JP6433332B2 - 機械式時計のムーブメント - Google Patents

Description

本発明は、機械式時計のムーブメントに関する。

機械式時計は、ムーブメントのテンプが一定の周期で振動することにより、正確な歩度を実現している。テンプは、地板に設けられた受け石とテンプ受けに設けられた受け石とにテン真が回転可能に支持されることで、テン真を回転軸として振動する。

一般に駆動状態における機械式時計のテンワの振幅は、テンワと空気との粘性摩擦抵抗及び、テン真と受け石との固体摩擦抵抗の影響によるエネルギー消費と、香箱車から伝達されるエネルギー供給のバランスにより変動する。

ここで、テンワに供給されるトルクが一定とすると、テンワの振幅は、粘性摩擦抵抗及び固体摩擦抵抗が小さいほど、振幅が大きくなる。このため、粘性摩擦抵抗と固体摩擦抵抗の値が小さければ、より少ないトルクにて振幅を大きくすることができるため、ムーブメントにおける粘性摩擦抵抗及び固体摩擦抵抗の値は小さい方が時計の性能としては望ましい。

粘性摩擦抵抗の値は、テンワとそのまわりの構造体との粘性摩擦抵抗を表し、特にテンワとその上下に存在する地板や受け等との隙間が粘性摩擦抵抗の値に影響を及ぼすことが知られている（例えば特許文献１）。

また、テンワの地板側から受ける粘性摩擦抵抗の値は、地板との距離により反比例し、その対向面積に比例することが知られている。

特許第３４５６４７６号公報（第１頁、第７図）

特許文献１における技術は、テンワの粘性摩擦抵抗の低減機構がテンワ以外の構造体の工夫（例えばテンワと地板との距離を広げるなど）により成されており、テンワ自体には粘性摩擦抵抗を低減する工夫が施されていなかった。例えば、元々地板厚みが薄く設計されており、デザイン上の観点などにより、肉抜き構造や貫通穴を設けられない場合には、特許文献１の工夫は適応が困難であった。

本発明は、上記事情に鑑みなされたものであって、テンプ自体に粘性摩擦抵抗を低減させる構造を設けることで、テンワの粘性摩擦抵抗を下げエネルギー効率を向上させた機械式時計のムーブメントを提供することを目的とする。

本発明の機械式時計のムーブメントは、テンワ及びアミダで構成され、テン真回りに振動するテンプと、テンプと対向する位置に備えた地板と、テンプに対して、地板と反対側に配置されたテンプ受けと、を有する機械式時計のムーブメントにおいて、テンワと地板とが対向する対向面積と、テンワとテンプ受けとが対向する対向面積とを比較し、対向面積の大きいほうの地板又はテンプ受けとテンワとの距離を、対向面積が小さいほうの地板
又はテンプ受けとテンワとの距離よりも長くしていることを特徴としている。

上記構成とすることにより、対向面積が大きいテンワと地板又はテンプ受けとの距離が広がり、テンプの粘性摩擦抵抗を低減することができる。

テンワは、テンプ受けとの対向面積よりも地板との対向面積が大きい場合、テンワの地板側の面の少なくとも一部が、アミダの地板側の面よりもテンプ受け側にあることが好ましい。

テンワは、地板との対向面積よりもテンプ受けとの対向面積が大きい場合、テンワのテンプ受け側の面の少なくとも一部が、アミダのテンプ受け側の面よりも地板側にあることが好ましい。

テンワは、対向面積が大きい地板側又はテンプ受け側に凹部を設けることでも上記構成と同様の効果を得ることができる。

本発明の第１実施形態における機械式時計のムーブメントを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態における機械式時計のムーブメントを示す斜視図である。 本発明の第１実施形態におけるテンプの形状を示す断面図である。 本発明の第１実施形態におけるテンプの形状を示す断面図である。 本発明の第１実施形態におけるテンプとの比較例を示す断面図である。 本発明の第２実施形態におけるテンプの形状を示す断面図である。 本発明の第２実施形態におけるテンプの形状を示す断面図である。 本発明の第１実施形態におけるテンプの効果を検証した結果を示す図表である。

［第１実施形態］
以下、本発明に係る機械式時計のムーブメントの第１実施形態について、図面を用いて説明する。

＜ムーブメントの構成＞
図１は、例えば携帯用機械式時計（例えば腕時計。以下、単に時計という。）の内部に収容された本発明の第１実施形態であるムーブメント１００を示す斜視図である。

図示のムーブメント１００は、香箱車１１と、二番車１２と、三番車１３と、四番車１４と、ガンギ車１５及びアンクル１６と、テンプ１７と、地板９０及び受け部材と、を備えている。

香箱車１１は内部にぜんまいを有し、巻き上げられたぜんまいが解けることによってトルクを発生し、この時計の動力源となっている。二番車１２、三番車１３及び四番車１４は、香箱車１１のぜんまいが発生したトルクにより回転する香箱車１１の回転を順次伝達する。ガンギ車１５及びアンクル１６は脱進装置を構成している。テン真１８回りに振動するテンプ１７は調速装置を構成している。

テンプ１７は、テン真１８で支持された環状部分を有するテンワ２２とひげぜんまい２０とを備えている。

地板９０及び受け部材は、これら香箱車１１、二番車１２、三番車１３、四番車１４、ガンギ車１５及びテンプ１７を、回転可能に上下で支持している。図１においては、受け
部材の記載を省略している。受け部材は、香箱車１１を支持する香箱受けと、二番車１２、三番車１３、四番車１４及びガンギ車１５を支持する輪列受けと、テンプ１７を支持する図示していないテンプ受け２１とを備えている。

図２は、図１で示したムーブメント１００にテンプ受け２１を設置した場合の斜視図であり、一般的にテン真１８及びテンプ１７の一部を覆うようにテンプ受け２１が配置されている。

図３は、第１実施形態における、テンプ１７、テンプ受け２１、地板９０との距離関係を示した断面図である。テンプ１７は、外周に配置されたテンワ２２と、テン真１８とテンワ２２とを連結しているアミダ２３で構成されている。通常のテンプ１７では、２本ないし３本のアミダ２３が等間隔で配置されている。第１実施形態のテンプ１７の構造の特徴は、テンワ２２の厚みが一定で、テンワ２２と対向面積の小さい側（テンワ受け２１側）にテンワ２２をずらしたような形状としてΔｈだけ地板９０側から離れていることである。

アミダ２３と地板９０との距離ｈ１を０．４５ｍｍ、テンワ２２とテンプ受け２１との距離ｈ２を０．７５ｍｍとし、Δｈを０．２ｍｍとしている。なお、図３においては、テンワ２２と地板９０及びテンプ受け２１との距離関係を説明するため、ひげぜんまい２０等の部材は省略してある。また、テンワ２２の地板９０側を下面、テンプ受け２１側を上面としている。

＜粘性摩擦抵抗の低減機構＞
図３を用いて粘性摩擦抵抗の低減機構について説明する。図３は、第１実施形態における、テンプ１７、テンプ受け２１、地板９０との距離関係を示した断面図である。第１実施形態におけるテンプ１７は、従来のテンプの構造と比較して、テンワ下面２２ａと地板９０との距離がアミダ下面２３ａと地板９０との距離ｈ１よりもΔｈだけ離れている形状となっている。

テンワ２２の上下面が、地板９０とテンプ受け２１から受ける粘性摩擦抵抗の値は、地板９０との距離により反比例し、その対向面積に比例することが知られている。

図２に示したムーブメントのように、テンプ受け２１は一般的にテンワ２２の一部を覆うように配置されており、テンワ２２との対向面積は小さいが、テンワ２２全下面と地板９０とが対向するように配置されているため対向面積が大きく、対向面積が大きいテンワ２２と地板９０との間で発生する粘性摩擦抵抗が大きくなる。

そのため、テンワ２２の上面がテンプ受け２１に近づいた場合に増加する粘性摩擦抵抗よりも、テンワ下面２２ａがアミダ下面２３ａよりもΔｈ離れることで低減する粘性摩擦抵抗の方が大きく、全体として粘性摩擦抵抗を低減することが可能となっている。

上記説明では、テンワ２２の下面全部と地板９０が対向し、テンプ１０の上面の一部がテンプ受け２１が対向する場合について説明したが、テンワ２２との対向面積が地板９０の方が小さく、テンプ受け２１の方が大きい場合には、図４に示すようにテンワ２２が地板９０に近づくような形状とすればよい。

＜ムーブメントの作用＞
以上のように構成された第１実施形態における機械式時計のムーブメント１００は、図１に示すように、香箱車１１の内部で巻き上げられたぜんまいが解けることによって発生したトルクが、香箱車１１から二番車１２、三番車１３、四番車１４へ順次伝達される。
そして、四番車１４からガンギ車１５に伝達された回転が、ガンギ車１５及びアンクル１６並びにテンプ１７及びひげぜんまい２０の相互作用により調速される。

第１実施形態のテンプ１７の構造の特徴は、テンワ２２の厚みが一定で、テンワ２２と対向面積の小さい側（テンワ受け２１側）にテンワ２２をずらしたような形状としてΔｈの距離だけ地板９０側から離れていることである。

図５は、第１実施形態の効果を検証するための比較例であり、一般的なテンプ１７の形状である。テンワ下面２２ａとアミダ下面２３ａが同一面となるように形成されている。テンワ２２の大きさは図３に示すテンワ２２のものと同じであり、重量も同じである。

テンプ１７と地板９０及びテンプ受け２１との距離関係を説明するため、ひげぜんまい２０等の部材は省略してある。

粘性摩擦抵抗は、テンワ２２が地板９０からΔｈの距離だけ離れることによって減少した成分と、テンワ２２がテンプ受け２１に近づくことによって増加した成分とが生じる。

説明のため、テンワ２２と地板９０との対向面積Ｕ１と、テンワ２２とテンプ受け２１との対向面積Ｕ２との比を３：１する。ｈ１は０．４５ｍｍ、ｈ２は０．７５ｍｍ、Δｈは０．２ｍｍとしている。

図５に示すテンワ２２形状の場合、テンワ２２と地板９０との対向面積と距離の比をＵ１／ｈ１とし、テンワ２２とテンプ受け２１との対向面積と距離の比をＵ２／ｈ２とする。

テンワ２２の上下面が地板９０及びテンプ受け２１から受ける、粘性摩擦抵抗の値は地板９０との距離により反比例し、その対向面積に比例することが知られており、Ｕ１／ｈ１＋Ｕ２／ｈ２の値に定数Ｋを乗算したものが粘性摩擦抵抗Ｆとなる。

図３に示すテンワ２２形状の場合、テンワ２２と地板９０との対向面積と距離の比をＵ１／（ｈ１＋Δｈ）とし、テンワ２２とテンプ受け２１との対向面積と距離の比をＵ２／（ｈ２−Δｈ）とすると、Ｕ１／（ｈ１＋Δｈ）＋Ｕ２／（ｈ２−Δｈ）の値に定数Ｋを乗算したものが粘性摩擦抵抗Ｆ’となる。

定数Ｋは、地板９０及びテンプ受け２１の形状により異なってくるが、第１実施形態の検証を行ったムーブメントでは約０．５であった。

図５に示すテンワ２２形状のときの粘性摩擦抵抗Ｆを計算すると（Ｕ１／ｈ１＋Ｕ２／ｈ２）×乗数Ｋ＝（３／０．４５＋１／０．７５）×０．５＝４となり、図３に示すテンワ２２形状のときの粘性摩擦抵抗Ｆ’を計算すると（Ｕ１／（ｈ１＋Δｈ）＋Ｕ２／（ｈ２−Δｈ））×０．５＝（３／（０．４５＋０．２）＋１／（０．７５−０．２））×０．５＝約３．２２となる。このときの粘性摩擦抵抗Ｆと粘性摩擦抵抗Ｆ’との比はおよそＦ：Ｆ’＝１：０．８となる。上記計算は、説明のためテンワ２２と地板９０との対向面積Ｕ１と、テンワ２２とテンプ受け２１との対向面積Ｕ２との比をそのまま式に代入している。

つまり、図３に示すようなテンワ２２形状の場合、図５に示すテンワ２２形状と比較してテンワ２２に働く粘性摩擦抵抗が約２割減少する。

次に、図３及び図５に示すテンプ１７全体の粘性摩擦抵抗の変化を算出した結果につい
て説明する。前述したようにテンプ１７は、テンワ２２とアミダ２３とで構成されているが、ここで、テンプ１７全体の粘性摩擦抵抗に対して、テンワ２２部分が寄与する粘性摩擦抵抗の占める割合が１／３であると仮定して説明する。

最初に、図５に示すテンワ２２形状のテンプ１７全体の粘性摩擦抵抗Ｆａを定義する。テンプ１７全体の粘性摩擦抵抗Ｆａは、テンワ２２部分が寄与する粘性摩擦抵抗１／３Ｆａとテンワ２２部分以外が寄与する粘性摩擦抵抗２／３Ｆａとを加算した値となりＦａ＝２／３Ｆａ＋１／３Ｆａ＝１Ｆａとなる。

次に図３に示すテンワ２２形状のテンプ１７全体の粘性摩擦抵抗Ｆａ’は、テンワ２２部分が寄与する粘性摩擦抵抗１／３Ｆａ×０．８とテンワ２２部分以外が寄与する粘性摩擦抵抗２／３Ｆａとを加算した値となりＦａ’＝２／３Ｆａ＋０．８×１／３Ｆａ≒０．９３Ｆａとなる。

上記、計算結果から図３に示すテンワ２２全体の粘性摩擦抵抗Ｆａ’は、図５に示すテンワ２２全体の粘性摩擦抵抗Ｆａと比較して約７％減少しているしていることがわかった。

実際に機械式時計のムーブメントとして図３及び図５に示すテンワ２２形状のテンプ１７を動作させた場合の振幅の変化について説明する。香箱車１１からテンプ１７へ伝達されるエネルギーは、主として、テンプ１７と空気との粘性摩擦抵抗及びテン真１８とテンプ受け２１に設けた受け石との固体摩擦抵抗によって消費される。そのためテンプ１７振幅の一周期あたりの消費エネルギーとテンプ１７振幅の一周期あたりの香箱車１１からの伝達エネルギーを等しく表すことができ、テンプ１７の振幅Ａが一定であれば、数式１が成立する。

上記の数式１において、Ｆはテンプ１７の粘性摩擦抵抗、Ｔはテンプ１７の振動周期、Ｒはテンプ１７の固体摩擦抵抗、ｆはテンプ１７の振動数、Ｓは香箱車１１の動力トルク、ηは香箱車１１からテンプに伝わるエネルギー効率、Ｎは香箱車１１から四番車１４までの歯数比に、ガンギ車１５の歯数を積算した歯数比である。

数式１の左辺である（２Ａ^２Ｆπ^２／Ｔ^２＋４ＡＲ／Ｔ）／ｆの部分はテンプ１７の振幅一周期あたりの消費エネルギーを示しており、右辺である（２πＳη）／Ｎの部分はテンプ１７の振幅一周期あたりの香箱車１１からの伝達エネルギーを示している。

数式１の左辺である（２Ａ^２Ｆπ^２／Ｔ^２＋４ＡＲ／Ｔ）／ｆのうち２Ａ^２Ｆπ^２／Ｔ^２の部分は粘性摩擦抵抗による消費エネルギーを示しており、４ＡＲ／Ｔの部分は固体摩擦抵抗による消費エネルギーを示している。

数式１をテンプ１７の振幅Ａを求める形に変形すると数式２となる。

図８は第１の実施形態の効果を検証するために用いたムーブメントの特性を記載した表であり、数式１の各パラメータの数値を記載している。図８に記載している各パラメータの数値を用いて数式１を変形した数式２によって振幅Ａを算出すると、図５に示すテンワ２２形状の比較例では、振幅Ａ＝２８０．４°となり、図３に示すテンワ２２形状の第１実施形態では、振幅Ａ＝２９０．２°となる。

すなわち、図５に示すテンワ２２形状のときのテンプ１７の振幅値を２８０°として動作させる場合と同じ香箱車１１からの動力トルクで図３に示すテンワ２２形状のときのテンプ１７を動作させると、振幅がおよそ１０°増加することになることがわかる。実際にムーブメントを動作させてテンプ１７の振幅を計測した結果でも同様の効果を確認することができ、より少ない香箱車１１からの動力トルクでも高振幅値で動作する機械式時計のムーブメントを得ることができた。

［第２実施形態］
次に、本発明に係る機械式時計のムーブメントの第２実施形態について、図２及び図５から図７を用いて説明する。

＜ムーブメントの構成＞
第２実施形態における機械式時計のムーブメントの基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、第１実施形態との相違点のみ説明する。

図６は、第２実施形態における、テンプ１７、テンプ受け２１、地板９０との距離関係を示した断面図である。第２実施形態のテンワ２２の構造の特徴は、テンワ２２と対向面積が大きいテンワ下面２２ａに凹部２２ｂを設けたことであり、この凹部２２ｂによって地板９０との間で発生する粘性摩擦抵抗を低減していることである。

テンワ２２と地板９０との対向面積Ｕ１と、テンワ２２とテンプ受け２１との対向面積Ｕ２との比を３：１とし、ｈ１は０．４５ｍｍ、ｈ２は０．７５ｍｍとしている。

凹部２２ｂは、テンワ下面２２ａに設けた凹凸の平均値をΔｈとし、０．２ｍｍとなるように形成している。

＜粘性摩擦抵抗の低減機構＞
図２及び図５から図７を用いて第２実施形態における粘性摩擦抵抗の低減機構について説明する。第２実施形態におけるテンプ１７は、テンワ２２と対向面積が大きいテンワ下面２２ａに凹部ｂを設けてあり、テンワ２２の凹凸と地板９０との平均距離が広がることで、テンワ２２と地板９０との間で発生する粘性摩擦抵抗を低減している。

図２に示したムーブメントのように、テンプ受け２１は一般的にテンプ１７の一部を覆うように配置されており、テンワ２２との対向面積は小さいが、テンワ２２全下面と地板９０とが対向するように配置されているため対向面積が大きく、テンワ２２と地板９０との間で発生する粘性摩擦抵抗が大きくなる。

そのため、テンワ２２の上面がテンプ受け２１に近づいた場合に増加する粘性摩擦抵抗よりも、テンワ下面２２ａに凹部２２ｂを設けたことで低減する粘性摩擦抵抗の方が大きく、全体として粘性摩擦抵抗を低減することが可能となっている。

上記説明では、テンワ２２の下面全部と地板９０が対向し、テンワ１９の上面の一部がテンプ受け２１に対向する場合について説明したが、テンワ２２との対向面積が地板９０の方が小さく、テンプ受け２１の方が大きい場合には、テンワ２２の上面側に凹部２２ｂを形成すればよい。

＜ムーブメントの作用＞
以上のように構成された第２実施形態における機械式時計のムーブメント１００について、第１実施形態と同様に図５に示す比較例との粘性摩擦抵抗の比較を行った。

図６に示すテンワ２２に凹部２２ｂを設けたことによる性摩擦抵抗の減少によって、図５に示すテンワ２２の振幅値を２８０度として動作させた場合と同じ香箱車１１からの動力トルクで図６に示すテンワ２２を動作させると、振幅がおよそ１０度増加するため、より少ない香箱車１１からの動力トルクでも高振幅値で動作する機械式時計のムーブメントを得られることがわかった。

上記説明では、テンワ２２に対して凹部２２ｂを１つ設けた例で説明したが、複数の凹部２２ｂを設けることでも同様の効果が得られることは言うまでもなく、凹部２２ｂの形状も図７に示すようなすり鉢状としてもよく、特に限定されない。

１１ 香箱車
１２ 二番車
１３ 三番車
１４ 四番車
１５ ガンギ車
１６ アンクル
１７ テンプ
１８ テン真
２０ ひげぜんまい
２１ テンプ受け
２２ テンワ
２２ａ テンワ下面
２２ｂ 凹部
２３ アミダ
２３ａ アミダ下面
９０ 地板
１００ ムーブメント

Claims (4)

1. テンワ及びアミダで構成され、テン真回りに振動するテンプと、該テンプと対向する位置に備えた地板と、前記テンプに対して、前記地板と反対側に配置されたテンプ受けと、を有する機械式時計のムーブメントにおいて、
   前記テンワと前記地板とが対向する対向面積と、前記テンワと前記テンプ受けとが対向する対向面積とを比較し、対向面積の大きいほうの前記地板又は前記テンプ受けと前記テンワとの距離を、対向面積が小さいほうの前記地板又は前記テンプ受けと前記テンワとの距離よりも長くする
   ことを特徴とする機械式時計のムーブメント。
2. 前記テンワは、前記テンプ受けとの対向面積よりも前記地板との対向面積が大きい場合、前記テンワの前記地板側の面の少なくとも一部が、前記アミダの前記地板側の面よりも前記テンプ受け側にある
   ことを特徴とする請求項１に記載の機械式時計のムーブメント。
3. 前記テンワは、前記地板との対向面積よりも前記テンプ受けとの対向面積が大きい場合、前記テンワの前記テンプ受け側の面の少なくとも一部が、前記アミダの前記テンプ受け側の面よりも地板側にある
   ことを特徴とする請求項１に記載の機械式時計のムーブメント。
4. 前記テンワは、対向面積が大きい前記地板側又は前記テンプ受け側に凹部を設けていることを特徴とする請求項１に記載の機械式時計のムーブメント。

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