晶やシリコンを用いることが可能となり、量産性に優れ、特性が揃った調速機を提供できる。

また、ひげ持３は、てん真１１の軸方向と平行に移動するので、ひげぜんまいの重心を変化させることなく振動周期を調整でき、等時性に優れ、姿勢差の少ない調速機を実現できる。

［第２の実施形態の調速機の構成説明：図６］
次に、歩度の温度特性を補正する手段を備えた第２の実施形態の調速機の構成を、図６を用いて説明する。
図６（ａ）は、第２の実施形態の常温時での調速機の側面図であり、図６（ｂ）は第２の実施形態の高温時（低温時）での調速機の側面図である。なお、第２の実施形態の調速機の構成の一部は、第１の実施形態の調速機１０と同様であるので、同一要素には同一番号を付している。

ここで、第２の実施形態の調速機を説明する前に、調速機の温度特性の一例を説明する。調速機の温度特性は、使用されるひげぜんまいやてん輪の材料等によって異なるが、一般的に環境温度が高くなると、ひげぜんまいの材料ヤング率の低下によってバネ定数ｋが低下し、その結果、前述した数４に基づいて、振動周期Ｔが長くなる。

また、てん輪に関しては、環境温度が高くなると、てん輪の材料の熱膨張によって径がわずかに大きくなるので、慣性モーメントＩが増加し、その結果、前述した数４に基づいて、振動周期Ｔが長くなる。従って調速機は一般的に、環境温度が高くなると歩度が遅れ、また、環境温度が低くなると歩度が速くなるという温度特性を有している。

第２の実施形態の調速機は、このような調速機の温度特性を補正するものであり、移動手段に、温度により変形する部材を含み、ひげぜんまいのひげ玉とひげ持との相対距離を温度に応じて変更し、環境温度の変化による歩度の変動を低減するものである。

まず、図６（ａ）を用いて第２の実施形態の調速機の構成を説明する。
図６（ａ）において、符号３０は第２の実施形態の調速機である。調速機３０は、ひげぜんまい１、てん真１１、てん輪１２、てんぷ受１３、移動手段４０などによって構成される。ひげぜんまい１、てん真１１、てん輪１２の構成は、第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。

図６（ａ）に示す移動手段４０は、温度により変形するバイメタル４１、接続部材４２等によって構成される。バイメタル４１の一端は固定部材３１に固定されており、バイメタル４１の他端には、平面視でひげぜんまい１のひげ持３の貫通孔３ａと等しい位置に、貫通孔４１ａが形成されている。固定部材３１は、てんぷ受１３を固定し、図示しないが、時計の地板に固定されている。なお、固定部材３１は、てんぷ受１３、又は地板と一体でもよい。

また、てんぷ受１３は、てん真１１を図示しない手段で受けていると共に、平面視でひげぜんまい１のひげ持３の貫通孔３ａと等しい位置に、貫通孔１３ａが形成されている。接続部材４２は、棒状の部材であり、バイメタル４１の貫通孔４１ａと、てんぷ受１３の貫通孔１３ａとを通過し、さらに、ひげぜんまい１のひげ持３の貫通孔３ａを通過する。

接続部材４２の図面上の上部には、バイメタル４１の貫通孔４１ａの径より大きい止め部材４２ａが配置され、接続部材４２が貫通孔４１ａから抜けないように構成される。また、接続部材４２の図面上の下部には、ひげ持３の貫通孔３ａの径より大きい止め部材４２ｂが配置され、接続部材４２が貫通孔３ａから抜けないように構成される。

この構成によって、ひげぜんまい１のひげ持３は、バネ力によって、ひげ玉２が位置する方向（矢印Ｇ方向）に戻ろうとする力が働くが、ひげぜんまい１のひげ持３は、接続部材４２の止め部材４２ｂによって下方向が規制されているので、ひげ持３の上下方向の位置は、バイメタル４１の位置（変形量）に依存した位置に留まることになる。

なお、止め部材４２ａ、４２ｂのいずれか一方は、接続部材４２と一体構造であり、他方は、接続部材４２がそれぞれの貫通孔を通過した後に、嵌合、接着、ネジ構造等によって接続部材４２に固定されるとよい。

また、接続部材４２とひげぜんまい１のひげ持３とは、接着等によって固着されてもよいが、接続部材４２とバイメタル４１は、バイメタル４１が変形するので、固着しないほうが良く、バイメタル４１の貫通孔４１ａの径は、接続部材４２の外形より十分大きくし、バイメタル４１が変形し、その貫通孔４１ａが傾いても、接続部材４２は傾かない構造であることが好ましい。

また、接続部材４２を通すてんぷ受１３の貫通孔１３ａは、なくても良い。つまり、てんぷ受１３には、接続部材４２を避けるような形状であってもよい。しかし、接続部材４２が、てんぷ受１３の貫通孔１３ａを通ることで、てんぷ受１３は接続部材４２のガイドとなり、接続部材４２が傾くことを防ぎ、バイメタル４１の変形による上下の移動をひげぜんまい１に正確に伝達することができる。従って、接続部材４２をてんぷ受１３の貫通孔１３ａに通さない場合は、他の手段で接続部材４２を支持するとよい。

［第２の実施形態の調速機の温度補正動作の説明：図６］
次に、第２の実施形態の調速機の温度補正動作を、図６を用いて説明する。
ここで、図６（ａ）に示す状態を、常温時（例えば、２０℃）での調速機３０の動作例とする。このとき、移動手段４０のバイメタル４１は、変形せずに固定部材３１からほぼ直線で延びており、その結果、ひげぜんまい１のひげ玉２とひげ持３とは、相対距離Ｈ１
であるとする。

また、図６（ｂ）に示す状態を、高温時（例えば、４０℃）での調速機３０の動作例とする。このとき、移動手段４０のバイメタル４１（実線で示す）は、図面上で上方向に所定量だけ変形するように設計されており、それにより、ひげぜんまい１のひげ持３が移動するので、すり鉢形状は深くなり、ひげ玉２とひげ持３とは相対距離Ｈ２となって広くなる。

その結果、前述したように、ぜんまい部４の断面４ａのねじれ角θが大きくなるので、断面二次モーメントＩが増加し（数２参照）、バネ定数ｋが増えて（数３参照）、ひげぜんまい１の振動周期Ｔが短くなり（数４参照）、調速機３０は、温度上昇による歩度の遅れが補正されるように動作する。

また、図６（ｂ）において点線で示すバイメタル４１´は、低温時（例えば、０℃）での変形例であり、バイメタル４１は、低温時には、図面上で下方向に所定量だけ変形するように設計されており、それにより、図示しないが、ひげぜんまい１のすり鉢形状は浅くなって平坦に近くなるので、ひげ玉２とひげ持３との相対距離は小さくなる。

その結果、前述したように、ぜんまい部４の断面４ａのねじれ角θが小さくなるので、断面二次モーメントＩが低下し（数２参照）、バネ定数ｋが減って（数３参照）、ひげぜんまい１の振動周期Ｔが長くなり（数４参照）、調速機３０は、温度低下による歩度の進みが補正されるように動作する。なお、バイメタル４１が上下に変形すると、バイメタル４１の先端の軌跡は、図６（ｂ）の矢印Ｋのように湾曲する。その結果、ひげぜんまい１のひげ持ち３は、てん真１１とまったく平行に移動せず、平面方向（てん真１１と直交する方向）にわずかに移動することになる。

もちろん、調速機の設計段階で、ひげ玉２とひげ持３との相対距離をどうするか、バイメタル４１の組成や熱による変形度合をどのようにするかを決められるので、バイメタル４１の先端の軌跡が湾曲しても、それを見越して各部材を設計すればよい。

［第２の実施形態の調速機の温度補正による歩度の改善の説明：図７］
次に、第２の実施形態の調速機の温度補正による歩度の改善例を、図７の模式的なグラフを用いて説明する。
図７において、横軸は環境温度であり、縦軸の左側は、ひげ玉２とひげ持３の相対距離Ｈであり、縦軸の右側は、調速機の歩度Ｓである。なお、歩度Ｓがゼロは調速機の狂いが無い状態であり、歩度Ｓがプラスは調速機の進みが速いことであり、歩度Ｓがマイナスは調速機の進みが遅いことを意味する。

ここで、図７で示すように、環境温度が常温（２０℃）を中心に低温（０℃）から高温（４０℃）まで変化した場合、調速機３０の歩度Ｓは、低温では速く、高温では遅くなる右下がりの温度特性を有しているとする。なお、環境温度が常温のときに、歩度Ｓがゼロとなるように調整されているものとする。

このような調速機３０の温度特性を補正するために、第２の実施形態の移動手段４０は、ひげ玉２とひげ持３の相対距離Ｈが、温度上昇によって右上がりの傾きになるようなバイメタル４１を設計し、ひげぜんまい１のひげ持３に取り付けるのである。これにより、図７に示すように、バイメタル４１は、温度による変形によって、環境温度が低温のときは、ひげ玉２とひげ持３の相対距離Ｈを小さくし、高温のときは、相対距離Ｈを大きくするように動作する。

このような移動手段４０の動作によって、環境温度が低温のときは相対距離Ｈが小さいので、ぜんまい部４の断面４ａのねじれ角θが小さくなり、その結果、ひげぜんまい１の振動周期Ｔが長くなるように、すなわち、歩度Ｓが遅くなるように補正される。また、同様に、環境温度が高温のときは相対距離Ｈが大きくなるので、ぜんまい部４の断面４ａのねじれ角θが大きくなり、その結果、ひげぜんまい１の振動周期Ｔが短くなるように、すなわち、歩度Ｓが速くなるように補正される。

図７で示す歩度Ｓ´は、移動手段４０によって温度補正された調速機３０の歩度の一例であり、温度補正された歩度Ｓ´は、温度変化に対して、ほぼフラットな特性に改善される。なお、温度変化によって適切に変形するバイメタルは、温度膨張率の異なる２種類の材料を適切に選択して貼り合わせることで実現できることはよく知られていることである。

以上のように、第２の実施形態の調速機によれば、ひげぜんまい１やてん輪１２などの材料特性の影響で、調速機の歩度に温度依存性があったとしても、温度変化に応じて、ひげぜんまい１のひげ玉２とひげ持３の相対距離Ｈを変化させ、歩度Ｓの温度特性を補正し、環境温度の変化に対して優れた歩度精度を有する調速機を提供することができる。

［第２の実施形態の変形例の調速機の構成と温度補正動作の説明：図８］
次に、第２の実施形態の変形例の調速機の構成を、図８を用いて説明する。
なお、第２の実施形態の変形例の特徴は、温度によって伸縮する部材を用いてひげ玉とひげ持との相対距離を変更させ、調速機の歩度の温度特性を補正するものである。

図８（ａ）は、第２の実施形態の変形例の低温時での調速機の側面図であり、図８（ｂ）は第２の実施形態の変形例の高温時での調速機の側面図である。なお、第２の実施形態の変形例の構成の一部は、第１の実施形態の調速機１０と同様であるので、同一要素には同一番号を付し、重複する説明は一部省略する。

図８（ａ）において、符号５０は第２の実施形態の変形例の調速機である。調速機５０は、ひげぜんまい１、てん真１１、てん輪１２、てんぷ受１３、移動手段６０などによって構成される。ひげぜんまい１、てん真１１、てん輪１２、てんぷ受１３の構成は、第１の実施形態と同様であるので説明は省略する。

次に、第２の実施形態の変形例の移動手段６０の構成を、図８（ａ）を用いて説明する。
移動手段６０は、温度により変形する（伸縮する）棒状の伸縮部材６１、止め部材６２等によって構成される。伸縮部材６１の一端は、例えば時計の地板５１に垂直に（てん真１１の軸方向と平行に）図示しない手段で固定されている。

また、伸縮部材６１の他端は、ひげぜんまい１のひげ持３の貫通孔３ａを通り、ワッシャー状の止め部材６２によって、ひげ持３に接続されている。なお、止め部材６２による伸縮部材６１の他端とひげ持３との接続方法は限定されず、嵌合、接着、ネジ構造等を用いることができる。

以上の構成によって、ひげぜんまい１のひげ持３は、伸縮部材６１の他端に固定されるので、ひげ持３の上下方向が規制され、ひげぜんまい１のひげ玉２とひげ持３との相対距離は、伸縮部材６１の伸縮量に依存して決定されることになる。なお、伸縮部材６１は、環境温度が低いと長手方向に適切に収縮し、環境温度が高いと長手方向に適切に伸張する特性を備えた部材を選定する。

ここで図８（ａ）は、環境温度が低温時（例えば、０℃）の状態を例示しており、このとき、伸縮部材６１は所定の長さに収縮するので、ひげぜんまい１のひげ玉２とひげ持３との相対距離Ｈ３は小さくなり、ひげぜんまい１のすり鉢形状は浅くなる。その結果、ぜんまい部４の断面４ａのねじれ角θが小さくなり、ひげぜんまい１の振動周期Ｔが長くなるように、すなわち、歩度Ｓが遅くなるように補正される。

また、図８（ｂ）は、環境温度が高温時（例えば、４０℃）の状態を例示しており、このとき、伸縮部材６１は所定の長さに伸張するので、ひげぜんまい１のひげ玉２とひげ持３との相対距離Ｈ４は大きくなり、ひげぜんまい１のすり鉢形状は深くなる。その結果、ぜんまい部４の断面４ａのねじれ角θが大きくなり、ひげぜんまい１の振動周期Ｔが短くなるように、すなわち、歩度Ｓが速くなるように補正される。

このように、第２の実施形態の変形例においても、温度によって伸縮する部材を移動手段６０に用いることで、前述した図７のグラフで示すように、温度変化に応じて、ひげぜんまい１のひげ玉２とひげ持３の相対距離Ｈを変化させ、歩度Ｓの温度特性を補正し、環境温度の変化に対して優れた歩度精度を有する調速機を提供することができる。

なお、第２の実施形態の変形例の移動手段６０の伸縮部材６１は、第２の実施形態のバイメタル４１ほどには大きく変形（伸縮）できない可能性があるので、補正量は第２の実施形態の調速機３０より少ない場合がある。しかし、伸縮部材６１を地板５１に対して垂直に固定することで、ひげ持３の移動方向をひげぜんまい１のてん真１１の軸方向と平行にできる利点がある。これにより、温度変化によって、ひげ持３が上下方向に移動しても、ひげぜんまい１の重心を変化させることなく振動周期を調整できるので、等時性に優れ、姿勢差の少ない調速機を実現できる。

また、図示しないが、伸縮部材６１を地板５１に固定するのではなく、伸縮部材６１の図面上の上端をてんぷ受１３等に固定し、伸縮部材６１の図面上の下端をひげぜんまい１のひげ持３に接続する構成でもよい。この場合、伸縮部材６１は、環境温度が低いと長手方向に適切に伸張し、環境温度が高いと長手方向に適切に収縮する部材を選定する。

また、移動手段６０の伸縮部材６１は、第１の実施形態の移動部材２２のように、ネジ構造を有し、ドライバ等で伸縮部材６１を回転させることで、伸縮部材６１を上下に移動できる手動による調整機構を備えてもよい。これにより、伸縮部材６１を上下に移動させてひげ玉２とひげ持３の相対距離Ｈを変更して歩度調整した後に、伸縮部材６１の伸縮機能によって温度補正を実施できる構成を実現することが可能となる。

なお、本発明の実施形態で示した各図面等は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を満たすものであれば、任意に変更してよい。また、各実施形態のひげぜんまい１の構成は、平ひげぜんまいとして記述したが、この構成に限定されず、例えば、いわゆるブレゲひげぜんまいでもよい。

本発明の調速機は、ひげぜんまいの振動周期を高精度に、且つ、容易に調整できるので、特に高い精度を要求される機械式時計に好適である。

１ ひげぜんまい
２ ひげ玉
３ ひげ持
４ ぜんまい部
４ａ 断面
１０、３０、５０ 調速機
１１ てん真
１２ てん輪
１３ てんぷ受
２０、４０、６０ 移動手段
２１ ネジ穴
２２ 移動部材
４１ バイメタル
４２ 接続部材
５１ 地板
６１ 伸縮部材

Claims (2)

1. 一端を回転軸体と接続するための貫通孔を有するひげ玉に接続し、他端を他の部材に固定するためのひげ持に接続し、前記ひげ玉の周囲に拡径しながら巻回されるぜんまい部を有するひげぜんまいを備える時計用の調速機であって、
   前記ひげ持を前記回転軸体の軸方向に移動させ、前記ひげ玉と前記ひげ持との相対距離を変更する、移動手段を有し、
   前記移動手段は、温度により変形する部材を含む
   ことを特徴とする調速機。
2. 前記移動手段により、前記ひげ持は、前記回転軸体の軸方向と平行に移動する
   ことを特徴とする請求項１に記載の調速機。
   

Images