(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸部を有する回転体と、前記回転体の前記軸部を回転可能に保持する軸受部とを備えた時計輪列であって、
前記軸部および前記軸受部の間に、硬質炭素膜の微粉が拡散した潤滑油があり、
前記軸部および前記軸受部の少なくともいずれか一方に、前記潤滑油の拡散を抑え、前記硬質炭素膜の微粉を保持する、油・硬質炭素膜微粉保持層が形成される
ことを特徴とする時計輪列。
【請求項２】
請求項１に記載の時計輪列において、
前記軸部および前記軸受部の少なくともいずれか一方に、硬質炭素膜が形成され、
前記潤滑油中に拡散した硬質炭素膜の微粉は、前記軸部および前記軸受部の少なくともいずれか一方に形成された前記硬質炭素膜が、前記軸部の回転時に摩耗した際に発生した硬質炭素膜の磨耗粉である
ことを特徴とする時計輪列。
【請求項３】
請求項１に記載の時計輪列において、
前記軸部および前記軸受部の少なくともいずれか一方に、硬質炭素膜が形成される
ことを特徴とする時計輪列。
【請求項４】
請求項２または請求項３に記載の時計輪列において、
前記硬質炭素膜は、物理蒸着法により形成される
ことを特徴とする時計輪列。
【請求項５】
請求項４に記載の時計輪列において、
前記硬質炭素膜は、水素を含有しない雰囲気化で前記物理蒸着法により形成される
ことを特徴とする時計輪列。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の時計輪列において、
前記軸部および前記軸受部のうちいずれか一方に前記硬質炭素膜が形成され、
前記軸部および前記軸受部のうち、前記硬質炭素膜が形成されていない他方は、前記硬質炭素膜よりも硬度が低い硬質素材により形成される
ことを特徴とする時計輪列。
【請求項７】
請求項６に記載の時計輪列において、
前記軸部および前記軸受部のうち前記硬質炭素膜が形成される一方の表面には、金属中間層が形成され、
前記硬質炭素膜は、この金属中間層上に形成される
ことを特徴とする時計輪列。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の時計輪列において、
前記油・硬質炭素膜微粉保持層は、フッ素系樹脂をコーティングすることで形成される
ことを特徴とする時計輪列。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の時計輪列において、
前記硬質炭素膜の微粉の粒径は、１００ｎｍ以下である
ことを特徴とする時計輪列。
【請求項１０】
軸部を有する回転体と、前記回転体の前記軸部を回転可能に保持する軸受部と、を備えた時計輪列により指針が駆動される時計であって、
前記軸部および前記軸受部の間に、硬質炭素膜の微粉が拡散した潤滑油があり、
前記軸部および前記軸受部の少なくともいずれか一方に、前記潤滑油の拡散を抑え、前記硬質炭素膜の微粉を保持する、油・硬質炭素膜微粉保持層が形成される
ことを特徴とする時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、時計の指針を駆動させる時計輪列、およびこの時計輪列を備えた時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、時計の指針を駆動する時計輪列では、各歯車の軸部に大きな側圧がかかるため、軸部および軸受部の間で磨耗が生じ、これらの磨耗により生じる磨耗粉や潤滑油の劣化による駆動抵抗の増大、時計寿命の低下、時計の運針精度の悪化などの問題が生じていた。これに対して、摺接部における磨耗を低下させる構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載のアナログ時計では、ローターの金属製の回転軸を回転軸支持部材で支持する構成において、回転軸支持部材にカーボン硬質膜（ＤＬＣ膜：Diamond Like Carbon膜）が形成され、無給油で、回転軸および回転軸支持部材の間の磨耗と低減させる構成が採られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１―１３３１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上記特許文献１では、潤滑油がなく、ＤＬＣ膜のみにより低抵抗で摺動する構成を挙げているが、機械式時計の時計輪列では、大きな側圧がかかるため、抵抗を効率よく下げることができず、軸部材の磨耗粉により、抵抗が増大する問題がある。
【０００６】
本願発明は、上記のような問題に鑑みて、軸部および軸受部において、摺動時の抵抗を効果的に低減可能な時計輪列、および時計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の時計輪列は、軸部を有する回転体と、前記回転体の前記軸部を回転可能に保持する軸受部とを備えた時計輪列であって、前記軸部および前記軸受部の間に、硬質炭素膜の微粉が拡散した潤滑油があり、前記軸部および前記軸受部の少なくともいずれか一方に、前記潤滑油の拡散を抑え、前記硬質炭素膜の微粉を保持する、油・硬質炭素膜微粉保持層が形成されることを特徴とする。
【０００８】
この発明では、時計輪列は、例えば歯車などの回転体の軸部と、軸部を回転可能の支持する軸受部とを備えており、これらの軸部および軸受部の間に、硬質炭素膜（ＤＬＣ膜：Diamond Like Carbon膜）の微粉が拡散した潤滑油がある。この微粉は、ＤＬＣ膜が成膜された軸部が回転磨耗することで発生するものか、あるいは予め潤滑油に拡散されているものである。
これらのＤＬＣ膜の微粉は、摩擦係数が小さく潤滑剤として作用する。また、ＤＬＣ膜の微粉は、潤滑油中に拡散されているため、軸部および軸受部の摺接範囲の摺動摩擦抵抗を一様に低減させることが可能となる。また、潤滑油があることにより、発生した摩耗粉が一部に蓄積されることがなく、摺動抵抗の低減効果を持続させることができる。
【０００９】
本発明の時計輪列では、前記軸部および前記軸受部の少なくともいずれか一方に、硬質炭素膜が形成され、前記潤滑油中に拡散した硬質炭素膜の微粉は、前記軸部および前記軸受部の少なくともいずれか一方に形成された前記硬質炭素膜が、前記軸部の回転時に摩耗した際に発生した硬質炭素膜の磨耗粉であることが好ましい。
【００１０】
この発明では、軸部が回転されてＤＬＣ膜が摺接により磨耗することで、これらのＤＬＣ膜の微粉が潤滑油中に拡散して潤滑剤として作用し、軸部および軸受部の摩擦抵抗を低減させることができる。この場合、初期状態として、潤滑油中にＤＬＣ磨耗粉が拡散されていなくてもよい。このような場合であっても、この初期状態では、潤滑油とＤＬＣ膜とにより摺動摩擦抵抗を低減し、経過時間に伴って、軸部の回転によりＤＬＣ膜が摩耗した場合に、ＤＬＣ膜の磨耗粉が潤滑油中に分散されることで潤滑剤として作用する。
【００１１】
本発明の時計輪列では、前記軸部および前記軸受部の少なくともいずれか一方に、硬質炭素膜が形成されることが好ましい。
【００１２】
この発明では、軸部および軸受部のうち少なくともいずれか一方にＤＬＣ膜が形成され、これらの軸部および軸受部の間に、潤滑油あるいはＤＬＣ膜の微粉を拡散させた前記潤滑油がある。
ここで、ＤＬＣ膜自体は初期的には低摩擦・耐摩耗の効果により軸部および軸受部の摺接範囲の摺動摩擦抵抗を一様に低減させることが可能であり、さらに軸部が回転されてＤＬＣ膜が摺接により磨耗した場合でも、これらのＤＬＣ膜の微粉は、上述のように、摩擦係数が小さく潤滑剤として作用する。この時、軸部および軸受部との間に潤滑油があるため、ＤＬＣ膜の微粉は、この潤滑油中に拡散されるため、軸部および軸受部の摺接範囲の摺動摩擦抵抗を一様に低減させることが可能となる。
【００１３】
本発明の時計輪列では、前記硬質炭素膜は、物理蒸着法により形成されることが好ましい。
【００１４】
この発明では、ＤＬＣ膜は、物理蒸着法（ＰＶＤ法：Physical Vapor Deposition）により形成される。ここで、軸部または軸受部の表面で化学反応により膜を堆積させる、いわゆるＣＶＤ法（Chemical Vapor Deposition法）では、成膜されたＤＬＣ膜は、時計部品のような微細形状における軸部などでは、硬度が２０ＧＰａ以下で十分な硬度を持たせることができず、軸部や軸受部に対する密着性も不十分となる。一方、イオン化されたＤＬＣ膜分子を軸部や軸受部に加速衝突させるイオンプレーティング法などのＰＶＤ法では、時計部品のような微細形状における軸部や軸受部に対しても密着性が良好で、かつ硬度を２０ＧＰａ〜４０ＧＰａとなる高硬度のＤＬＣ膜を安定して成形することが可能となる。このように、軸部および軸受部のいずれか一方に、高強度で密着性が良好なＤＬＣ膜を形成することで、軸部の回転時のＤＬＣ膜の剥離を防止でき、磨耗により生じる磨耗粉の粒径が小さくなり、良質な潤滑剤として機能させることができる。したがって、強い側圧を受ける時計輪列における軸部および軸受部の摺動摩擦をより低減させることができる。
【００１５】
本発明の時計輪列では、前記硬質炭素膜は、水素を含有しない雰囲気化で前記物理蒸着法により形成されることが好ましい。
この発明では、水素を含有しない雰囲気下でのＰＶＤ法、すなわち水素フリーＰＶＤ法により水素フリーＤＬＣ膜を形成する。ＰＶＤ法によりＤＬＣ膜を成膜する際に、水素が混入すると、ＤＬＣ膜の結晶構造において、ダイヤモンド構造であるｓｐ３結合に加えて、グラファイト構造であるｓｐ２構造の割合が増加し、高密着性および高硬度を両立するＤＬＣ膜が十分に形成されない。一方、本発明では、水素フリーＰＶＤ法により、水素フリーＤＬＣ膜を形成することで、ＤＬＣ膜の結晶構造において、ｓｐ３結合の割合が増大し、より硬度が高い、高密着性のＤＬＣ膜を形成することが可能となる。
【００１６】
本発明の時計輪列では、前記軸部および前記軸受部のうちいずれか一方に前記硬質炭素膜が形成され、前記軸部および前記軸受部のうち、前記硬質炭素膜が形成されていない他方は、前記硬質炭素膜よりも硬度が低い硬質素材により形成されることが好ましい。
【００１７】
この発明では、ＤＬＣ膜が形成されない他方側は、ＤＬＣ膜と同等の硬度以下に形成されている。例えば、軸部にＤＬＣ膜（硬度２０ＧＰａ）を形成した場合、軸受部を例えばルビー（硬度１５ＧＰａ）など、ＤＬＣ膜と同等以下の硬度を有する硬質素材で形成する。このような硬質素材を用いることで、ＤＬＣ膜と摺接した場合でも、十分な高硬度を有し、かつＤＬＣ膜の摺動摩擦抵抗が小さいため、硬質素材の磨耗を抑えることができ、低摩擦効果を持続させることができる。また、ＤＬＣ膜よりも硬度が小さいため、硬質素材により過度にＤＬＣ膜が磨耗することがなく、ＤＬＣ膜による低摩擦効果と、潤滑油中のＤＬＣ膜の微粉による低摩擦効果とによりバランスよく摺動摩擦抵抗を低減させることができる。
【００１８】
この時、本発明の時計輪列では、前記軸部および前記軸受部のうち前記硬質炭素膜が形成される一方の表面には、金属中間層が形成され、前記硬質炭素膜は、この金属中間層上に形成されることが好ましい。
軸部または軸受部の母材に金属中間層が形成され、この金属中間層を介して硬質炭素膜が形成されることで、金属中間層が母材と硬質炭素膜との応力差を吸収し、ＤＬＣ膜の密着力を増大させることができる。このように、密着力が高いＤＬＣ膜を形成し、かつＤＬＣ膜よりも硬度が低い相手部材（軸部または軸受部のうちＤＬＣ膜が設けられていない部材）との間で摺接することで、摩擦により発生するＤＬＣ膜の磨耗粉の粒径が１００μｍ以下となる。このような１００μｍ以下のＤＬＣ膜の磨耗粉は、一部にＤＬＣ膜の磨耗粉が固まることがなく、潤滑油中に良好に分散され、軸部および軸受部に対して、一様に摩擦抵抗を低下させることができる。
【００１９】
本発明の時計輪列では、前記軸部および前記軸受部の少なくともいずれか一方に、前記潤滑油の拡散を抑え、前記硬質炭素膜の微粉を保持する、油・硬質炭素膜微粉保持層が形成されることを特徴とする。
この発明では、軸部および軸受部に油・硬質炭素膜微粉保持層が形成されているため、潤滑油が軸部および軸受部から離散することがなく、長時間、良好に軸部および軸受部間に長期間保持される。したがって、軸部および軸受部の間に介在するＤＬＣ膜の微粉も、軸部および軸受部の間に保持される潤滑油に拡散され、微粉が他の部材に飛散したり、一部に固まったりするなどの不都合も回避でき、かつ潤滑油に長期保持されることで軸部および軸受部の摩擦抵抗をより低減させることができる。
【００２０】
本発明の時計輪列では、前記油・硬質炭素膜微粉保持層は、フッ素系樹脂をコーティングすることで形成されることが好ましい。
【００２１】
この発明によれば、上記油・硬質炭素膜微粉保持層は、フッ素系樹脂コーティングにより形成される。
このようなフッ素系樹脂のコーティングでは、塗布などにより容易に油・硬質炭素膜微粉保持層を形成することができ、軸部回転中での油・硬質炭素膜微粉保持効果を良好に継続させることができる。また、ＤＬＣ膜が剥離した場合でも、油・硬質炭素膜微粉保持層のフッ素系樹脂が剥離面に更新されるため、油・硬質炭素膜微粉保持効果を長期持続させることができる。
また、このフッ素系樹脂コーティングは、フッ素の低摩擦効果により、固体潤滑剤として軸部の摩擦抵抗をより低減させる効果も期待できる。
【００２２】
本発明の時計輪列では、前記硬質炭素膜の微粉の粒径は、１００ｎｍ以下であることが好ましい。
ここで、硬質炭素膜の微粉とは、軸部と軸受部との摩擦により発生し、潤滑油中に分散される硬質炭素膜の微粉、および潤滑油内に予め分散されている硬質炭素膜の微粉の双方を含む。
この発明では、硬質炭素膜の微粉の粒径が１００ｎｍ以下となり、十分に小さいサイズとなる。このため、これらの硬質炭素膜の微粉を潤滑油中に良好に分散させることができ、例えば硬質炭素膜の微粉が１箇所に固まるなどの不都合を回避することができる。また、このような粒径が小さい硬質炭素膜の微粉が潤滑油中に分散されることで、軸部および軸受部に対して、一様に摩擦抵抗を低下させることができ、より良好な潤滑効果を得ることができる。
【００２３】
本発明の時計は、軸部を有する回転体と、前記回転体の前記軸部を回転可能に保持する軸受部と、を備えた時計輪列により指針が駆動される時計であって、前記軸部および前記軸受部の間に、硬質炭素膜の微粉が拡散した潤滑油があり、前記軸部および前記軸受部の少なくともいずれか一方に、前記潤滑油の拡散を抑え、前記硬質炭素膜の微粉を保持する、油・硬質炭素膜微粉保持層が形成されることを特徴とする。
【００２４】
この発明では、上記のように軸部および軸受部の摺動摩擦抵抗を長期に亘って低減させることができるため、時計寿命を長くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本実施形態に係る時計輪列を備えた電子制御式機械時計（時計）の要部を示す平面図である。
【図２】前記実施形態の電子制御式機械時計の要部を示す断面図である。
【図３】前記実施形態の電子制御式機械時計の要部を示す他の断面図である。
【図４】前記実施形態の電子制御式機械時計の構成を示すブロック図である。
【図５】前記実施形態の時計輪列を構成する各番車に係る側圧を示す図である。
【図６】二番車、三番車、および四番車の要部を示す断面図である。
【図７】図６において、三番車近傍を拡大した拡大図である。
【図８】ＤＬＣ膜を形成した時計に時計耐久試験を行った際、ＴＥＭにより観察されたＤＬＣ膜近傍の潤滑油を示す写真である。
【図９】潤滑油中に含まれるＤＬＣ膜の微粉の含有量とトルク上昇量との関係を示す図である。
【図１０】（Ａ）は、耐久試験度の潤滑油のＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy:フーリエ変換赤外分光法）による分析結果を示す図であり、（Ｂ）は、ＤＬＣ膜を形成した場合の試験終了後の潤滑油に対してＦＴＩＲにより得られる吸光度から、ＤＬＣ膜が形成されていない場合の試験終了後の潤滑油に対してＦＴＩＲにより得られる吸光度を差し引いた値を示す図である。
【図１１】ＤＬＣ膜が形成されず、ＤＬＣ微粉が含有される潤滑油がある軸受構造、ＤＬＣ膜が形成され、かつＤＬＣ微粉が含有される潤滑油がある軸受構造、およびＤＬＣ膜が形成されず、潤滑油中にもＤＬＣ微粉が含有されない軸受構造のそれぞれにおける時計耐久試験の結果を示す図である。
【図１２】ＤＬＣ膜の膜厚が０．３５μｍに形成された三番車、およびＤＬＣ膜の膜厚が０．８μｍに形成された三番車の耐久試験経過後の観察写真である。
【図１３】膜厚が１μｍのＤＬＣ膜を形成し、粗大パーティクルが多数発生した場合の三番車の時計耐久試験の結果を示す図である。
【図１４】水素フリーＰＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜と、プラズマＣＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜とにおける、押し込み試験の結果を示す図である。
【図１５】水素フリーＰＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜と、プラズマＣＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜との硬度を比較する図である。
【図１６】水素フリーＰＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜と、プラズマＣＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜との密着力を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下に本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本実施形態に係る時計輪列を備えた電子制御式機械時計（時計）の要部を示す平面図であり、図２および図３は、その断面図である。
【００２７】
電子制御式機械時計１００（以降、時計１００と称す）は、機械エネルギー源であるゼンマイ１ａ、香箱歯車１ｂ、香箱真１ｃ及び香箱蓋１ｄからなる香箱車１を備えている。ゼンマイ１ａは、外端が香箱歯車１ｂ、内端が香箱真１ｃに固定されている。香箱真１ｃは、地板１０と輪列受１１に支持され、角穴車１２と一体で回転するように角穴ネジ１３により固定されている。
角穴車１２は、時計方向には回転するが反時計方向には回転しないように、こはぜ１４（図１参照）と噛み合っている。なお、角穴車１２を時計方向に回転しゼンマイ１ａを巻く方法は、機械式腕時計の自動巻または手巻機構と同様であるため、説明を省略する。
なお、本実施形態において、機械エネルギー源として、ゼンマイ１ａを用いる構成としたが、これに限定されず、例えば電池から供給される電力により駆動されるステッピングモーターなどを機械エネルギー源としてもよく、その他の機械エネルギー源を用いる構成としてもよい。
【００２８】
本実施形態では、香箱歯車１ｂの回転は、本発明に係る回転体である二番車２、三番車３、四番車４、五番車５および六番車６からなる時計輪列１００Ａを介して増速されてローター７に伝達される。具体的には、香箱歯車１ｂの回転は、７倍に増速され二番車２に伝達され、二番車２から三番車３へは６．４倍増速され、三番車３から四番車４へは９．３７５倍増速され、四番車４から五番車５へは３倍増速され、五番車５から六番車６へは１０倍増速され、六番車６から発電機を構成するローター７へは１０倍増速され、合計１２６，０００倍に増速されてローター７へ伝達されている。
【００２９】
また、時計輪列１００Ａの二番車２には筒かな２cが、筒かな２cには分針２００が、筒かな２cから日の裏車２０を介して回転される筒車２１には時針２１０が、四番車４には秒針４００が、それぞれ固定されている。従って、二番車２を１rphで、四番車４を1rpmで回転させるためには、ローターを８rpsで回転するように制御すればよい。この時、香箱車は１／７rphで回転する。
【００３０】
時計１００の発電機８は、調速機を兼ね、ローター７、ステーター８１、およびコイルブロック８２を備えている。
ローター７は、ローター磁石７０、ローターかな７a、ローター慣性円板７１から構成されている。ローター慣性円板７１は、香箱車１からの駆動トルク変動に対しローター７の回転速度変動を少なくするためのものである。
【００３１】
ステーター８１は、ステーター体８１ａに例えば４万ターンのステーターコイル８１ｂを巻線したものである。コイルブロック８２は、磁心８２ａに１１万ターンのコイル８２ｂを巻線したものである。コイル８２ｂは、出力電圧の変動を検出することでローター７の回転を検出するように構成されている。また、このコイル８２ｂとステーターコイル８１ｂとは、各々の発電電圧を加えた出力電圧が出るように直列に接続されている。ステーター体８１ａと磁心８２ａとはＰＣパーマロイ等で構成されている。
【００３２】
図４は、本実施形態の時計１００の構成を示すブロック図である。
時計１００は、前述のようにゼンマイ１ａと、ゼンマイ１ａの回転を増速して発電機８に伝達する時計輪列１００Ａと、時計輪列１００Ａに結合されて時刻表示を行う指針２００，２１０，４００とを備えている。
【００３３】
発電機８は、時計輪列１００Ａを介してゼンマイ１ａによって駆動され、誘起電力を発生して電気エネルギーを供給する。この発電機８からの交流出力は、整流回路８３を通して昇圧、整流され、コンデンサー８４に充電供給される。
【００３４】
このコンデンサー８４から供給される電力によってワンチップＩＣで構成された回転制御装置８５が駆動される。この回転制御装置８５は、発振回路８６、ローター７の回転検出回路８７およびブレーキの制御回路８８を備えて構成されている。
【００３５】
発振回路８６は、時間標準源である水晶振動子８９を用いて発振信号（３２７６８Ｈｚ）を出力し、この発振信号を所定の分周回路で分周し、基準信号ｆｓとして制御回路８８に出力している。
【００３６】
回転検出回路８７は、発電機８から出力される発電波形からローター７の回転速度を検出し、その回転検出信号ＦＧを制御回路８８へ出力する。
制御回路８８は、基準信号ｆｓに対する回転検出信号ＦＧの位相差等に基づいて発電機８（調速機）にブレーキ信号を入力し、調速している。ここで、回転制御装置８５、発電機８、および時計輪列１００Ａからゼンマイ１ａを内蔵した香箱車１の回転が制御されてゼンマイ１ａに蓄えられた機械エネルギーが開放されており、本実施形態では、調速機構は、回転制御装置８５、発電機８、時計輪列１００Ａ、および香箱車１から構成されている。
【００３７】
ここで、本実施形態では、図３に示されるように、地板１０、輪列受１１、および二番受１５には、ルビーから構成され装飾を兼ねている軸受部１６が圧入されており、各番車２〜６のほぞ１７３Ａ，１７３Ｂ、およびローター７のほぞ１７３Ａ，１７３Ｂは、この軸受部１６に支持されている。すなわち、各番車２〜６およびローター７は、軸部１７と軸受部１６とを有する滑り軸受け装置１６０により支持されている。この軸受部１６は、硬度が１０ＧＰａ〜３０ＧＰａである高硬質素材により形成される部材であり、本実施形態では、例えば硬度２０ＧＰａのＤＬＣ膜に対して、硬度１０ＧＰａであるルビーが用いられる。なお、軸受部１６は、ルビーに限らず、上記硬度の範囲で、かつ耐磨耗性を有するものなら、他の貴石を使用してもよい。また、五番車５、六番車６、およびローター７の滑り軸受け装置１６０には耐震構造が適用されているが、その構成は公知の構成であるので、説明は省略する。
【００３８】
以上のような時計１００では、前述したように、三番車３の下ほぞ１７３Ｂには他の番車２〜６のほぞ１７３Ａ，１７３Ｂにかかる面圧と比べて極めて高い側圧がかかることが分かっている。図５は、各番車２〜６に係る側圧を示す図である。図５に示すように、特に、三番車３の下ほぞ１７３Ｂは、他の番車２，４〜６のほぞ１７３Ａ，１７３Ｂに比べて、大きな側圧を受けている。このため、この三番車３は、非常に磨耗しやすく、摩耗が進展した場合は運針の精度を低下させてしまったりするおそれがあり、定期的なオーバーホールが必要であった。また、かなにも、二番車２の歯車と噛み合ってトルクが伝達されるために大きな力がかかっており、長期間の使用により、運針の精度を低下させてしまうおそれがあった。
【００３９】
図６は、二番車２、三番車３、および四番車４の要部を示す断面図である。図７は、図６において、三番車３近傍を拡大した拡大図である。
ここで、本実施形態では、最も側圧が大きくなる三番車３の下ほぞ１７３Ｂに、硬質炭素膜（ＤＬＣ膜：Diamond Like Carbon）を形成し、耐磨耗性を向上するとともに、摩擦の発生の低減を図っている。
【００４０】
三番車３の軸部１７には、上端側（図６，７中上側）から上ほぞ１７３Ａ、上側のあがき決め部１７２、歯車１７０、かな１７１、下側のあがき決め部１７２、および下ほぞ１７３Ｂが設けられている。あがき決め部１７２と軸受部１６との間には隙間（あがき）が設けられており、三番車３は、軸方向に衝撃を受けた際に、この隙間分軸方向に動くことで衝撃を吸収できるようになっている。
ここで、三番車３は、微細形状に形成されるものであり、その具体的な寸法例では、図７に示すように、上ほぞ１７３Ａの径寸法（直径）が０．１４（ｍｍ）、上側あがき決め部１７２の径寸法が０．２８（ｍｍ）、軸中央部の径寸法が０．６５（ｍｍ）、かな１７１の径寸法が０．７４（ｍｍ）、下側あがき決め部１７２の径寸法が０．３０（ｍｍ）、下ほぞ１７３Ｂの径寸法が０．１８（ｍｍ）に形成され、三番車３の軸部１７の軸方向に対して、全長が３．１０（ｍｍ）、軸中央部およびかな１７１の合計寸法が２．０７（ｍｍ）、かな１７１の寸法が０．４２（ｍｍ）、下側あがき決め部の寸法が０．１２（ｍｍ）、下ほぞ１７３Ｂの寸法０．２０（ｍｍ）に形成される。そして、ＤＬＣ膜は、下ほぞ１７３Ｂ（直径０．１８ｍｍ、長さ０．２０ｍｍ）の部分に形成されている。
なお、ＤＬＣ膜が形成される範囲として、本実施形態では、三番車３の下ほぞ１７３Ｂを例示するがこれに限定されず、例えば、軸受部１６と摺接する上ほぞ１７３ＡにもＤＬＣ膜が形成されているものであってもよく、歯車などの他部品との摺接部分のみであってもよい。
【００４１】
また、本実施形態における、番車５〜６の構成は三番車３と略同様であり、説明を省略する。
四番車４の軸部１７の下端側（図６中下側）には、そろばん玉１７４が設けられ、下端には秒針４００が取り付けられている。そろばん玉１７４は、二番車２の筒状の本体２２の内周面に接触する軸受け部位であり、指針２００，４００などの重みによって二番車２および四番車４が偏心回転してしまうことを防止している。なお、軸部１７の上端部には、三番車３と同様な構成のあがき決め部１７２が設けられている。
二番車２は、歯車１７０およびかな１７１を備えて四番車４の軸部１７が挿入された筒状の本体２２に、分針２００を備えた筒かな２cが取り付けられて構成されている。本体の上端側（図６中上側）は、細く形成されて軸受部１６に挿入された上ほぞ１７３Ａとなっている。この上ほぞ１７３Ａの上端は、四番車４と接触する摺動部２３となっている。
【００４２】
〔三番車の軸受構造〕
次に、上記のような三番車３の軸受構成について説明する。三番車３に形成されるＤＬＣ膜は、硬度が２０ＧＰａ〜４０ＧＰａに形成され、軸受部１６を形成する高硬質素材であるルビー（例えば、本実施形態では硬度１５ＧＰａ）と同等以上の硬度を有している。したがって、軸受部１６との摺接によるＤＬＣ膜の磨耗は発生するが、例えば軸受部１６の硬度以下の硬質膜を用いる場合に比べて十分に磨耗を抑えることができ、長期間の間、軸部１７にＤＬＣ膜が保持されることとなる。さらに、ＤＬＣ膜は、摩擦抵抗が小さく、相手（軸受部１６）に対する攻撃性が低いため、軸受部１６のＤＬＣ膜との摺接による磨耗も抑えられる。したがって、軸部１７および軸受部１６の摺接による双方の磨耗を抑えることができ、長期間時計１００の運針精度を高精度に持続させることが可能となる。
より具体的には、三番車３の軸部１７は、母材として、例えば炭素鋼（硬度：３〜８ＧＰａ）などが用いられ、この炭素鋼の表面処理として例えばＮｉメッキが施される。そして、このＮｉメッキ表面にＤＬＣ膜の下地としてＴｉ層がスパッタリングにより形成される。ＤＬＣ膜は、このＴｉ層上に形成されている。このように、Ｔｉ層を下地としてＤＬＣ膜を形成することで、炭素鋼とＤＬＣ膜との応力差を吸収することができ、ＤＬＣ膜の密着力を確保することができる。なお、本実施形態では、本発明の金属中間層としてＴｉ層を形成する例を示すが、金属中間層として、例えばＣｒ層などの他の金属層が形成される構成としてもよい。
【００４３】
そして、本実施形態では、軸部１７および軸受部１６の間に、ＤＬＣ膜の微粉（以降、ＤＬＣ微粉と称す）が拡散された潤滑油がある。
ここで、本発明では、潤滑油中にＤＬＣ微粉を拡散させることで、軸部１７および軸受部１６の摺動摩擦抵抗を低下させるが、本実施形態の時計１００では、潤滑油中へのＤＬＣ微粉の拡散として、時計１００の長時間使用を想定した時計耐久試験により、潤滑油中にＤＬＣ膜の磨耗粉が微粉として拡散する例について、以下説明する。この時計耐久試験では、時計輪列を通常より早い速度で駆動させる加速耐久試験であり、軸部１７に形成されるＤＬＣ膜が磨耗することでＤＬＣ膜の磨耗粉が発生し、このＤＬＣ膜の磨耗粉がＤＬＣ微粉として潤滑油中に拡散する。本実施形態の時計１００では、炭素鋼にＮｉメッキを施した下ほぞ１７３Ｂ（軸部１７）の母材上に下地であるＴｉ層を形成し、このＴｉ層上にＤＬＣ膜を形成している。このような構成では、ＤＬＣ膜の硬度が、軸受部１６よりも硬度が大きい場合では、軸部１７のＤＬＣ膜と軸受部１６との摺接により発生するＤＬＣ膜の磨耗粉は、その粒径が最大でも１００ｎｍ以下となる。
なお、潤滑油中へのＤＬＣ微粉の拡散方法として、これに限られず、例えばＤＬＣ微粉を予め生成して潤滑油に拡散させ、この潤滑油を軸部１７および軸受部１６の間に注ぐなどしてもよい。
【００４４】
図８は、三番車３の下ほぞ１７３Ｂに膜厚が１．５μｍであるＤＬＣ膜を形成した時計に対し、時計耐久試験を行った際のＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）により観察されたＤＬＣ膜近傍の潤滑油を示す写真である。
図８に示すように、本実施形態の時計１００では、潤滑油中に、最大で１００ｎｍ以下のＤＬＣ微粉しか観察されなかった。時計耐久試験において、ＤＬＣ膜と軸受部１６との磨耗により磨耗粉が発生して潤滑油中に拡散されることが確認できるが、その磨耗粉の粒径は、観察不可能な程度の微小サイズから、最大でも１００ｎｍ程度までの微粉となる。このように、ＤＬＣ微粉が十分微小であり、潤滑油中に拡散して存在している場合、当該磨耗粉は、ＤＬＣの有する低摩擦性により良質な潤滑剤として作用する。このため、ほぞ１７３Ａ，１７３Ｂに形成されるＤＬＣ膜、潤滑油、およびＤＬＣ微粉による相乗効果により、軸部１７および軸受部１６間の摺動摩擦抵抗がより低下される。
【００４５】
ここで、ＤＬＣ微粉が拡散された潤滑油を用いた三番車のトルクと、ＤＬＣ微粉が拡散されていない潤滑油を用いた三番車のトルクとを比較した図を図９に示す。この図９は、ＤＬＣ微粉の含有量が０．８ｍａｓｓ％の潤滑油がある三番車、ＤＬＣ微粉の含有量が４．０ｍａｓｓ％の潤滑油がある三番車、ＤＬＣ微粉の含有量が７．０ｍａｓｓ％の潤滑油がある三番車、ＤＬＣ磨耗粉を含有しない潤滑油がある三番車のそれぞれの時計耐久試験時のトルクの変化状態を示す図である。
【００４６】
この図９において、軸部１７に０．１μｍのＤＬＣ膜を形成し、このＤＬＣ膜を規定量の潤滑油中で摩滅することで、ＤＬＣ微粉の含有量が０．８ｍａｓｓ％である潤滑油を得ることができる。また、軸部１７に０．５μｍのＤＬＣ膜を形成して、このＤＬＣ膜を摩滅することで、ＤＬＣ微粉の含有量が４．０ｍａｓｓ％である潤滑油を得ることができ、軸部１７に０．８μｍのＤＬＣ膜を形成して、このＤＬＣ膜を摩滅することで、ＤＬＣ微粉の含有量が７．０ｍａｓｓ％である潤滑油を得ることができる。
【００４７】
そして、図９に示すように、潤滑油中のＤＬＣ微粉の含有量が増大した場合でも、トルク上昇は見られず、いずれもＤＬＣ微粉が含有されないサンプルに比べて、半分以下のトルク上昇量となることが確認できる。本実施形態のＤＬＣ膜の最適膜厚は、１μｍであり（詳細は後述する）、このようなＤＬＣ膜が形成される軸部１７と軸受部１６との間に潤滑油を注ぎ、１年経過〜１０年経過相当の時計耐久試験（加速耐久試験）を実施した場合、潤滑油中のＤＬＣ微粉の含有量は、ほぼ０．８〜７．０ｍａｓｓ％の範囲内となる。
この図９から、軸部１７および軸受部１６の間の潤滑油に、ＤＬＣ微粉が拡散されている場合と、ＤＬＣ微粉が含まれていない場合とを比較すると、潤滑油中にＤＬＣ微粉が拡散している場合では、ＤＬＣ微粉が含まれていない場合に比べて、軸部１７の回転時のトルクが低減されていることが確認できる。
【００４８】
一方、図示は省略するが、潤滑油中の磨耗粉の含有量が０．８ｍａｓｓ％以下となる場合であっても、ＤＬＣ微粉による潤滑効果は確認できる。しかし、この場合、潤滑油やＤＬＣ膜の摩耗進展状態によっては、必要箇所にＤＬＣ磨耗粉が分散しない可能性があり、潤滑油と、潤滑油中に分散されるＤＬＣ膜とによる摩擦抵抗低減の相乗効果を効果的に得ることができない場合もある。
以上より、潤滑油に含有されるＤＬＣ微粉の量は、０．８ｍａｓｓ％〜７．０ｍａｓｓ％であることが好ましい。
【００４９】
次に、潤滑油の劣化状態について説明する。
図１０（Ａ）は、耐久試験度の潤滑油のＦＴＩＲ（Fourier Transform Infrared Spectroscopy:フーリエ変換赤外分光法）による分析結果を示す図であり、（Ｂ）は、ＤＬＣ膜を形成した場合の試験終了後の潤滑油に対してＦＴＩＲにより得られる吸光度から、ＤＬＣ膜が形成されていない場合の試験終了後の潤滑油に対してＦＴＩＲにより得られる吸光度を差し引いた値を示す図である。
【００５０】
図１０に示すように、ＤＬＣ膜が形成されていない場合の時計耐久試験後の潤滑油の劣化状態、ＤＬＣ膜が形成されている場合の時計耐久試験後の潤滑油の劣化状態、および時計耐久試験前の潤滑油の劣化状態を比べると、以下の点が分かる。すなわち、図１０（Ｂ）に示すように、ＤＬＣ膜が形成されていない場合の潤滑油では、ＤＬＣ膜が形成されている場合の潤滑油に比べて、特に、２９２４（ｃｍ−１）や２８５４（ｃｍ−１）、１８５０（ｃｍ−１）から１５５０（ｃｍ−１）の領域において、吸光度に大きな違いが見られる。
ここで、１８５０（ｃｍ−１）から１５５０（ｃｍ−１）の領域における差は、ＤＬＣ膜が形成されていない場合において、カルボン酸塩や縮合環を主構造とする構造が発生するためである。また、ＤＬＣ膜を形成しない場合の潤滑油では、潤滑油中に含有される芳香環および芳香環を含む成分の分解が多く生じ、ＤＬＣ膜が形成された場合の潤滑油と、ＤＬＣ膜が形成されていない場合の潤滑油において、Ｃ−Ｈ結合が存在する割合に差が生じる。このため、２９２４（ｃｍ−１）や２８５３（ｃｍ−１）においても、吸光度に大きな差が生じている。上記のように、ＤＬＣ膜が形成されていない場合では、潤滑油に分散される下ほぞ１７３Ｂや軸受部１６の磨耗粉により潤滑油が劣化してしまい、潤滑性能が低下し、潤滑油の寿命も短くなる。
【００５１】
したがって、潤滑油を長期間劣化させずに、安定した潤滑性能を得るためには、軸部１７および軸受部１６の母材の摩耗を抑えることが重要となる。本実施形態では、軸部１７（下ほぞ１７３Ｂ）にＤＬＣ膜を形成することで、軸部１７の母材の摩耗が防止される。
ここで、図１１に、ＤＬＣ膜が形成されず、ＤＬＣ微粉が含有される潤滑油がある軸受構造、ＤＬＣ膜が形成され、かつＤＬＣ微粉が含有される潤滑油がある軸受構造、ＤＬＣ膜が形成されず、潤滑油中にもＤＬＣ微粉が含有されない軸受構造のそれぞれにおける時計耐久試験の結果を示す。なお、図１１に示す試験耐久試験では、横軸に示す経過時間として、図９の試験耐久試験の経過時間よりも長い期間を試験対象としている。
【００５２】
この図１１において、軸部１７にＤＬＣ膜が形成されず、潤滑油にＤＬＣ微粉が含有されている試料Ａ，Ｂ，Ｃでは、軸部１７の母材（炭素鋼、Ｎｉメッキ）が０．５μｍ摩耗していることが確認された。潤滑油にＤＬＣ微粉が含有されている場合では、図９を用いて説明したように、潤滑油中のＤＬＣ微粉により、トルクの上昇を抑えることができるが、軸部１７の母材（炭素鋼、Ｎｉメッキ）が摩耗すると、その磨耗粉が潤滑油中に拡散され、図１０に示すように、潤滑油が劣化してしまう。
これに対して、軸部１７にＤＬＣ膜が形成される試料Ｄ，Ｅでは、０．２μｍのＤＬＣ膜の摩耗が確認され、軸部１７の母材の摩耗は確認されなかった。このような試料Ｄ，Ｅでは、軸部１７の母材の磨耗粉が潤滑油中に拡散しないため、図１０に示すように、潤滑油の劣化が抑制される。また、潤滑油中にＤＬＣ微粉が微粉として拡散するため、トルク上昇も効果的に抑えられる。なお、軸部１７のＤＬＣ膜が摩耗した後における、潤滑油のＤＬＣ微粉含有量は、８．２２ｍａｓｓ％であったが、これによるトルク上昇は見られず、潤滑油中に拡散されたＤＬＣ微粉が潤滑剤として作用していることが分かる。
以上より、軸部１７に形成されるＤＬＣ膜と、ＤＬＣ微粉が拡散された潤滑油とにより、効果的な潤滑効果が得られることが確認できるとともに、ＤＬＣ膜により、母材の摩耗を防止して潤滑油の劣化を防止することができ、軸受構造の長寿命化、長期間に亘ってトルク低減効果を得ることができる。
また、上記のように、軸部１７および軸受部１６の間に潤滑油があることで、軸部１７および軸受部１６の摩擦により発生するＤＬＣ微粉が飛散しないというメリットもある。つまり、潤滑油がない場合、ＤＬＣ微粉は、時計輪列１００Ａの他部や、電子回路部などに飛散するおそれがあり、時計１００の動作に影響を与えたり、一部に堆積するなどの要因で、輪列の運動の抵抗となり時計運針精度を悪化させたりする不都合がある。これに対して、本実施形態のように、軸部１７および軸受部１６の間に潤滑油があることで、ＤＬＣ微粉が飛散せず、時計１００内の他の歯車の駆動や回路に悪影響を及ぼすことがない。
【００５３】
上述のようなＤＬＣ膜は、三番車３の表面上に０．８μｍ〜２．０μｍ程度の膜厚で形成され、より好ましくは、１μｍ程度の膜厚で形成される。
上記のようなＤＬＣ膜の成膜では、イオンプレーティング法が用いられる。イオンプレーティング法による成膜では、成膜時間が長時間になるにしたがって、成膜過程において粗大パーティクルなどの粒径の大きい付着物の量が増大する。従って、ＤＬＣ膜の膜厚が２．０μｍ以上である場合、ＤＬＣ膜の成膜時間も長くなるため、粗大パーティクルなどの発生量が増大するおそれがある。このような粗大パーティクルが多数部品表面に付着した場合では、軸部の回転による付着物の脱離が発生し、潤滑油中にこれらの付着物が分散し、摺動摩擦抵抗を効果的に低下させることが困難となる。
ここで、図１２に、ＤＬＣ膜の膜厚が０．３５μｍに形成された三番車３、およびＤＬＣ膜の膜厚が０．８μｍに形成された三番車３の耐久試験経過後の観察写真を示す。また、図１３に膜厚が１μｍのＤＬＣ膜を形成し、粗大パーティクルが多数発生した場合の三番車３の時計耐久試験の結果を示す図を示す。この図１３は、ＤＬＣ膜の成膜時間としては、通常ＤＬＣ膜を１μｍに形成する場合に比べて十分長く設定し、ＤＬＣ膜の剥離が発生しやすくしたサンプルに対する試験結果を示す図である。
図１３に示すように、ＤＬＣ膜の成膜時間が長くなると、仮にその膜厚が１μｍ程度であっても、粗大パーティクルの発生が起こりやすくなる。このようなパーティクルが発生すると、図１３に示すように、三番車３を回転させるためのトルクが一時的に上昇してしまう。ＤＬＣ膜の膜厚が２μｍ以上となる場合、ＤＬＣ膜の成膜時間も膜厚に応じて長くなるため、上記のような付着物が発生する確立もより高くなる。このため、本発明では、ＤＬＣ膜の膜厚としては、成膜時間が長時間とならず、付着物の発生確率を低減できる２．０μｍ未満にすることが好ましい。
なお、上記のような付着物が発生した場合であっても、図１３に示すように、時間経過とともに、トルクの低減が確認され、その後、成膜時間が短く、剥離が起こりにくいＤＬＣ膜とほぼ同等のトルク変化状態となることが確認できる。これは、上述のような付着物が発生した場合であっても、時間経過に伴い、これらの付着物が摩耗などにより細分化され、１００ｎｍ以下のサイズとなり、これらの付着物はＤＬＣ膜と同質物質であるので、上記のように細分化されることで潤滑剤として作用するためである。
【００５４】
一方、膜厚が０．５μｍ以下である場合は、軸受部１６との摺接によるＤＬＣ膜の剥離が頻繁に起こる場合がある。このようなＤＬＣ膜の剥離では、ＤＬＣ微粉よりも大きい塊として潤滑油中に拡散されるため、摺動摩擦抵抗の増大を招くおそれがある。また、ＤＬＣ膜の剥離が発生しなかった場合であっても、図１２に示すように、ＤＬＣ膜が磨滅し、下ほぞ１７３Ｂの下地が露出する場合がある。この場合でも、ＤＬＣ微粉が潤滑油中に分散されるため、ＤＬＣ膜が形成されていない場合に比べて潤滑効果はあるが、下ほぞ１７３Ｂが露出される状態となる。この場合、下ほぞ１７３Ｂが摩耗すると、その摩耗粉により潤滑油を劣化させる可能性がある。
上記のような理由により、ＤＬＣ膜の膜厚としては、０．８μｍ〜２．０μｍ程度に形成されることが好ましい。このように、ＤＬＣ膜の膜厚を０・８μｍ〜２．０μｍ程度に形成することで、ＤＬＣ膜の磨滅を防止でき、かつ剥離片の発生をも防止できるため、良好に潤滑効果を持続させることができる。また、軸受部１６との摺接により磨耗粉が発生した際のＤＬＣ磨耗粉の粒径が１００ｎｍ以下となって、良好な潤滑剤として潤滑油中に拡散されることとなる。この場合、磨耗粉が剥離片とならないため、軸部１７および軸受部１６の摺動摩擦抵抗を効果的に低下させることが可能となる。
【００５５】
ここで、上述のようなＤＬＣ膜の成膜方法をより詳細に説明する。ＤＬＣ膜の成膜では、例えばグラファイトなどの水素フリーの原料を用い、水素含有しない雰囲気化（水素フリー雰囲気化）で、イオンプレーティング法などの水素フリーＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法により形成される。このような水素フリーＰＶＤ法では、本実施形態の時計輪列１００Ａにおける各軸部１７のような微細部品に対して、密着性が高く、かつ高硬度なＤＬＣ膜を形成することができ、軸部１７および軸受部１６が摺接した際のＤＬＣ膜の剥離や、ＤＬＣ膜の過度の磨耗を防止することができる。通常、時計部品のような微細部品のさらに微小な軸部などにおいては、同条件ではテストピース上と軸部の膜質が異なり、本来の硬度や密着力を確保することができない。すなわち、このような水素フリーＰＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜では、軸部１７の表面が露出するような剥離や磨耗が防止され、軸部１７が露出しない程度の適量のＤＬＣ微粉を発生させることが可能となる。また、上述したように、このように発生したＤＬＣ微粉は、潤滑油中に拡散されることで、軸部１７および軸受部１６の摺動摩擦抵抗がより低減され、ＤＬＣ膜の剥離や磨耗がさらに抑えられることとなる。
【００５６】
また、三番車３には全体にフッ素系樹脂によるコーティング処理が施され、ＤＬＣ膜上に油・硬質炭素膜微粉保持層が形成される。ここで、三番車３のほぞ１７３Ａ，１７３Ｂと、軸受部１６との間には、潤滑油が注入されるが、上記油・硬質炭素膜微粉保持層は、この潤滑油の拡散を防止してほぞ１７３Ａ，１７３Ｂおよび軸受部１６間に保持させる機能を有する。また、下ほぞ１７３Ｂ上では、フッ素系樹脂により形成される油・硬質炭素膜微粉保持層は、軸部１７および軸受部１６の摺接によりＤＬＣ膜は剥離した場合でも、その剥離面上にフッ素系樹脂が更新される。したがって、ＤＬＣ膜の剥離に伴う潤滑油の飛散がなく、長時間潤滑油を保持することが可能となる。このような油・硬質炭素膜微粉保持層は、完全フッ素化された不活性液体中で合成した高機能フッ素系ホモポリマーの処理原液と、フッ素系不活性液体で適度な溶解性を有し、かつ水分を溶解しない希釈液と、を混合した混合液に、三番車３を浸漬し、乾燥させることで、形成される。
【００５７】
次に、上述したような時計輪列１００Ａの三番車３の下ほぞ１７３Ｂに形成されるＤＬＣ膜の製法による特性の差、特に、密着性、硬度について図面に基づいて説明する。すなわち、本実施形態では、上述したように、ＤＬＣ膜は、水素フリーＰＶＤ法により形成されるが、このような水素フリーＰＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜と、プラズマＣＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜との特性について説明する。
【００５８】
図１４は、本実施形態の時計部品の軸上における水素フリーＰＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜と、プラズマＣＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜とにおける、押し込み深さに対して必要な圧力を示す図である。図１５は、本実施形態の水素フリーＰＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜と、プラズマＣＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜との硬度を比較する図である。図１６は、本実施形態の水素フリーＰＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜と、プラズマＣＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜との密着力を示す図である。
【００５９】
図１４に示すように、押し込みテストの結果、プラズマＣＶＤ法がテストピースと比較して低い硬度を示すのに比べて、水素フリーＰＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜は、全押し込み深さに対してテストピースと同等の高い硬度を示すことが確認された。
また、図１５に示すように、単位面積当たりの硬度において、水素フリーＰＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜は２０ＧＰａと高い硬度を有することが実験により確認でき、時計部品の軸上においてプラズマＣＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜と比べてより高硬度を実現できることが分かる。
また、図１６に示すように、プラズマＣＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜では、１０ｍＮのスクラッチテストにおける垂直加重が加えられると磨耗が始まり、８１ｍＮの垂直加重が加えられることで、剥離が始まる。これに対し、水素フリーＰＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜は、磨耗が開始される垂直加重が５４ｍＮであり、剥離が生じる垂直加重が１０３ｍＮとなる。すなわち、水素フリーＰＶＤ法により形成されるＤＬＣ膜は、軸部１７に対して良好な密着性を有することが確認できる。また、ＤＬＣ膜の膜厚を０．３μｍにした場合では、膜厚が１．０μｍの場合に比べて、剥離が発生する垂直加重が小さくなることも確認でき、小さい摩擦力で磨滅や剥離が発生してしまうことが分かる。ここで、上述したように、ＤＬＣ膜の膜厚が０．５μｍ以下に形成した場合でも、下ほぞ１７３Ｂおよび軸受部１６の摺動摩擦抵抗を低減させて、経過年数に伴うトルク上昇を防止する効果を奏するが、潤滑油の劣化を防止するためには、下ほぞ１７３Ｂを露出させることは好ましくない。したがって、ＤＬＣ膜の磨滅や剥離により下ほぞ１７３Ｂの露出を防止するためには、ＤＬＣ膜の膜厚を０．８μｍ以上に形成することが好ましい。
【００６０】
〔本実施形態の作用効果〕
上述したように、本実施形態の時計１００では、時計輪列１００Ａを構成する三番車３の下ほぞ１７３Ｂにおいて、軸部１７及び軸受部１６の間にＤＬＣ微粉が拡散した潤滑油がある。ここで、ＤＬＣは抵抗値が小さく、微粒子として潤滑油中に拡散して存在している場合、これらの磨耗粉が潤滑剤として作用するため、軸部１７および軸受部１６の摺動摩擦抵抗をさらに低減されることができる。したがって、軸部１７および軸受部１６の摺動範囲において、これらのＤＬＣ微粉が一様に分布することとなり、摺動摩擦抵抗を低減させることができる。これにより、時計輪列１００Ａは、長期に亘って、精度よく駆動力を指針に伝達させることが可能となり、時計１００における運針精度を長期に亘って高精度に維持でき、時計寿命を長くすることができる。また、側圧が最も大きくなる三番車３を回転させるためのトルクも低く抑えることができるため、エネルギー発生減であるモーターに係る負荷も小さくでき、省エネルギー化を促進できる。
【００６１】
また、三番車３の下ほぞ１７３Ｂには、ＤＬＣ膜が形成されている。
このため、このＤＬＣ膜により軸部１７および軸受部１６の摺接抵抗をより低減させることができる。また、軸部１７の回転により、ＤＬＣ微粉が発生した場合でも、この磨耗粉が潤滑油中に拡散され、上記したように、磨耗粉が潤滑剤として作用させることができる。したがって、時計使用開始時には、ＤＬＣ膜および潤滑油の相乗効果により摺動摩擦抵抗を低減でき、また、所定年数経過後では、ＤＬＣ膜、潤滑油、および潤滑油中に拡散されるＤＬＣ微粉の相乗効果により、摺動摩擦抵抗を低減させることができる。よって、長期に亘って軸部１７をＤＬＣ膜により保護することができ、摺動摩擦を低く維持することができる。これにより、時計輪列１００Ａは、長期に亘って、精度よく駆動力を指針に伝達させることが可能となり、時計１００における運針精度を長期に亘って高精度に維持でき、時計寿命を長くすることができる。
さらに、軸部１７にＤＬＣ膜が成膜されているので、軸部１７が回転駆動した際に、軸部１７の母材の摩耗を防止できる。したがって、潤滑油に軸部１７の母材の磨耗粉が拡散されず、潤滑油の劣化を防止することができる。これにより、潤滑油の潤滑効率の低下を防止でき、潤滑油の長寿命化を図ることができる。
【００６２】
また、三番車３に形成されるＤＬＣ膜は、水素フリーＰＶＤ法により成膜されている。
このため、腕時計の歯車のような、直径が０．１８ｍｍ程度の微小部分である下ほぞ１７３Ｂに対しても、高密着性、かつ高硬度なＤＬＣ膜を０．８μｍ〜２．０μｍ程度の膜厚で安定して成膜させることができる。
また、水素フリーＰＶＤ法により水素フリーＤＬＣ膜を形成することで、ＤＬＣ膜の結晶構造において、ｓｐ２結合よりｓｐ３結合の割合を増大させることができ、より硬度が高いＤＬＣ膜を形成することが可能となる。また、水素フリーＤＬＣ膜では、摺動摩擦抵抗をより低減させることが可能となり、潤滑油とのなじみが良好となり、ＤＬＣ微粉が発生した場合でも、効率よく潤滑油中に拡散させることができる。
【００６３】
また、膜厚が０．８μｍから２．０μｍ程度となるようにＤＬＣ膜を成膜している。この場合、ＤＬＣ膜の磨滅や剥離による下ほぞ１７３Ｂの露出を防止することができ、潤滑油の劣化を防止することができる。また、水素フリーＰＶＤ法により容易にＤＬＣ膜を、膜厚が一様になるように成膜することができ、ＤＬＣ膜の膜厚精度が良好となる。
すなわち、ＤＬＣ膜の膜厚が０．５μｍ以下である場合であっても、摺動摩擦抵抗の低減効果、トルク低減効果を奏する。しかしながら、上記のように、ＤＬＣ膜の磨滅や剥離により、下ほぞ１７３Ｂが露出してしまう場合があり、この場合、摩耗により潤滑油がダメージを受ける場合がある。また、ＤＬＣの膜厚が２．０μｍ以上である場合でも、ＤＬＣ膜の硬度や密着力を適切に保つことで、下ほぞ１７３Ｂおよび軸受部１６の摺動摩擦抵抗の低減や、トルク低減の効果を奏する。しかしながら、水素フリーＰＶＤ法による成膜では、粗大パーティクルなどの表面付着物の発生リスクが増大し、また成膜にかかる工程や成膜時間も長くなり、膜厚を一様にするための精度（膜厚精度）も悪化するという問題もある。
これに対して、上記のように、ＤＬＣ膜の膜厚を０．８μｍから２．０μｍ程度とする場合、水素フリーＰＶＤ法により、粗大パーティクルなどの表面付着物の発生リスクを最小限にし、膜厚が一様で、適度な硬度や密着率を有するＤＬＣ膜を容易に形成することができる。また、図１２に示すように、ＤＬＣ膜の磨滅を防止することができ、下ほぞ１７３Ｂが露出しないため、下ほぞ１７３Ｂの摩耗による潤滑油の劣化をも防止できる。
また、この時、ＤＬＣ微粉の粒径は、１００ｎｍ以下となる。このため、ＤＬＣ微粉が回転時の抵抗とならず、潤滑剤として作用させることができ、ＤＬＣ膜、潤滑油、およびＤＬＣ微粉の相乗効果により、より効果的に摺動摩擦抵抗を低減させることが可能となる。
【００６４】
そして、ＤＬＣ膜が形成される軸部１７に対して、軸受部１６は、ＤＬＣ膜と同等以下の硬度を有する高硬質部材であるルビーにより形成される。例えば本実施形態では、ＤＬＣ膜は２０ＧＰａ以上であり、軸受部１６は、硬度１５ＧＰａの高硬度素材であるルビーにより形成されている。
このため、ルビーにより形成される軸部１７による、ＤＬＣ膜の損傷を抑えることができ、ＤＬＣ膜の過度の磨耗を防止することができる。また、ＤＬＣ膜は、低抵抗性であるため、ＤＬＣ膜が軸受部１６より高硬度であった場合でも、軸受部１６への攻撃性が小さく、軸受部１６の損傷も抑えることができる。以上のように、軸部１７および軸受部１６の双方の摺動摩擦による損傷を推せることができ、時計１００の運針精度を良好に維持でき、時計寿命を延ばすことができる。
また、Ｎｉメッキが施された炭素鋼を母材とした下ほぞ１７３Ｂ（軸部１７）上に、Ｔｉ層を形成し、このＴｉ層上にＤＬＣ膜が形成されている。このように、Ｔｉ層を介してＤＬＣ膜を形成することで、Ｔｉ層によりＤＬＣ膜と母材との応力差を吸収させることができ、ＤＬＣ膜の密着力を高めることができる。したがって、ＤＬＣ膜を軸受部１６との間に摩擦が発生した場合でも、ＤＬＣ磨耗粉の粒径を１００μｍ以下にすることができる。したがって、ＤＬＣ膜と軸受部１６との摩擦によりＤＬＣ磨耗粉が発生した場合に、その磨耗粉を潤滑油中に拡散させることができ、良好な潤滑効果を得ることができる。
【００６５】
さらに、軸部１７および軸受部１６には、油・硬質炭素膜微粉保持層であるフッ素コーティングが施されている。
このため、フッ素コーティングにより、潤滑油が軸部１７および軸受部１６間に保持されている。すなわち、油・硬質炭素膜微粉保持層により潤滑油が他に飛散するなどの問題がなく、長期に亘って、軸部１７および軸受部１６の間に保持させることができ、軸部１７及び軸受部１６間の摺動摩擦抵抗を効果的に低減させることができる。これにより、長期に亘る時計１００の運針精度の維持、時計１００の長寿命化を図ることができる。
また、油・硬質炭素膜微粉保持層がフッ素系樹脂コーティングであるため、摺接により軸部１７のＤＬＣ膜が剥離した場合であっても、その剥離面の上面にフッ素系樹脂が伸び、剥離面上にフッ素系樹脂を更新して形成させることが可能となる。
【００６６】
〔実施形態の変形〕
本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
【００６７】
例えば、上述したように、ＤＬＣ膜が形成される部分として、最も大きい側圧が作用する三番車３の下ほぞ１７３Ｂとしたが、これに限らず、少なくとも各番車２〜６の全体、あるい各番車２〜６のほぞ１７３Ａ，１７３Ｂのみに形成する構成としてもよい。このような構成とした場合、ほぞ１７３Ａ，１７３Ｂと軸受部１６との間だけでなく、かな１７１や歯車１７０で生じる摩擦抵抗をも低減できるので、運針させるのに必要な最低のトルクの低下、時計１００の運針精度の向上、時計寿命の延長を図ることができる。
【００６８】
さらに、軸部１７にＤＬＣ膜を形成したが、軸受部１６にＤＬＣ膜を形成する構成としてもよい。さらには、軸受部１６および軸部１７の双方にＤＬＣ膜を形成してもよい。
【００６９】
本発明の時計１００として、ゼンマイを自動巻する発電機能付き時計を例示したがこれに限らず、他の機械時計に適用されてもよい。詳述すると、機械エネルギー源であるゼンマイと、ゼンマイを内蔵した香箱車と噛み合う二番車等から構成された輪列と、ガンギ車、アンクル、およびテンプ等から構成されてゼンマイに蓄えられた機械エネルギー源を定期的に開放する調速機構と、輪列に結合された指針とを備える機械時計において、輪列を構成する番車のうち、少なくとも分針が取り付けられる二番車、二番車からの回転が伝達される三番車、および二番車の軸上に配置されて三番車からの回転が伝達されるとともに秒針が取り付けられる四番車により本発明の時計輪列が構成される時計であってもよい。また、ゼンマイにより運針を実施する時計に限らず、ステッピングモーターなどの他の駆動力により駆動する時計などを対象としてもよい。これらの場合でも、各番車のほぞにＤＬＣ膜を形成することで、時計の長寿命化、時計の運針精度の向上を図ることができる。
【００７０】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造および手順は、本発明の目的を達成できる範囲で他の構造などに適宜変更できる。
【符号の説明】
【００７１】
２，３，４，５，６…回転体としての番車、１６…軸受部、１７…軸部、１００…時計、１００Ａ…時計輪列。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図８】
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【図１２】
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