JP6598733B2 - てん輪及び時計用調速装置 - Google Patents

Description

本発明は、時計に用いられるてん輪及び時計用調速装置に関する発明である。

機械式時計は、正確な歩度（時計の遅れ、進みの度合い）を得るために、調速装置（てんぷ）の振動周期の精度を精密に調整する必要がある。この調速装置は、てん輪とひげぜんまいとを有しており、振動周期は、下記式（１）によって示される。
ここで、Ｔ：てんぷの振動周期
Ｉ：てん輪の慣性モーメント
Ｋ：ひげぜんまいのばね定数 である。
すなわち、調速装置の振動周期は、てん輪の回転中心周りの慣性モーメントと、ひげぜんまいのばね定数とに依存して変化する。

ここで、てん輪には、一般的に温度上昇よって膨張する材料が用いられる。このため、温度上昇時にてん輪が拡径し、慣性モーメントを増加させてしまう。また、ひげぜんまいには、一般的に温度上昇によってヤング率が低下する材料が用いられる。このため、温度上昇時には、ひげぜんまいのばね定数を低下させてしまう。
これにより、温度上昇すると、てん輪の慣性モーメントが増加し、ひげぜんまいのばね定数が低下するため、調速装置の振動周期は、一般的に低温で短くなり、高温で長くなるという温度特性になっている。

これに対し、熱影響による変形（膨張）を抑制するため、強化繊維を含有した複合材料（以下、「繊維強化プラスチック」という）によっててん輪を形成した調速装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特表２００７−５３３９７３号公報

ここで、繊維強化プラスチックは、強化繊維を含有しない合成樹脂よりも一般的に熱膨張率が低いことが分かっている。そのため、てん輪を繊維強化プラスチックによって形成することで、温度上昇時のてん輪の膨張を抑制することが可能となる。
しかしながら、繊維強化プラスチックによっててん輪を形成した場合であっても、単に繊維強化プラスチックを用いただけでは、温度上昇によって生じるてん輪の膨張状態を把握することは難しい。そのため、温度上昇時のてん輪の慣性モーメントを適切に制御することができなかった。

本発明は、上記問題に着目してなされたもので、温度変化に伴うてん輪の慣性モーメントの変化を適切に制御し、温度変化による歩度の精度低下を抑制することができるてん輪及び時計用調速装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、てん真と、前記てん真から前記てん真の外側に延びたアーム部と、前記アーム部に支持されて前記てん真を中心とした周方向に沿って円弧状に延びるリム部とを備え、前記アーム部は、強化繊維を有する繊維強化プラスチックによって形成されると共に、前記強化繊維の配向方向が前記アーム部の延在方向に対して平行な方向に設定されている。

よって、本発明のてん輪では、温度変化に伴うてん輪の慣性モーメントの変化を適切に制御し、温度変化による歩度の精度低下を抑制することができる。

実施例１の時計用調速装置の構成を示す側面図である。 実施例１の時計用調速装置のてん輪を示す平面図である。 実施例１のてん輪の常温状態における平面図である。 実施例１のてん輪の高温状態における平面図である。 実施例１の時計用調速装置のてん輪の変形例を示す平面図である。 実施例１の時計用調速装置のてん輪のさらに変形例を示す平面図である。

以下、本発明のてん輪及び時計用調速装置を実施するための形態を、図面に示す実施例１に基づいて説明する。

（実施例１）
［てん輪及び時計用調速装置の構成］
図１は、実施例１の時計用調速装置を示す斜視図である。図２は、実施例１のてん輪を示す平面図である。以下、図１及び図２に基づき、実施例１のてん輪及び時計用調速装置の構成を説明する。

実施例１の時計用調速装置（てんぷ）１０は、携帯用時計（例えば腕時計）に内蔵され、図１に示すように、ひげぜんまい１と、てん輪２と、を備えている。

ひげぜんまい１は、例えば一平面内で渦巻き状に巻かれた平ひげであって、内側の端部がてん輪２のてん真３に接合され、外側の端部が携帯用時計のムーブメントのてんぷ受け（不図示）に固定されている。

てん輪２は、図２に示すように、てん真３と、アーム部４と、リム部５と、錘部６と、を有している。

てん真３は、てん輪２の中心に位置する軸部材であり、軸の上下が携帯用時計のムーブメントの地板とてんぷ受け（いずれも不図示）とに回転自在に支持されている。

アーム部４は、中心Ｃにてん真３が嵌め合わされる貫通孔４ａが形成されると共に、この貫通孔４ａからてん真３を中心とした半径方向（放射方向）に延びる一対のアーム４ｂ,４ｃを有している。一対のアーム４ｂ,４ｃは、貫通孔４ａを挟んで互いに反対方向へと延在され、貫通孔４ａからそれぞれの先端４ｄ,４ｅまでの長さが等しく形成されている。なお、アーム部４の中心Ｃは、てん真３の回転中心に一致している。

リム部５は、てん真３を中心とした周方向に沿って円弧状に延び、周方向に切れ目のない円環形状を呈している。このリム部５は、アーム４ｂの先端４ｄと、アーム４ｃの先端４ｅとがそれぞれ結合し、支持されている。
ここで、アーム部４とリム部５とが結合した状態で、アーム部４の中心Ｃは、リム部５の中心に一致し、アーム部４は、中心Ｃからリム部５の直径方向に延びている。つまり、アーム部４の延在方向（軸方向）Ａは、リム部５の直径方向と一致している。

錘部６は、柱形状を呈しており、この錘部６の延在方向（軸方向）Ｂの一端６ａがリム部５と一体になっており、てん真３を中心とした半径方向（放射方向）に沿って、リム部５の内側に延びている。ここで、錘部６は、てん真３を挟んで対象となる位置に一対設けられ、いずれも延在方向Ｂが、アーム部４の延在方向Ａに対して直交する方向（垂直な方向）に設定されている。
また、この錘部６は、一端６ａ以外は、リム部５に接触していない。そのため、この錘部６は、温度の変化に応じた熱膨張、熱収縮する場合、リム部５と一体にされた一端６ａを基準として、リム部５の半径方向の内側に、拘束されずに伸縮する。

そして、この実施例１では、アーム部４と、リム部５と、錘部６とが、繊維強化プラスチックによって一体成形されている。
ここで、「繊維強化プラスチック」とは、強化繊維に方向性を持たせたまま（長繊維の状態）で作製した織物に、主原料の合成樹脂を含浸させて形成されたプリプレグシートを積層し、合成樹脂の強度を高めたプラスチック複合材料である。繊維に方向性があるため、繊維の配向によって熱膨張率や強度に異方性が出る。つまり、この繊維強化プラスチックは、繊維の方向に沿った方向（平行な方向）には熱膨張率が低く、繊維の方向に直交する方向（垂直な方向）には熱膨張率が高い。そして、この実施例１では、強化繊維が一方向に配向されたユニダイレクショナル材（ＵＤ材）を用いている。
また、「一体成形」とは、二次接着や機械的接合を用いないで、部材の接合と同時に製品を一体で成形することであり、アーム部４と、リム部５と、錘部６とを接合すると同時に、各部を形づくることである。ここでは、プリプレグシートを積層して形成したプレート状の繊維強化プラスチックを型によって打ち抜くことで、てん輪２を形成する。

なお、繊維強化プラスチックに用いる強化繊維としては、炭素繊維、ガラス繊維、ボロン繊維、アラミド繊維、ポリエチレン繊維等を用いることができる。また、繊維強化プラスチックの主原料である合成樹脂としては、不飽和ポリエステル、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を用いてもよいし、ポリアミド樹脂、メチルメタアクリレートなどの熱可塑性樹脂を用いてもよい。

そして、この実施例１では、図２に示すように、繊維強化プラスチックが有する強化繊維Ｓの配向方向を、アーム部４の延在方向Ａ（アーム部４の軸方向）に対して平行な方向（延在方向Ａに沿う方向）に設定している。また、実施例１では、アーム部４の延在方向Ａに対して錘部６の延在方向Ｂが直交しているため、強化繊維Ｓの配向方向は、錘部６の延在方向Ｂ（錘部６の軸方向）に対して垂直な方向に設定される。

［てん輪及び時計用調速装置の作用］
図３は、実施例１のてん輪の常温状態における平面図を示し、図４は、実施例１のてん輪の高温状態における平面図を示す。以下、図３及び図４に基づき、実施例１のてん輪及び時計用調速装置の作用を説明する。

実施例１のてん輪２は、図３に示すように、常温状態（温度変化に応じた変形前）では、リム部５が中心Ｃを中心とした直径寸法がＲ１のほぼ真円状態であり、また、錘部６単体の重心６ｂは、中心Ｃから半径方向の距離Ｌ１の位置にある。ここで、「常温」とは、２０度±５度程度の温度範囲を指す。

実施例１のてん輪２は、熱膨張係数が正となる温度特性（温度上昇によって膨張する性質）を備えている。一方、このてん輪２を形成する繊維強化プラスチックは、強化繊維Ｓの配向方向に沿った方向の熱膨張率が最も低く、強化繊維Ｓの配向方向からのずれが大きくなるにしたがって熱膨張率が高くなり、強化繊維Ｓの配向方向に垂直な方向の熱膨張率が最も高くなっている。

すなわち、てん輪２の温度が常温から上昇したとき、図４に示すように、アーム部４は、延在方向Ａに沿った熱膨張率が低いため、ほとんど膨張（伸長）しない。

一方、リム部５は、中心Ｃを中心とした半径方向の外側に向かって膨張（拡径）するが、アーム部４の先端４ｄ,４ｅが結合した部分及びその近傍部分（破線αで示す部分）では、半径方向と強化繊維Ｓの配向方向とのずれが小さい。しかも、アーム部４がほとんど膨張（伸長）しない。このため、リム部５のうち、アーム部４が結合した部分及びその近傍部分（破線αで示す部分）は、熱膨張率が比較的低い上、アーム部４によって膨張が拘束されて、ほとんど膨張（拡径）しない。これにより、リム部５のアーム部４の延在方向Ａに沿った方向の直径寸法Ｒ２は、常温状態の直径寸法Ｒ１とほぼ同じになる。
これに対し、このリム部５のうち、錘部６が一体に形成された部分及びその近傍部分（破線βで示す部分）では、半径方向と強化繊維Ｓの配向方向とのずれが大きい。このため、リム部５のうち、錘部６が一体に形成された部分及びその近傍部分（破線βで示す部分）は、熱膨張率が比較的高いので、中心Ｃを中心とした半径方向に沿って外側に膨張（拡径）する。これにより、リム部５の錘部６の延在方向Ｂに沿った方向の直径寸法Ｒ３は、常温状態の直径寸法Ｒ１よりも長くなる。
この結果、リム部５は、常温から温度が上昇すると、アーム部４の延在方向Ａを短軸方向とし、錘部６の延在方向Ｂを長軸方向とする楕円形状に熱膨張する。

そして、錘部６は、延在方向Ｂに沿った熱膨張率が高く、延在方向Ｂに沿って大きく膨張（伸長）する。このとき、一端６ａがリム部５に一体になっているため、錘部６は、この一端６ａを基準としてリム部５の内側（中心Ｃに向かう側）に拘束されることなく伸長する。これにより、錘部６の単体の重心６ｂはリム部５の内側へと変位する。
なお、この実施例１では、リム部５が錘部６の延在方向Ｂを長軸方向とする楕円形状に熱膨張するため、中心Ｃから錘部６の重心６ｂまでの半径方向の距離Ｌ２は、常温状態での距離Ｌ１とほぼ同じである。

このように、実施例１のてん輪２では、常温から温度が上昇したときのてん輪２の膨張状態を把握することができる。そして、このてん輪２の膨張を把握した上で、てん輪２の変形状態を任意に規定することで、温度上昇に伴っててん輪２が変形することによる慣性モーメントの変化を適切に制御することができる。

そして、時計用調速装置では、一般的に、温度の上昇に伴ってひげぜんまいのヤング率が低下するため、ばね定数が低下する。このひげぜんまいのばね定数の低下は、上述の式（１）から明らかなように、時計用調速装置の振動周期を長くするように作用する。
しかしながら、実施例１のてん輪２では、上述のように、てん輪２の変形状態を任意に規定することで、温度上昇に伴う慣性モーメントの変化を適切に制御することができる。一方、ひげぜんまいのヤング率（ばね定数）の低下は、実験等により予め把握可能である。そのため、実施例１の時計用調速装置１０では、温度上昇時のひげぜんまいのばね定数の低下に基づいて、てん輪２の慣性モーメントの変化を適切に制御することで、時計用調速装置１０の振動周期の変化を制御することができ、温度変化による歩度の精度の低下を抑制することができる。

また、この実施例１では、リム部５に支持されると共に、てん真３を中心とした半径方向に沿って延びる錘部６を有している。そのため、リム部５が錘部６の延在方向Ｂを長軸方向とする楕円形状に膨張（拡径）する一方、錘部６は重心６ｂが中心Ｃ側へ移動するように膨張（伸長）する。なお、アーム部４は、温度上昇時にほとんど膨張しないので、てん輪２の全体の重心位置の移動への影響はほとんどない。そのため、リム部５の膨張による重心移動と、錘部６の膨張による重心移動とによって、てん輪２の全体の重心位置の変動を抑制することができる。

そして、このように常温から温度が上昇したとき、てん輪２の全体の重心位置の変動が抑制されるため、てん輪２が、正の熱膨張係数（温度上昇によって膨張する性質）を備えているものの、温度上昇時に、てん輪２の慣性モーメントが大きくなることが抑えられ、てん輪２が時計用調速装置１０の振動周期を長くするように作用しない。このため、実施例１では、温度の上昇に伴ってひげぜんまい１のばね定数が低下した場合であっても、てん輪２において上述のように重心位置の移動が抑制されて、慣性モーメントの変化（増加）を抑制することができる。これにより、一般的な時計用調速装置と比べて、温度上昇時に時計用調速装置１０の振動周期が長くなることを抑制することができる。

しかも、この実施例１では、錘部６は、繊維強化プラスチックによって形成されると共に、この錘部６の延在方向Ｂが、アーム部４の延在方向Ａ及び強化繊維Ｓの配向方向に対して垂直な方向（直交する方向）に設定されている。

そのため、この錘部６は、最も変形（膨張）する位置に形成されることになり、リム部５の膨張による重心位置の変化を効率的に抑制し、さらに、この錘部６の長さを適切に設定することで、温度上昇時のてん輪２の慣性モーメントを低減することも可能となる。
この結果、時計用調速装置１０の振動周期の変化を抑えることができ、温度変化による歩度の精度の低下をさらに抑制することができる。

そして、この実施例１では、てん輪２を構成するアーム部４、リム部５、錘部６が、繊維強化プラスチックによって一体成形されている。そのため、これらの各部を組み立てる工程が必要なく、製作工程の簡略化を図ることができる。また、組み立てによって形成する場合と比べて、各部の位置精度を向上することができ、温度特性を安定したものとすることができる。

（変形例）
実施例１のてん輪２では、アーム部４の延在方向Ａ及び強化繊維Ｓの配向方向に対して直交する方向に延在した一対の錘部６を有している。しかしながら、これに限らず、例えば図５に示すてん輪２Ａのように、アーム部４と、リム部５とから構成され、錘部を有していないてん輪であってもよい。
この場合であっても、強化繊維Ｓの配向方向をアーム部４の延在方向Ａに対して平行な方向に設定することで、てん輪２の熱膨張の状態を把握することができ、てん輪２の温度上昇時の慣性モーメントの変化を適切に制御することができる。

また、実施例１のてん輪２では、一対のアーム４ｂ,４ｃの延在方向Ａがリム部５の直径方向と一致している。しかしながら、これに限らない。アーム部４は、てん真３が嵌合する貫通孔４ａと、てん真３からこのてん真３の外側に延びたアーム部を有していればよく、また、少なくともアーム部４を繊維強化プラスチックによって形成すると共に、強化繊維Ｓの配向方向をアーム部４の延在方向Ａに対して平行な方向に設定すればよい。
そのため、例えば、アーム部を三つ以上のアームで構成し、リム部とは別部材によって形成すると共に、三つ以上のアームをてん真３を中心とする放射方向に等角度間隔をあけて延在してもよい。このとき、強化繊維Ｓの配向方向を、各アームの延在方向に平行な方向に設定することで、アーム部の熱膨張の状態を把握することができる。

そして、上述の実施例１では、錘部６が長さ方向に一様な形状であるが、一様な形状に限らず、リム部５の内側に向かうにしたがって幅が広くなったり、厚さが厚くなったりして重量が大きくなる形状を採用することもできる。このように、リム部５の内側に向かうにしたがって重量が大きくなる形状の錘部によれば、温度の上昇により、重心位置がリム部５の内側に移動する量を、一様な幅、厚さの錘部による重心位置の移動する量よりも大きくすることができる。

さらに、実施例１では、てん輪２を形成する繊維強化プラスチックが、強化繊維が一方向に配向されたユニダイレクショナル材（ＵＤ材）である例を示したが、これに限らない。強化繊維を縦横に織ることで、強化繊維を縦横の二方向に配向したクロス材であってもよい。この場合であっても、縦横に配向した強化繊維のうちのいずれか一方の繊維方向を、アーム部の延在方向に対して平行な方向に設定することで、アーム部の熱膨張率を抑制し、てん輪の変形状態を把握することができる。そして、温度上昇時のてん輪の慣性モーメントの変化を制御することができる。

なお、縦横に配向した強化繊維Ｓを用いた繊維強化プラスチックを用いててん輪２を形成する際に錘部６を設ける場合は、錘部６をアーム部５と直交する角度又はいずれの繊維方向にも沿わない角度で配置することにより、錘部６の温度による変形量を適宜設定することが可能となる。例えば図６に示すように、錘部６を縦横の強化繊維Ｓの角度の中間の角度となるように配置することにより、いずれかの繊維方向に沿った角度で錘部６を形成した場合より、錘部６の温度による変形量を大きくすることができる。当然、強化繊維の方向に沿った角度の錘部６と強化繊維の方向に沿わない角度の錘部６とを組合わせた構成としてもよい。

以上説明した例は、温度が上昇する場合であるが、温度が下降する場合は温度が上昇する場合とは反対に、てん輪２では、リム部５がアーム部４の延在方向Ａを長軸とし、錘部６の延在方向Ｂを短軸とする楕円形状に変形する。一方、錘部６は、リム部５と一体になった一端６ａを基準として延在方向Ｂに沿って縮小する。なお、アーム部４については、ほとんど変形しない。
このように、温度が下降する場合であっても、てん輪の変形状態を把握することができ、温度下降時のてん輪の慣性モーメントの変化を適切に制御することができる。

１０ 時計の調速装置
１ ひげぜんまい
２ てん輪
３ てん真
４ アーム部
４ａ 貫通孔
４ｂ,４ｃ アーム
５ リム部
６ 錘部

Claims (5)

1. てん真と、前記てん真から前記てん真の外側に延びたアーム部と、前記アーム部に支持されて前記てん真を中心とした周方向に沿って円弧状に延びるリム部とを備え、
   前記アーム部は、強化繊維を有する繊維強化プラスチックによって形成されると共に、前記強化繊維の配向方向が前記アーム部の延在方向に対して平行な方向に設定されている
   ことを特徴とするてん輪。
2. 前記リム部に支持されると共に、前記てん真を中心とした半径方向に沿って延びる錘部を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のてん輪。
3. 前記錘部は、前記繊維強化プラスチックによって形成されると共に、前記錘部の延在方向が、前記アーム部の延在方向及び前記強化繊維の配向方向に対して垂直な方向に設定されている
   ことを特徴とする請求項２に記載のてん輪。
4. 前記アーム部と、前記リム部と、前記錘部とが、前記繊維強化プラスチックによって一体成形されている
   ことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のてん輪。
5. ひげぜんまいと、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のてん輪と、を備えた
   ことを特徴とする時計用調速装置。