JP6626594B1 - 渦巻ばね、トルク発生装置、時計用ムーブメント及び時計 - Google Patents
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Abstract
Description
このため、渦巻ばねの巻き上げに伴う変形によって、ばね間のピッチが狭まってばね同士が接触することや、ばね間のピッチが広がって渦巻ばねの最外周部が周囲の部品に接触すること等を抑制できる。これにより、巻き上げられた状態の渦巻ばねの接触に伴う摩擦力により、渦巻ばねが発生させるトルクが減少することを抑制できる。したがって、渦巻ばねは、自己接触、または周囲の部品への接触を抑制して所望のトルクを発生させることができる。
また、渦巻ばねは、巻上前状態から巻き締められると、軸線を挟んで外端部とは反対側の部分においてばね間のピッチが狭まるように変形する。このため、巻上前状態で軸線から外端部に向かって延びる第1半直線上におけるばね間のピッチを、軸線から第1半直線とは反対側に延びる第2半直線上におけるばね間のピッチよりも狭くしておくことで、軸線を挟んで外端部とは反対側の部分においてばね間のピッチが狭まっても、ばね同士の接触を抑制することができる。したがって、巻上前状態から巻き締めることによりトルクを発生させる渦巻ばねにおいて、所望のトルクを発生させることが可能となる。
このため、渦巻ばねの巻き上げに伴う変形によって、ばね間のピッチが狭まってばね同士が接触することや、ばね間のピッチが広がって渦巻ばねの最外周部が周囲の部品に接触すること等を抑制できる。これにより、巻き上げられた状態の渦巻ばねの接触に伴う摩擦力により、渦巻ばねが発生させるトルクが減少することを抑制できる。したがって、渦巻ばねは、自己接触、または周囲の部品への接触を抑制して所望のトルクを発生させることができる。
また、渦巻ばねは、巻上前状態から巻き広げられると、軸線を挟んで外端部とは反対側の部分においてばね間のピッチが広がるように変形する。このため、巻上前状態で軸線から外端部に向かって延びる第1半直線上におけるばね間のピッチを、軸線から第1半直線とは反対側に延びる第2半直線上におけるばね間のピッチよりも広くしておくことで、軸線を挟んで外端部とは反対側の部分においてばね間のピッチが広がっても、渦巻ばねの最外周部が軸線を挟んで外端部とは反対側の部分においてその周囲よりも径方向の外側に大きく膨出することを抑制できる。よって、渦巻ばねの最外周部が周囲の部品に接触することを抑制できる。したがって、巻上前状態から巻き広げることによりトルクを発生させる渦巻ばねにおいて、所望のトルクを発生させることが可能となる。
本発明の時計は、上記の時計用ムーブメントを備えることを特徴とする。
(時計の基本構成)
一般に、時計の駆動部分を含む機械体を「ムーブメント」と称する。このムーブメントに文字板、針を取り付けて、時計ケースの中に入れて完成品にした状態を時計の「コンプリート」と称する。
時計の基板を構成する地板の両側のうち、時計ケースのガラスのある方の側(すなわち、文字板のある方の側)をムーブメントの「裏側」と称する。また、地板の両側のうち、時計ケースのケース裏蓋のある方の側(すなわち、文字板と反対の側)をムーブメントの「表側」と称する。
図1に示すように、本実施形態の時計1のコンプリートは、図示しないケース裏蓋及びガラス2からなる時計ケース内に、ムーブメント10(時計用ムーブメント)と、少なくとも時に関する情報を示す目盛りを有する文字板3と、時針5、分針6及び秒針7を含む指針4と、を備えている。
図2に示すように、ムーブメント10は、動力源である香箱車11と、香箱車11に繋がる動力源側輪列12と、調速機13によって調速される脱進機14と、脱進機14に繋がる脱進機側輪列15と、動力源側輪列12と脱進機側輪列15との間に配置された定トルク機構30と、を備えている。
がんぎ車は、地板23と輪列受との間に軸支され、例えば第2伝達車19に噛み合っている。これにより、がんぎ車には、脱進機側輪列15を介して定トルク機構30における後述の定力ばね100(図3参照)からの動力が伝達される。これにより、がんぎ車は、定力ばね100からの動力によって回転する。
てんぷは、てん真、てん輪及びひげぜんまいを備え、地板23とてんぷ受(不図示)との間に軸支されている。てんぷは、ひげぜんまいを動力源として一定の周期で往復回転(正逆回転)する。
定トルク機構30は、脱進機14に伝達される動力の変動(トルク変動)を抑制する機構である。
図3に示すように、定トルク機構30は、上下に延びる第1回転軸線O1を中心軸線とする固定歯車31と、第1回転軸線O1回りに回転する定力上段車40(入力回転体)と、定力上段車40と同軸に配置され、第1回転軸線O1回りに定力上段車40に対して相対回転可能な定力下段車60(出力回転体)と、定力上段車40と定力下段車60とを連係する係脱レバーユニット80と、蓄えた動力を定力上段車40及び定力下段車60に伝える定力ばね100と、定力ばね100のトルクを調整するトルク調整機構110と、を備える。第1回転軸線O1は、上述した第1伝達車18及び第2伝達車19(図2参照)の回転軸線に対して地板23(図4参照)の面内方向にずれた位置に配置されている。
図4に示すように、固定歯車31は、地板23と定力ユニット受24との間に配置されている。定力ユニット受24は、地板23よりも上方に配置されている。固定歯車31は、第1回転軸線O1と同軸に配置された筒体32と、筒体32に一体に形成された歯車本体33と、を備える。
図3及び図5に示すように、遊星車支持部49は、上下方向から見て第1回転軸線O1回りの周方向に沿って円弧状に延びている。遊星車支持部49は、上下方向から見た中間部が両端部よりも下方に一段下がるように形成されている。
係脱レバー84は、レバー本体85と、レバー本体85に支持された係合爪石86と、を備える。
図6に示すように、定力ばね100は、一方の周端部である外端部101と、他方の周端部である内端部102と、を備える。図4に示すように、定力ばね100の外端部101は、固定片105及び定力ばねピン103を介して定力上段車40のキャリア47の下座48に取り付けられている。定力ばね100の内端部102は、固定リング104及びトルク調整機構110を介して定力下段車60に取り付けられている。これにより、定力ばね100は、蓄えた動力を定力上段車40及び定力下段車60にそれぞれ伝えることが可能とされている。定力ばね100の詳細な形状に関しては後述する。
次に、上述した定力ばね100の形状について説明する。なお、以下の説明では、定力ばね100が定力上段車40及び定力下段車60に取り付けられておらず、定力ばね100に負荷がかかっていない状態を定力ばね100の自然状態と称する。また、定力ばね100の外端部101が定力上段車40に取り付けられ、定力ばね100の内端部102が定力下段車60に取り付けられた状態を、定力ばね100の取付状態と称する。さらに、定力ばね100の取付状態のうち、定力ばね100が巻き上げられる前であって、トルクを発生していない状態を巻上前状態と称し、定力ばね100が巻き上げられて、所定のトルクを発生させている状態をトルク発生状態と称する。後述する他の実施形態でも同様である。
図7に示すように、定力ばね100は、自然状態で、固定リング104の中心軸線Xを中心としたアルキメデス曲線に沿って延びている。これにより、隣り合うばね間のピッチは、一定となっている。固定リング104の中心軸線Xは、固定リング104がトルク調整機構110を介して定力下段車60に取り付けられた状態で、第1回転軸線O1と一致する軸線である。すなわち、固定リング104の中心軸線Xは、定力ばね100の巻き上げ時の回転中心である。定力ばね100は、自然状態で、外端部101が内端部102に対して固定リング104の中心軸線X回りの反時計方向に90°ずれるように形成されている。
図8に示すように、定力ばね100の外端部101は、定力ばね100の巻上前状態で、自然状態の位置Aよりも第1回転軸線O1に近い位置に配置されている。外端部101と内端部102との距離は、自然状態よりも巻上前状態で小さくなっている。本実施形態では、定力ばね100の外端部101は、定力ばね100の巻上前状態で、自然状態の位置Aと第1回転軸線O1との間に配置されている。これにより、巻上前状態の定力ばね100では、第1回転軸線O1に直交する径方向において隣り合うばね間のピッチは、第1回転軸線O1回りの周方向の位置に応じて変化している。
次に、上述したように構成された定トルク機構30の動作について説明する。
なお、初期状態として、香箱車11内のぜんまい16が所定の巻き量で巻き上げられ、香箱車11から動力源側輪列12を介して定力上段車40のキャリア47に回転トルクTbの動力が伝達されているものとする。また、定力ばね100が所定の巻き量で巻き上げられ、定力ばね100から定力上段車40のキャリア47及び定力下段車60に、回転トルクTbよりも小さい回転トルクTcの動力が伝達されているものとする。
これにより、定力上段車40と定力下段車60とが再び連係するので、定力上段車40の回転が防止され、定力ばね100への動力の補充が終了する。
次に、上述したように構成された定力ばね100の作用について説明する。
定力ばね100等の渦巻ばねは、自然状態から巻き締めによって軸線回りに巻き上げられると、軸線を中心として縮径しようとする。このため、軸線と外端部及び内端部との距離を一定に保ちつつ渦巻ばねを巻き上げると、渦巻ばねが外端部及び内端部から径方向の力を受けて変形する。本実施形態の定力ばね100のように、巻上前状態から巻き締める場合には、渦巻ばねの全体が外端部によって引っ張られるように変形し、軸線を挟んで外端部とは反対側の部分において、巻上前状態と比較して隣り合うばね間のピッチが狭まる。
次に、図9から図11を参照して、第2実施形態について説明する。第2実施形態では、定力ばね200のうち最外周部分の一部がクランク部206を介して径方向の外側に離間している点で、第1実施形態とは異なる。なお、以下で説明する以外の構成は、第1実施形態と同様である。
図9の示すように、定力ばね200は、固定片105が接続された外端部201と、固定リング104が接続された内端部202と、クランク部206と、を備える。クランク部206は、定力ばね200の外端部201を含む最外周部の一部を、径方向の外側に変位させている。これにより、定力ばね200のうち最外周部の一部を除く部分は、自然状態で、固定リング104の中心軸線Xを中心とするアルキメデス曲線に沿って延びている。また、定力ばね200の外端部201を含む最外周部の一部は、隣り合うばね間のピッチが他の部分よりも広くなっている。
図10に示すように、定力ばね200の外端部201は、定力ばね200の巻上前状態で、自然状態の位置Bよりも第1回転軸線O1に近い位置に配置されている。これにより、巻上前状態の定力ばね200では、第1実施形態の定力ばね100と同様に、第1回転軸線O1に直交する径方向において隣り合うばね間のピッチは、第1回転軸線O1回りの周方向の位置に応じて変化している。
定力ばね200は、巻上前状態から、トルク調整機構110(図4参照)によって内端部202を反時計方向に所定角度(図示の例では360°)回転させ、定力ばね200を巻き締めることによって、図11に示すトルク発生状態となる。トルク発生状態では、定力ばね200は、第1回転軸線O1から内端部202側にずれた位置を中心としたアルキメデス曲線に近似された渦巻曲線に沿って延びている。トルク発生状態では、定力ばね200は、隣り合うばね同士が互いに離間し、自己接触を回避している。
次に、図12及び図13を参照して、第3実施形態について説明する。第1実施形態では、図7に示す定力ばね100の自然状態において、定力ばね100の形状に沿うアルキメデス曲線の中心が固定リング304の中心軸線Xと一致している。これに対して、第3実施形態では、定力ばね300の自然状態において、定力ばね300の形状に沿うアルキメデス曲線の中心Yが固定リング304の中心軸線Xに対してずれている点で、第1実施形態とは異なる。なお、以下で説明する以外の構成は、第1実施形態と同様である。
図12に示すように、定力ばね300は、固定片105が接続された外端部301と、固定リング304が接続された内端部302と、を備える。定力ばね300は、自然状態で、上下方向から見て固定リング304の中心軸線Xを挟んで内端部302とは反対側に設けられた点を中心Yとしたアルキメデス曲線に沿って延びている。固定リング304は、第1回転軸線O1と同軸の円環状に形成されている。固定リング304の外周面は、略一定の外径に形成され、定力ばね300の内端部302に接続している。
定力ばね300の外端部301は、定力ばね300の巻上前状態で、第1実施形態と同様に、自然状態の位置Cよりも第1回転軸線O1の近くに位置するように、固定片105を介して定力上段車40に取り付けられる。定力ばね300は、巻上前状態から、トルク調整機構110によって内端部302を反時計方向に所定角度(図示の例では360°)回転させ、定力ばね300を巻き締めることによって、図13に示すトルク発生状態となる。トルク発生状態では、定力ばね300は、第1回転軸線O1を中心としたアルキメデス曲線に近似された渦巻曲線に沿って延びている。すなわち、定力ばね300は、トルク発生状態で固定リング304と同心に配置されている。
次に、図14から図16を参照して、第4実施形態について説明する。第1実施形態の定力ばね100は、内端部102に対して外端部101を時計方向に巻き締めることによって縮径するように弾性変形し、トルクを発生させる。これに対して第4実施形態の定力ばね400は、内端部402に対して外端部401を時計方向に巻き広げることによって拡径するように弾性変形し、トルクを発生させる点で、第1実施形態と異なっている。なお、以下で説明する以外の構成は、第1実施形態と同様である。
図14に示すように、定力ばね400は、固定片105が接続された外端部401と、固定リング104が接続された内端部402と、を備える。定力ばね400は、内端部402を巻出し位置として、外端部401に向けて反時計方向に所定の巻き量で巻かれている。定力ばね400は、自然状態で、固定リング104の中心軸線Xを中心としたアルキメデス曲線に沿って延びている。これにより、隣り合うばね間のピッチは、一定となっている。定力ばね400には、巻き上げによって予負荷が加えられる。
図15に示すように、定力ばね400の外端部401は、定力ばね400の巻上前状態で、自然状態の位置Dよりも第1回転軸線O1から離れた位置に配置されている。外端部401と内端部402との距離は、自然状態よりも巻上前状態で大きくなっている。本実施形態では、定力ばね400の外端部401は、定力ばね400の巻上前状態で、自然状態の位置を挟んで第1回転軸線O1とは反対側の位置に配置されている。これにより、巻上前状態の定力ばね400では、第1回転軸線O1に直交する径方向において隣り合うばね間のピッチは、第1回転軸線O1回りの周方向の位置に応じて変化している。
定力ばね400は、巻上前状態から、トルク調整機構110によって内端部402を反時計方向に所定角度(図示の例では360°)回転させ、定力ばね400を巻き広げることによって、図16に示すトルク発生状態となる。トルク発生状態では、定力ばね400は、第1回転軸線O1から内端部402とは反対側にずれた位置を中心としたアルキメデス曲線に近似された渦巻曲線に沿って延びている。トルク発生状態では、定力ばね400は、隣り合うばね同士が互いに離間し、自己接触を回避している。
次に、上述したように構成された定力ばね400の作用について説明する。
定力ばね400等の渦巻ばねは、自然状態から巻き広げによって軸線回りに巻き上げられると、軸線を中心として拡径しようとする。このため、軸線と外端部及び内端部との距離を一定に保ちつつ渦巻ばねを巻き上げると、渦巻ばねが外端部及び内端部から径方向の力を受けて変形する。本実施形態の定力ばね400のように、巻上前状態から巻き広げる場合には、渦巻ばねの全体が外端部によって押されるように変形し、軸線を挟んで外端部とは反対側の部分において、巻上前状態と比較して隣り合うばね間のピッチが広がる。
次に、図17から図19を参照して、第5実施形態について説明する。第5実施形態の時計501は、日針8を運針するレトログラード機構511を備える点で、第1実施形態の時計1と異なっている。なお、以下で説明する以外の構成は、第1実施形態と同様である。
図17に示すように、時計501には、日付を表示するカレンダ表示部501aが設けられている。カレンダ表示部501aは、指針4に含まれる日針8と、文字板3に設けられた扇状の目盛りと、を備える。日針8は、時針5、分針6及び秒針7とは異なる軸線回りに、所定の角度範囲内で回動可能に設けられている。扇状の目盛りは、日付を表す「1」から「31」の数字によって構成されている。扇状の目盛りは、日針8の回動範囲に合わせて設けられ、日針8によって指示される。
図18に示すように、ムーブメント510は、日針8を駆動するレトログラード機構511を備える。レトログラード機構511は、日針8を所定の角度範囲内で往復移動させる。レトログラード機構511は、日回し車512と、日回し伝え車520と、日復針レバー540と、日針車550と、戻しばね560と、を備える。
次に、上述したように構成されたレトログラード機構511の動作について説明する。
上述したように、日回し車512は、1日で1回転する。日回し車512に設けられた日回しつめ513は、日回し車512と同期して、1日で1回転する。
ここで、日復針レバー540は、カム腕部542が日作動カム525の回転によってカム面526の最内部526bから最外部526aに向かって相対的に移動することにより、初期位置から終期位置に向かって移動する。これにより、日復針レバー540の扇形歯車部541と噛み合う日針車550は、1日で1ステップずつ回転する。また、日針車550に取り付けられた日針8は、日針車550の回転に対応して、日が替わる午前0時頃に1日分だけ運針される。このように、レトログラード機構511は、月の初日から末日かけて日針8を1ステップずつ運針させる。
次に、図20から図27を参照して、第6実施形態について説明する。第6実施形態の時計601は、日車9を瞬間的に駆動するカレンダ機構611を備える点で、第1実施形態の時計1と異なっている。なお、以下で説明する以外の構成は、第1実施形態と同様である。
図20に示すように、時計601には、日付を表示するカレンダ表示部601aが設けられている。カレンダ表示部601aは、文字板3に形成された日窓3aと、後述する日車9に表示されて日窓3aを通じて明示される日文字9aと、を備える。
図21に示すように、ムーブメント610は、上述した日車9と、日車9を瞬間的に駆動するカレンダ機構611と、を備える。日車9は、地板23に対して回転自在に取り付けられたリング状部材である。日車9には周方向に沿って1〜31の日を表す日文字(図20参照)が順番に表示されている。日車9の内周面には、複数の歯部9bが形成されている。複数の歯部9bは、径方向の内側に突出するとともに周方向に間隔をあけて形成されている。
日回し車612は、筒車20の回転に基づいて1日(24時間)で1回転する。日回し車612は、ムーブメント610の通常運針時において、回転軸線O4回りを図中の矢印A方向に回転する。以下、通常運針時における日回し車612の回転方向を正転方向と称する。日回し車612には、互いに噛み合う第1日回し中間車613および第2日回し中間車614を介して、筒車20の回転が伝達される。日回し車612は、筒車20の回転に同期して1日で1回転する日回し歯車620と、日回し歯車620に対して回転軸線O4回りに回転可能に設けられた日回しつめユニット630と、日回し歯車620と日回しつめユニット630との間にトルクを与える日回し作動ばね680(図23参照)と、を備える。
図23および図24に示すように、日回し歯車620は、第2日回し中間車614(図21参照)に噛み合う歯車本体621と、歯車本体621に支持されたばねピン622と、を備える。歯車本体621は、回転軸線O4回りに回転可能に設けられている。歯車本体621の中心には、後述する日回し真631が挿通される貫通孔が形成されている。ばねピン622は、回転軸線O4に対して偏心した位置で歯車本体621に支持されている。これにより、ばねピン622は、歯車本体621の回転に同期して回転軸線O4回りを公転する。ばねピン622は、歯車本体621に固定された軸部623と、軸部623から径方向外側に張り出すフランジ部624と、を備える。軸部623は、歯車本体621から上方に突出している。フランジ部624は、円盤状に形成されている。フランジ部624は、軸部623における上下方向の中間部に設けられている。
次に、上述のように構成されたカレンダ機構611の動作について図21、および図25から図27を参照して説明する。
図25から図27は、カレンダ機構の動作説明図であって、カレンダ機構の一部を下方から見た平面図である。
上述したように、日回し車612の日回し歯車620は、筒車20の回転に同期して正転方向に1日で1回転する。日回し歯車620が正転方向に回転すると、その回転力は日回し作動ばね680を介して日回しつめユニット630に伝達されるので、日回しつめユニット630も正転方向に回転する。
例えば、上記実施形態では、定力ばね100,200,300,400が自然状態でアルキメデス曲線に沿って延びている。しかしながら、これに限定されず、定力ばねは、自然状態で隣り合うばね間のピッチが径方向外側に向かうに従い狭くなるように形成されていてもよいし、自然状態で隣り合うばね間のピッチが径方向外側に向かうに従い広くなるように形成されていてもよい。
Claims (10)
- 軸線回りに巻き上げられてトルクを発生させる時計用の渦巻ばねであって、
第1部品に取り付けられる外端部と、
第2部品に取り付けられる内端部と、を備え、
前記外端部が前記第1部品に取り付けられ、かつ前記内端部が前記第2部品に取り付けられ、かつトルクを発生していない巻上前状態で、前記軸線に直交する径方向において隣り合うばね間のピッチが前記軸線回りの周方向の位置に応じて変化しており、
前記巻上前状態から巻き締めることによりトルクを発生させるように形成され、
前記巻上前状態において、前記軸線の軸方向から見て、前記軸線から前記外端部に向かって延びる第1半直線上における前記ピッチは、前記軸線から前記第1半直線とは反対側に延びる第2半直線上における前記ピッチよりも狭い、
ことを特徴とする渦巻ばね。 - 軸線回りに巻き上げられてトルクを発生させる時計用の渦巻ばねであって、
第1部品に取り付けられる外端部と、
第2部品に取り付けられる内端部と、を備え、
前記外端部が前記第1部品に取り付けられ、かつ前記内端部が前記第2部品に取り付けられ、かつトルクを発生していない巻上前状態で、前記軸線に直交する径方向において隣り合うばね間のピッチが前記軸線回りの周方向の位置に応じて変化しており、
前記巻上前状態から巻き広げることによりトルクを発生させるように形成され、
前記巻上前状態において、前記軸線の軸方向から見て、前記軸線から前記外端部に向かって延びる第1半直線上における前記ピッチは、前記軸線から前記第1半直線とは反対側に延びる第2半直線上における前記ピッチよりも広い、
ことを特徴とする渦巻ばね。 - 前記渦巻ばねの少なくとも一部は、前記渦巻ばねに負荷がかかっていない状態でアルキメデス曲線に沿って延びている、
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の渦巻ばね。 - 前記渦巻ばねの少なくとも一部は、前記渦巻ばねに負荷がかかっていない状態でアルキメデス曲線に沿って延び、
前記アルキメデス曲線の中心は、前記軸線を挟んで前記内端部とは反対側に設けられている、
ことを特徴とする請求項1に記載の渦巻ばね。 - 請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の渦巻ばねと、
前記渦巻ばねの前記外端部が取り付けられた前記第1部品と、
前記渦巻ばねの前記内端部が取り付けられた前記第2部品と、
を備えたトルク発生装置。 - 定トルク機構であって、
前記第1部品および前記第2部品のいずれか一方を含み、動力源からの動力によって回転して前記渦巻ばねに動力を補充する入力回転体と、
前記第1部品および前記第2部品の他方を含み、前記渦巻ばねからの動力によって回転し、脱進機に前記渦巻ばねの動力を伝える出力回転体と、
前記出力回転体の回転に基づいて、前記出力回転体に対して前記入力回転体を間欠的に回転させる周期制御機構と、
を備えることを特徴とする請求項5に記載のトルク発生装置。 - 指針を初期位置と終期位置との間で往復移動させるレトログラード機構であって、
前記第1部品および前記第2部品のいずれか一方を含み、前記指針に同期して回動する回動部と、
前記第1部品および前記第2部品の他方を含み、前記回動部を回動可能に支持する支持部と、
を備えることを特徴とする請求項5に記載のトルク発生装置。 - 文字板の日窓に明示された日文字を切り替えるカレンダ機構であって、
前記第1部品および前記第2部品のいずれか一方を含み、筒車の回転に同期して回転する日回し歯車と、
前記第1部品および前記第2部品の他方、並びに前記日文字が表示された日車の歯部に係脱可能に設けられた日回しつめを有し、前記日回し歯車に対して前記日回し歯車と同軸で回動可能に設けられた日回しつめユニットと、
を備えることを特徴とする請求項5に記載のトルク発生装置。 - 請求項5から請求項8のいずれか1項に記載のトルク発生装置を備えることを特徴とする時計用ムーブメント。
- 請求項9に記載の時計用ムーブメントを備えることを特徴とする時計。
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