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

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