JP3982290B2 - バネ、ヒゲゼンマイ、および時計 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、時計の調速用に利用されるバネ材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、時計、オルゴール等の精密機械には、種々のバネが採用されている。例えば、時計であれば、機械式時計におけるテンプを付勢するヒゲゼンマイ等が知られている。
【０００３】
このようなバネに用いられる材料としては、従来より炭素鋼、ステンレス、コバルト合金、銅合金等からなるバネ材料、ゼンマイ材料等が採用されていたが、次のような問題がある。
機械式時計の調速機を構成するテンプを付勢するヒゲゼンマイの場合、温度変化によってヤング率が変化して付勢力がばらつき、テンプの揺動周期が変化し、このテンプの揺動周期の変化が機械式時計の精度に大きく影響を及ぼす。従って、ヒゲゼンマイの材料としては、温度変化によりヤング率が変化しないものを採用するのが好ましい。
【０００４】
このようなゼンマイの巻数と出力トルクとの関係は比例関係にあり、ゼンマイが出力するトルクをＴ、ゼンマイの巻締め回数（巻数）をＮ、ヤング率をＥ、ゼンマイの全長をＬとし、ゼンマイが厚さｔ、幅ｂの矩形状の断面を有するとすると、
Ｔ＝（Ｅｔ３ｂπ／６Ｌ）×Ｎ …（１）
という式で表されることが知られている。
【０００５】
一方、ゼンマイの全長Ｌ、厚さｔ、幅ｂは、ゼンマイが収納される香箱サイズによって決定され、香箱内半径をＲ、香箱真半径をｒとすると、ゼンマイの全長Ｌは、
Ｌ＝π（Ｒ２−ｒ２）／２ｔ …（２）
という式によって導かれ、ゼンマイの全長Ｌおよび厚さｔは反比例の関係にあるということが判る。
【０００６】
ここで、ゼンマイに蓄えられる機械エネルギは、（１）式の出力トルクＴを巻数Ｎで積分することにより与えられ、（１）式がゼンマイの全長Ｌおよび厚さｔの関数とも考えられるので、従来は、Ｌ、ｔを調整することによってゼンマイのエネルギを調整していた。
【０００７】
すなわち、ゼンマイの厚さｔを薄くしてゼンマイの全長Ｌを大きくすれば、ゼンマイの最大巻数Ｎmaxを大きくすることができる。
【０００８】
逆に、ゼンマイの全長Ｌを短くしてゼンマイの厚さｔを厚くすれば、出力トルクＴの値を高くすることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような決定方法では、（２）式から判るように、ゼンマイの厚さｔおよび全長Ｌが香箱内部の収納空間の容積によって制限されてしまうので、長時間動作可能なゼンマイを採用する場合、必然的に香箱を大きくして収納空間を大きくとらなければならず、ゼンマイを含む駆動機構の小型化が図れないという問題がある。
【００１０】
また、ヤング率の高いゼンマイ材料を採用して厚さｔが薄くても高トルクを出力することのできるゼンマイとすることも考えられたが、ゼンマイの靱性を確保しづらく、ゼンマイの耐久性という点で限界があった。
【００１１】
本発明の目的は、時計等の精密機械の高精度化、安定動作化を図ることができるバネを提供することにあり、また、動力源として利用した場合、長時間動作化を図ることのできるバネ、およびこのバネを動力源とする駆動機構を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
１．バネ材料の特定
ヒゲゼンマイ等に組み込まれて調速用として使用されるバネにおいて、アモルファス金属から構成されていることを特徴とする。
【００１３】
ここで、バネ材料としてアモルファス金属を採用したのは、要するに、引っ張り応力が大きくかつヤング率の小さな材料をバネ材料とするためである。具体的には、従来のゼンマイ材料（化学組成（重量％）：Ｃｏ ３０〜４５％、Ｎｉ １０〜２０％、Ｃｒ ８〜１５％、Ｃ ＜０．０３％、Ｗ ３〜５％、Ｍｏ ３〜１２％、Ｔｉ ０．１〜２％、Ｍｎ ０．１〜２％、Ｓｉ ０．１〜２％、Ｆｅ 残）と、アモルファス金属から構成されるバネとを比較すると、以下のようになる。
【００１４】
尚、上述したアモルファスバネのアモルファス金属としては、例えば、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｎｉ−Ｂ−Ｃｒ系、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｃｒ系等のアモルファス金属を採用することができるが、バネの要求性能に応じて、種々のアモルファス金属を採用することができる。
【００１５】
このようなアモルファス金属から構成されるバネを採用すれば、アモルファスバネの方が最大引張り応力が大きいので、許容応力も大きくなり、同じ形状の従来材料のバネと比較して、高い付勢力が得られ、精密機器を小型化する際に好適である。
【００１６】
また、バネがアモルファス金属により構成されているので、単ロール法、双ロール法、回転水中紡糸法等によりワイヤ、リボン材等を簡単に製造することができ、バネの製造工程の簡素化が図られる。
【００１７】
さらに、アモルファス金属は耐食性が良好なので、錆止め用メッキを使用箇所によっては不要とすることができる。
【００１８】
そして、水晶振動子を固定する付勢手段としてアモルファス金属から構成されるバネを用いた場合、以下の理由で水晶振動子の信号の周期の進み遅れを防止することができる。すなわち、上述したように、アモルファス金属から構成されるバネは、従来材料のバネと比較してヤング率が低いため、バネのたわみ量εと付勢力Ｆとの関係は、図１に示すように、従来材料のバネのグラフＧ１よりも傾きの小さいグラフＧ２となる。従って、水晶振動子を固定するのに必要な付勢力Ｆ0を与える従来材料のバネのたわみ量をε1、アモルファスバネのたわみ量をε2とすると、両者のバネのたわみ量ε1およびたわみ量ε2にδという変化が生じた場合、その際の付勢力Ｆ0の変動ｄｆ1、ｄｆ2を比較するとアモルファスバネの付勢力の変動ｄｆ2の方が小さいことが判る。よって、水晶振動子を固定する付勢手段としてアモルファスバネを採用すれば、付勢力のばらつきを低減することが可能となり、水晶振動子の周期のずれを少なくすることができ、時計体の高精度化が図られる。
【００１９】
また、アモルファスから構成されるバネを、機械式時計の調速機を構成するテンプを付勢するヒゲゼンマイとして採用すれば、通常のヒゲゼンマイ材料である炭素鋼等と比較すると、温度変化に伴うヤング率の変化が少ないので、温度変化が生じても、付勢力のばらつきに伴うテンプの揺動周期の変化が少なく、機械式時計の高精度化が図られる。
【００２０】
さらに、駆動機構の動力源としてアモルファス金属から構成されるバネを採用した場合、すなわち、アモルファス金属から構成されるゼンマイとした場合、動力源の長時間動作化は、以下のような考えに基づいて導くことができる。
【００２１】
すなわち、上述した式（１）の関係が成立するゼンマイ３１（厚さｔ、幅ｂ、長さＬ）のたわみは、図２に示されるように、内端３１１が香箱真３３に剛接合され、他の端部となる外端３１２が自由端とされる片持ち支持梁のたわみとして近似的に求められる。図２におけるたわみ角α（ｒａｄ）は、ゼンマイ３１のたわみ半径をｒとすると、
ｒ＝Ｌ／α …（３）
と表すことができる。
【００２２】
一方、ゼンマイ３１の巻数Ｎは、上述したたわみ角αによって、
Ｎ＝α／２π …（４）
と表される。
【００２３】
従って、上述した式（１）は（３）、（４）式から、
Ｔ＝（ｂｔ３Ｅ／１２Ｌ）×α …（５）
と変形される。
【００２４】
そして、ゼンマイ３１のたわみによって蓄えられるエネルギＵは、ゼンマイ１に作用する曲げモーメント、すなわち、ゼンマイ１の出力トルクＴをαについて積分することによって求められ、
となる。
【００２５】
従って、長さＬのゼンマイが蓄え得る最大エネルギＵmaxは、図２におけるゼンマイ３１の最大たわみ角αmaxとすると、
Ｕmax＝（ｂｔ３Ｅ／２４Ｌ）×αmax２ …（７）
と表される。
【００２６】
ここで、ゼンマイ３１に作用する曲げ応力σは、ゼンマイ３１に作用する曲げモーメント、すなわち、たわみ状態にあるゼンマイ３１が出力し得る出力トルクＴの関数として表され、ゼンマイ１の中立軸Ａからの厚さ方向変位をｙ、ゼンマイ３１の断面二次モーメントをＩzとすると、
σ＝Ｔ×ｙ／Ｉz …（８）
と表される。
【００２７】
従って、図２におけるゼンマイ３１の上面に作用する引っ張り方向の最大曲げ応力σbは、（８）式より、
σb＝Ｔ・（ｔ／２）／Ｉz …（９）
と算出される。
【００２８】
一方、ゼンマイ３１の断面は、厚さｔ、幅ｂの矩形状をなしているから、
Ｉz＝ｂｔ３／１２ …（１０）
と算出され、（９）、（１０）式より、
Ｔ＝（ｂｔ２／６）×σb …（１１）
と表される。
【００２９】
従って、（１）、（１１）式より、
Ｔ＝（Ｅｔ３ｂπ／６Ｌ）×Ｎ＝（ｂｔ２／６）×σb …（１２）
と表され、（７）式におけるαmaxを与えるゼンマイの最大巻数Ｎmaxは、（４）式より、
Ｎmax＝αmax／２π …（１３）
となる。よって、（１２）、（１３）式より、
αmax＝２Ｌσb／Ｅｔ …（１４）
という関係が導き出せる。
【００３０】
従って、αmaxは、ゼンマイ３１の引っ張り方向の最大曲げ応力σb、すなわち、ゼンマイ３１に用いられるゼンマイ材料の最大引っ張り応力σmaxによって決定され、上述した（７）式は、
と算出されることが判る。
【００３１】
（１５）式から、図２のゼンマイ３１に蓄えられる最大エネルギＵmaxは、ゼンマイ３１の厚さｔ、幅ｂ、長さＬのみならず、ゼンマイ３１を構成する材料の最大引っ張り応力σmax、ヤング率Ｅによっても変化することが判る。
【００３２】
従って、ゼンマイに蓄えられるエネルギＵmaxをより大きくするには、最大引っ張り応力σmaxが大きくかつヤング率Ｅが小さい性質の材料をゼンマイ１に採用するのが好ましいということが判る。すなわち、上述したσmax＝３４０（kgf／mm２）、Ｅ＝９０００〜１２０００（kgf／mm２）のアモルファスバネをゼンマイ３１の材料として採用した場合、（１５）式より、従来の場合と比較して４．８〜６．４倍のエネルギを蓄えられることが判る。
【００３３】
従って、時計やオルゴール等の駆動機構の動力源としてアモルファスゼンマイを採用すれば、香箱等他の部分の形状寸法を変更することなく、ゼンマイに蓄積可能なエネルギ体積密度を向上することが可能となる。よって、駆動機構の動力源としては、小型化を維持しつつ、長時間動作させることが可能となり、特に、小型化が重要な腕時計の駆動機構の動力源として好ましい。
【００３４】
以上において、上述したアモルファス金属から構成されるバネがヒゲゼンマイまたはゼンマイとして利用される場合、非磁性体からなるゼンマイであるのが好ましい。すなわち、これらのゼンマイが非磁性体で構成されていれば、耐磁性が向上するので、ゼンマイが磁界等に引っ張られても、ゼンマイの特性が低下することもない。尚、アモルファス金属から構成されるバネを、水晶振動子の固定バネ、コハゼバネ等に用いた場合、当該バネが非磁性体から構成されていれば、耐磁性が向上し、上述と同様にバネの付勢力が磁界等に影響されることもない。
【００３５】
２．アモルファス金属から構成されるバネの最適形状
また、アモルファス金属から構成されるバネの断面形状は、直径０．０５mm以上の円形断面、または厚さ０．０１mm×幅０．０５mm以上の矩形断面を有しているのが好ましい。
【００３６】
すなわち、バネの断面形状がこのような断面であれば、十分な付勢力が得られるので、水晶振動子の固定手段、機械式時計の調速機を構成するテンプを付勢するヒゲゼンマイ、駆動機構の動力源となるゼンマイ等として利用することができる。
【００３７】
また、上述したアモルファス金属から構成されるバネは、基板や地板等に初期たわみを持たせて組み込まれているのが好ましい。
【００３８】
すなわち、初期たわみがあるので、バネを基板、地板等に組み込んでも、バネの動きやずれを生じることもない。さらに、初期たわみがあると、荷重を初期から加えることができるが、従来材料のバネではヤング率が高いため、その分許容応力までの余裕が少なくなってしまう。これに対して、アモルファス金属から構成されるバネでは、ヤング率が低いため、初期たわみで荷重がかかっていても、許容応力の余裕分が十分確保される。
【００３９】
さらに、上述したアモルファス金属から構成されるバネが駆動機構の動力源であるゼンマイとして利用される場合、このゼンマイの自由展開形状はＳ字状をなし、この自由展開形状の湾曲方向が変化する変曲点は、巻き取り側の端部となる内端と、この内端に対して他の端部となる外端との中間点よりも内端側に形成されているのが好ましい。
【００４０】
ここで、ゼンマイの自由展開形状とは、ゼンマイを香箱内から出した状態の形状のように、ゼンマイの拘束状態を解放した場合の展開形状をいう。
【００４１】
従来材料からなるゼンマイの自由展開形状では、図３に示すグラフＧ３のように、ゼンマイの内端と外端との中間点Ｃに変曲点（曲率半径ρが無限大となり、ゼンマイの湾曲方向が変化する点）を設けた理想曲線に近いＳ字状に形成していたが、これは以下の理由による。
▲１▼ 予めゼンマイを巻き取り方向とは反対側にクセ付しておき、巻締め時、ゼンマイに蓄えられるエネルギを多く蓄積するためである。
▲２▼ ゼンマイ全体に亘って均等に曲げ応力が作用するようにして応力集中によるゼンマイの破断を防止するためである。
【００４２】
一方、上述したように、アモルファスゼンマイは、従来のゼンマイ材料と比較してヤング率が小さいので、上記▲２▼の理由による制限は緩和され、専ら▲１▼を達成するためにクセ付を行うことが可能となる。
【００４３】
そして、具体的には、アモルファスゼンマイの最適な自由展開形状は、以下のようにして決定される。
【００４４】
香箱に収納されたゼンマイの巻締め時における螺旋形状をアルキメデスの螺旋と仮定すると、極座標ｒ、θを採った場合、
ｒ＝（ｔ／２π）・θ …（１６）
と表される（ｔ：ゼンマイの厚さ）。
【００４５】
そして、ゼンマイ全体に亘って応力集中が起こらない理想曲線を与える条件は、ゼンマイに作用する曲げモーメントをＭ、ゼンマイの曲げ剛性をＢ、自由展開形状におけるゼンマイの曲率半径をρ0、巻締め時におけるゼンマイの外周部分の曲率半径をρ1とすると、
（１／ρ1）−（１／ρ0）＝Ｍ／Ｂ＝一定 …（１７）
で与えられる。
【００４６】
また、ゼンマイ全体の蓄積した弾性エネルギが最大となる条件は、ゼンマイの最大弾性歪み量をεmaxとすると、
Ｂ／Ｍ＝ｔ／４εmax …（１８）
で与えられる。
【００４７】
巻出し中心からの曲線に沿って測ったゼンマイの長さをＬ’とすると、
１／ρ1＝（π／ｔＬ’）１／２ …（１９）
という関係が成立する。
【００４８】
従って、（１７）、（１９）式より、
１／ρ0＝（π／ｔＬ’）１／２−Ｍ／Ｂ …（２０）
となる。
【００４９】
実際には、ゼンマイの内端は、香箱真に巻き付けられるので、この香箱真半径をｒとすると、実際のゼンマイの長さＬは、
Ｌ＝Ｌ’−πｒ２／ｔ …（２１）
となる。そして、理想曲線形の自然方程式は（２２）式のようになる。
ρ0＝２（π／ｔ）×（Ｂ／Ｍ）３×（１／Ｌ）＋Ｂ／Ｍ …（２２）
【００５０】
従って、ゼンマイの蓄積エネルギが最大となる場合の自由展開形状における曲率半径ρ0は、（１８）、（２２）式より、
ρ0＝２（π／ｔ）×（ｔ／４εmax）３×（１／Ｌ）＋ｔ／４εmax
…（２３）
と表すことができる。
【００５１】
尚、εmax＝０．０２となると、理想曲線の渦巻形状のピッチがゼンマイの厚さｔよりも完全に小さくなってしまうので、実際には、εmax＝０．０２に近い形状で代用することとなる。
【００５２】
（２３）式を上述した図３に表せばグラフＧ４のようになり、計算上変曲点を、従来材料のゼンマイのグラフＧ３よりも内端側に形成することが可能なことが判る。
【００５３】
従って、アモルファスゼンマイであれば、ゼンマイの全長に亘って巻き取り方向とは反対側にクセ付することが可能となるので、巻締め時の蓄積エネルギをより多くすることが可能となる。
【００５４】
ここで、上述した（１）式は理論上算出される基礎式であり、（２２）式もこの基礎式から求められる理論上の式であり、実際には、ゼンマイ同士またはゼンマイと香箱との間に摩擦が生じたり、ゼンマイと香箱真とを接合するための巻き代が必要となるので、これらを考慮する必要がある。
【００５５】
従って、摩擦による補正係数をＫ1、ゼンマイを香箱真に巻き付けるための巻数Ｎoとすると、従来材料のゼンマイでは、巻数Ｎと出力トルクＴとの関係は、
Ｔ＝Ｋ1・（Ｅｂｔ３π／６Ｌ）×（Ｎ−Ｎo） …（２４）
となる。
【００５６】
従って、図４に示すように、従来材料のゼンマイの出力トルク特性Ｇ６と比較して、アモルファスゼンマイの出力トルク特性Ｇ５は、巻数は同じであるが、カーブの傾きが小さく巻数の変化によるトルク変動が小さい。また、同じ巻数時でのトルクが高いので、持続時間が増加し、駆動機構をより長時間動作させることが可能となる。
３．最適形状となるアモルファスゼンマイの形成
また、上述したアモルファス金属から構成されるバネをゼンマイとして利用する場合、単板では厚さｔが５０μｍ以上のものを製造するのが困難なため、２枚、３枚、および複数枚のアモルファス金属板状体を積層一体化してアモルファスゼンマイとするのが好ましい。
【００５７】
すなわち、アモルファス金属板状体が積層して形成されているので、（１）、（２２）、（２３）式から判るように、出力トルク等の要求性能に応じてアモルファスゼンマイの厚さｔを自由に設定することが可能となる。
【００５８】
さらに、積層一体化する場合、複数枚のアモルファス金属板状体を合成樹脂系の接着剤で貼り合わせるのが好ましい。
【００５９】
すなわち、合成樹脂系の接着剤は、比較的低温で複数枚のアモルファス金属板状体を積層一体化することができるので、アモルファス金属の特性が変化することもなく、上述したアモルファスゼンマイの特徴が損なわれることもない。
【００６０】
具体的には、アモルファス金属の特性が変化する略３００℃以下の温度で硬化する接着剤を採用すればよく、例えば、エポキシ系接着剤であれば、略１００℃で硬化するので、アモルファス金属の特性が変化することもない。
【００６１】
また、接着剤が完全に硬化する前であれば容易に変形するので、上述したアモルファスゼンマイのクセ付を治具等に巻き付けて容易に行うことが可能となる。
【００６２】
さらに、従来のゼンマイのようにクセ付のために別途熱処理等をする必要がなく、ゼンマイの製造工程の簡素化を図ることが可能となる。尚、複数枚のアモルファス金属板状体の内端部分、変曲点部分、外端部分をスポット溶接しても、アモルファスゼンマイのクセ付を行うことが可能である。尚、このような積層一体化したバネを、水晶振動子の固定バネ、コハゼバネ等として用いても、上述と同様の効果を享受できる。
【００６３】
４．アモルファスゼンマイを利用した駆動機構
そして、本発明に係るゼンマイを利用した駆動機構は、上述したアモルファスゼンマイと、このゼンマイの機械エネルギを伝達する輪列とを備えたゼンマイを利用した駆動機構であって、複数のアモルファスゼンマイと、これらのゼンマイを収納する複数の香箱とを有し、前記輪列には、前記複数の香箱が同時に噛合していることを特徴とする。
【００６４】
すなわち、アモルファスゼンマイが収納された複数の香箱を同時に輪列に噛合させているので、輪列には、複数の香箱から出力される出力トルクを重ね合わせた出力トルクが作用し、輪列に大きなトルクを作用させることが可能となり、駆動機構を高い出力トルクで動作させることが可能となる。
【００６５】
以上において、前記複数の香箱は、輪列に対する噛合の位相が互いにずれているのが好ましい。
【００６６】
すなわち、噛合の位相が互いにずれているので、一方の香箱と輪列との噛合によって発生するトルク変動を、他の香箱との噛合により打ち消すことが可能となり、香箱全体で輪列への伝達トルクの変動を抑制して駆動機構をスムースに動作させることが可能となる。
【００６７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００６８】
第１実施形態は、本発明に係るバネをゼンマイとして利用した駆動機構に係るものである。図５は、本発明の第１実施形態に係るアモルファスゼンマイを利用した電子制御式機械時計の駆動機構を示す平面図であり、図６及び図７はその断面図である。
【００６９】
電子制御式機械時計の駆動機構１は、アモルファスゼンマイ３１、香箱歯車３２、香箱真３３及び香箱蓋３４からなる香箱３０を備えている。アモルファスゼンマイ３１は、外端が香箱歯車３２、内端が香箱真３３に固定される。香箱真３３は、地板２と輪列受３に支持され、角穴車４と一体で回転するように角穴ネジ５により固定されている。
【００７０】
角穴車４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、コハゼ６と噛み合っている。なお、角穴車４を時計方向に回転しアモルファスゼンマイ３１を巻く方法は、機械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。
【００７１】
香箱歯車３２の回転は、７倍に増速されて二番車７へ、順次６．４倍増速されて三番車８へ、9.375 倍増速されて四番車９へ、３倍増速されて五番車１０へ、１０倍増速されて六番車１１へ、１０倍増速されてロータ１２へと、合計１２６，０００倍の増速をし、これらの歯車が輪列を構成している。
【００７２】
二番車７には筒かな７ａが、筒かな７ａには分針１３が、四番車９には秒針１４がそれぞれ固定されている。従って、二番車７を１ｒｐｈで、四番車９を１ｒｐｍで回転させるためには、ロータ１２は５ｒｐｓで回転するように制御すればよい。このときの香箱歯車１ｂは、１／７ｒｐｈとなる。
【００７３】
この電子制御式機械時計は、ロータ１２、ステータ１５、コイルブロック１６から構成される発電機２０を備えている。ロータ１２は、ロータ磁石１２ａ、ロータかな１２ｂ、ロータ慣性円板１２ｃから構成される。ロータ慣性円板１２ｃは、香箱３０からの駆動トルク変動に対しロータ１２の回転数変動を少なくするためのものである。ステータ１５は、ステータ体１５ａに４万ターンのステータコイル１５ｂを巻線したものである。
【００７４】
コイルブロック１６は、磁心１６ａに１１万ターンのコイル１６ｂを巻線したものである。ここで、ステータ体１５ａと磁心１６ａはＰＣパーマロイ等で構成されている。また、ステータコイル１５ｂとコイル１６ｂは、各々の発電電圧を加えた出力電圧がでるように直列に接続されている。
【００７５】
このような発電機２０によって発電された交流出力は、図５〜図７では図示を略したが、駆動機構１の調速、脱進等の制御用に組み込まれる制御回路に供給される。
【００７６】
次に、上述した香箱３０の内部構造について図８に基づいて説明する。
【００７７】
図８（Ａ）には、前述したアモルファスゼンマイ３１が香箱３０内で巻締められた状態が示され、図８（Ｂ）には、アモルファスゼンマイ３１が香箱内で巻戻った後の状態が示されている。
【００７８】
尚、このアモルファスゼンマイ３１の形状寸法は、幅ｂ＝１mm、厚さｔ＝０．１mm、全長Ｌ＝３００mmである。
【００７９】
アモルファスゼンマイ３１は、上述したように、その内端３１１が香箱真３３に巻き付けられているとともに、外端３１２が香箱の内側面に接合固定されている。
【００８０】
図８（Ｂ）の状態において、外力によって香箱３０を香箱真３３に対して回転させると、アモルファスゼンマイ３１が巻締まる。巻締め後、香箱３０の拘束状態を解放すると、アモルファスゼンマイ３１の巻戻りとともに、香箱３０が回転する。そして、香箱３０の外周に形成される香箱歯車３２によって上述した二番車７等の輪列を回転させて分針１３、秒針１４等が動作する。
【００８１】
アモルファスゼンマイ３１は、図９に示すように、厚さ５０μｍのアモルファス金属板状体３１３を複数枚積層一体化して形成され、各々のアモルファス金属板状体３１３同士は、エポキシ系接着剤３１４によって貼り付けられている。
【００８２】
前記香箱３０から取り外したアモルファスゼンマイ３１は、図１０に示すように、香箱真３３に対する巻取り方向とは、反対側にクセ付され、平面略Ｓ字状の自由展開形状を有している。
【００８３】
そして、湾曲方向が変化する変曲点３１５は、内端３１１の近傍に形成され、変曲点３１５から内端３１１までは、アモルファスゼンマイ３１を香箱真３３に固定するために利用される。
【００８４】
以上のようなアモルファスゼンマイ３１を製造するに際しては、まず、アモルファス金属板状体３１３を駆動機構１の動力源として必要な幅、長さ寸法に加工する。
【００８５】
そして、各々のアモルファス金属板状体３１３をエポキシ系接着剤３１４を用いて互いに貼り合わせ、アモルファスゼンマイ３１に必要な厚さｔ（０．１mm）を確保する。
【００８６】
最後に、エポキシ系接着剤３１４が硬化する前に、丸棒等にアモルファスゼンマイ３１を巻き付けてクセ付を行い、エポキシ系接着剤３１４を硬化させる。
【００８７】
以上のような第１実施形態に係るアモルファスゼンマイ３１によれば、次のような効果がある。
▲１▼ 駆動機構１の動力源としてアモルファスゼンマイ３１が採用されているので、駆動機構１の小型化を維持しつつ、当該駆動機構１を長時間動作させることができる。
【００８８】
因みに、上述した駆動機構１に従来のゼンマイを組み込んだ場合、巻締め時から４０時間で停止するのに対して、アモルファスゼンマイ３１を組み込んだ場合、巻締め時から４５時間で停止し、持続時間は約１０％増加する。
▲２▼ 変曲点３１５の位置を内端３１１の近傍に設定することができるので、クセ付をアモルファスゼンマイ３１のほぼ全長に亘って行うことができ、アモルファスゼンマイ３１が蓄積する機械エネルギを増大させて駆動機構１の動作の長時間化を一層図ることができる。
【００８９】
また、アモルファスゼンマイ３１であればトルク変動が小さいので、機械式時計の動力源として採用した場合、駆動精度が向上する。
▲３▼ 従来のゼンマイでは、バルク材から圧延を繰り返して所定寸法の厚さのゼンマイを得ていた。
【００９０】
これに対して、上述したアモルファスゼンマイ３１は、単ロール法、双ロール法、回転水中紡糸法等によりワイヤ、リボン材等を簡単に製造することができるので、アモルファスゼンマイの製造の簡単化を図ることができる。
▲４▼ 複数枚のアモルファス金属板状体３１３の積層一体化をエポキシ系接着剤３１４によって行っているので、アモルファスゼンマイ３１の形成に加熱工程が加わることもなく、アモルファス金属の特性を損なうことがない。
【００９１】
また、接着剤の硬化前にクセ付を行うことができるので、アモルファスゼンマイ３１のクセ付を治具等に巻き付けて容易に行うことができる。
【００９２】
次に、本発明の第２実施形態に係るアモルファスゼンマイを利用した駆動機構について説明する。尚、以下の発明では、既に説明した部分又は部材と同一又は類似の部分等については、その説明を省略又は簡略する。
【００９３】
前述した第１実施形態に係る駆動機構１では、駆動機構１を動作させる動力源は、香箱３０に収納された１つのアモルファスゼンマイ３１のみであった。
【００９４】
これに対して、図１１に示すように、第２実施形態に係る駆動機構１０１は、香箱３０を２つ備え、各々の内部に収納されたアモルファスゼンマイ３１が駆動機構１０１の動力源とされている点が相違する。
【００９５】
駆動機構１０１の二番車７の基部歯車７１には、２つの香箱３０の外周に形成された香箱歯車３２（図１１では図示略）が同時に噛合している。
【００９６】
２つの香箱３０は、それぞれの香箱真３３を中心として同一方向に回動し、二番車７には、各々のアモルファスゼンマイ３１の出力トルクＴを加えたトルク２Ｔが作用している。
【００９７】
ここで、二番車７に噛合する香箱歯車３２は、図１２に示すように、左側の香箱歯車３２と右側の香箱歯車３２とが噛合する位相が異なっていて、左側の香箱歯車３２が二番歯車７とＢ１点で当接する時、右側の香箱歯車３２はＢ２点で二番歯車７から離間しようとしている。
【００９８】
尚、このような位相の相違は、香箱真３３の相対位置によって決まり、図１１から判るように、二番車７の回転中心と香箱真３３とがなす角βに応じて噛合する位相を調整することができる。
【００９９】
このような第２実施形態に係るアモルファスゼンマイを利用した駆動機構１０１によれば、前述の第１実施形態で述べた効果に加えて、次のような効果がある。すなわち、アモルファスゼンマイ３１が収納された２つの香箱３０を同時に輪列を構成する二番車７に同時に噛合させているので、香箱３０各々の出力トルクＴを重ね合わせて二番車７を回転させることができ、駆動機構１０１を高い出力トルク２Ｔで動作させることができる。
【０１００】
また、二番車７に噛合する香箱歯車３２の位相が互いにずれているので、一方、例えば、図１２において、左側の香箱３０と二番歯車７との噛合状態によって発生するトルク変動を、他の右側の香箱３０との噛合状態によりトルクを和することで、伝達トルクの変動を抑制して駆動機構１０１をスムースに動作させることができる。
【０１０１】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、本発明に係るアモルファス金属から構成されるバネを、機械式時計の調速機を構成するテンプを付勢するヒゲゼンマイとして利用したものである。すなわち、本例における調速機を構成するテンプひげ系４００は、図１３および図１４に示すように、テン真４１０、テン輪４２０、振り座４３０、ヒゲ玉４４０、ヒゲ持４５０、緩急針４６０を含んで構成される。
【０１０２】
テン真４１０には、テン輪４２０、振り座４３０、ヒゲ玉４４０が固定され、これらが一体で回転するように構成されている。ヒゲゼンマイ４７０は、アモルファス合金から構成される非磁性体であり、その内周端がヒゲ玉４４０に固定され、外周端は、ヒゲ持４５０に固定されている。緩急針４６０は、ヒゲ棒４６１およびヒゲ受４６２を含んで構成され、ヒゲゼンマイ４７０の最外周部分は、ヒゲ棒４６１およびヒゲ受の間を通過している。
【０１０３】
そして、このようなテンプヒゲ系４００では、テンプ輪４２０がテン真４１０を軸として回転すると、これに伴いヒゲ玉４４０も回転するので、テンプ輪４２０には、ヒゲゼンマイ４７０の付勢力が作用し、この付勢力とテンプ輪４７０の慣性力とがつり合うと、テン輪４２０の回転が停止し、ヒゲゼンマイ４７０の付勢力により、テン輪４２０は逆方向に回転する。すなわち、テン輪４２０は、テン真４１０を軸として揺動を繰り返す。このテン輪４２０の揺動周期は、緩急針４６０のヒゲ棒４６１、ヒゲ受４６２の位置を微調整することにより、変化させることができる。また、この揺動周期Ｔは、テンプ輪４２０等の回転部分の慣性モーメントＪの他、ヒゲゼンマイ４７０の材料特性によっても変化し、ヒゲゼンマイ４７０の幅をｂ、厚さをｔ、ゼンマイ長さをＬ、ヒゲゼンマイのヤング率をＥとすると、以下の（２５）式によって表される。
以上ような第３実施形態によれば、次のような効果がある。
【０１０４】
すなわち、ヒゲゼンマイ４７０がアモルファス金属により構成されているので、温度変化に伴うヤング率Ｅの変化が少なく、（２５）式で表されるテンプヒゲ系４００の揺動周期の変化も少なくなり、テンプヒゲ系４００を含む調速機を有する機械式時計の高精度化を図ることができる。
【０１０５】
また、ヒゲゼンマイ４７０が非磁性体のアモルファス金属から構成されているので、耐磁性が向上し、ヒゲゼンマイ４７０が外部磁界等に引っ張られても、ゼンマイの特性が低下することもない。
【０１０６】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態は、本発明に係るアモルファス金属から構成されるバネを、水晶発振式時計の水晶振動子を付勢状態で固定するバネとして利用したものである。
【０１０７】
すなわち、図１５に示すように、水晶振動子５００は、真空カプセル５０１と、この真空カプセル５０１の内部に収納される音叉型の振動子本体５０２とを含んで構成され、真空カプセル５０１の端部に設けられる端子５０３が回路基板５１０と電気的に接続されて発振回路が構成される。
このような水晶振動子５００は、地板５２０上に配置され、ネジ５３０と、アモルファス金属から構成される固定バネ５４０によって、地板５２０に押さえつけられる方向に付勢された状態で固定されている。
【０１０８】
このような第４実施形態によれば、以下のような効果がある。すなわち、アモルファス金属から構成される固定バネ５３０は、ヤング率が小さいので、固定バネ５３０のたわみ量と付勢力との関係は、上述した図１に示されるように、従来材料のバネのグラフＧ１よりも傾きの小さいグラフＧ２となる。従って、固定バネ５３０のたわみ量が変化しても、その際の付勢力の変動が少なくなるので、水晶振動子の周期のずれを少なくすることができ、水晶発振式時計の高精度化を図ることができる。
【０１０９】
尚、本発明は、前述の各実施形態に限定されるものではなく、次に示すような変形等をも含むものである。
【０１１０】
すなわち、前述の第１実施形態では、アモルファスゼンマイ３１は、電子制御式機械時計の駆動機構１の動力源として用いられていたが、これに限らず、制御系が調速機、脱進機によって構成される通常の機械式時計の駆動機構にアモルファスゼンマイを用いてもよい。
【０１１１】
また、前述の第１実施形態では、時計の駆動機構１の動力源としてアモルファスゼンマイ３１が用いられていたが、これに限らず、オルゴール等他の駆動機構の動力源としてアモルファスゼンマイを用いても良い。
【０１１２】
さらに、前述の第１実施形態では、アモルファスゼンマイ３１は接着剤３１４によって積層一体化されていたが、内端３１１、外端３１２、変曲点３１５にスポット溶接を行って一体化してもよく、このようにすれば、積層一体化と同時にアモルファスゼンマイのクセ付をある程度行うことができる。
【０１１３】
そして、前述の第２実施形態では、輪列を構成する二番車７には、２つの香箱３０が噛合していたが、２以上の香箱３０が噛合していてもよく、要するに、アモルファスゼンマイの蓄積エネルギと、駆動機構の動力源として要求されるエネルギとに応じて適宜決定すればよい。
【０１１４】
また、前述の第４実施形態では、アモルファス金属から構成されるバネを、水晶振動子５００を固定する固定バネ５３０として利用していたが、これに限られない。すなわち、第１実施形態の角穴車４と噛合するコハゼ６を構成するコハゼバネをアモルファス金属から構成してもよい。コハゼは、香箱内のゼンマイを巻く際の巻戻り防止のための部品であり、その時機能するバネがコハゼバネである。そして、コハゼバネは、ゼンマイを巻いている最中、コハゼと係合している角穴車のかみ合い歯数分だけ繰り返し荷重を受けることとなり、その回数は数万〜数十万回／年となる。このような繰り返し荷重がかかる場合、コハゼバネの許容応力は、最大応力の１／２以下に設定する必要がある。従って、このようなコハゼバネにアモルファス金属から構成されるバネを使用すれば、許容応力が高く設定でき、また付勢力のばらつきも少ないので、コハゼバネの材料としても有利である。
【０１１５】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造及び形状等は、他の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【０１１６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るバネ、ヒゲゼンマイは機械式時計の調速用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の作用を説明するためのひずみと付勢力の関係を示すグラフである。
【図２】 本発明の作用を説明するための模式図である。
【図３】 ゼンマイ長さと曲率半径との関係からゼンマイの変曲点位置を表すグラフである。
【図４】 巻数と出力トルクとの関係を表すグラフである。
【図５】 本発明の第１実施形態に係るアモルファスゼンマイを利用した駆動機構を表す平面図である。
【図６】 前述の実施形態における駆動機構の断面図である。
【図７】 前述の実施形態における駆動機構の他の断面図である。
【図８】 前述の実施形態における香箱内に収納されたゼンマイを表す平面図である。
【図９】 前述の実施形態におけるゼンマイの厚さ方向断面図である。
【図１０】 前述の実施形態におけるゼンマイの自由展開形状を表す平面図である。
【図１１】 本発明の第２実施形態に係る駆動機構を表す部分平面図である。
【図１２】 前述の実施形態における香箱と輪列との噛合状態を表す部分平面図である。
【図１３】 本発明の第３実施形態に係るテンプヒゲ系の構造を表す平面図である。
【図１４】 前述の実施形態におけるテンプヒゲ系の構造を表す断面図である。
【図１５】 本発明の第４実施形態に係る水晶振動子の固定構造を表す側面図である。
【符号の説明】
１…駆動機構、７…輪列、３０…香箱、３１…ゼンマイ、３１１…内輪、３１２…外輪、３１３…アモルファス金属板状体、３１４…接着剤、
３１５…変曲点
【発明の属する分野】
本発明は、時計の調速用に利用されるバネ材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、時計、オルゴール等の精密機械には、種々のバネが採用されている。例えば、時計であれば、機械式時計におけるテンプを付勢するヒゲゼンマイ等が知られている。
【０００３】
このようなバネに用いられる材料としては、従来より炭素鋼、ステンレス、コバルト合金、銅合金等からなるバネ材料、ゼンマイ材料等が採用されていたが、次のような問題がある。
機械式時計の調速機を構成するテンプを付勢するヒゲゼンマイの場合、温度変化によってヤング率が変化して付勢力がばらつき、テンプの揺動周期が変化し、このテンプの揺動周期の変化が機械式時計の精度に大きく影響を及ぼす。従って、ヒゲゼンマイの材料としては、温度変化によりヤング率が変化しないものを採用するのが好ましい。
【０００４】
このようなゼンマイの巻数と出力トルクとの関係は比例関係にあり、ゼンマイが出力するトルクをＴ、ゼンマイの巻締め回数（巻数）をＮ、ヤング率をＥ、ゼンマイの全長をＬとし、ゼンマイが厚さｔ、幅ｂの矩形状の断面を有するとすると、
Ｔ＝（Ｅｔ３ｂπ／６Ｌ）×Ｎ …（１）
という式で表されることが知られている。
【０００５】
一方、ゼンマイの全長Ｌ、厚さｔ、幅ｂは、ゼンマイが収納される香箱サイズによって決定され、香箱内半径をＲ、香箱真半径をｒとすると、ゼンマイの全長Ｌは、
Ｌ＝π（Ｒ２−ｒ２）／２ｔ …（２）
という式によって導かれ、ゼンマイの全長Ｌおよび厚さｔは反比例の関係にあるということが判る。
【０００６】
ここで、ゼンマイに蓄えられる機械エネルギは、（１）式の出力トルクＴを巻数Ｎで積分することにより与えられ、（１）式がゼンマイの全長Ｌおよび厚さｔの関数とも考えられるので、従来は、Ｌ、ｔを調整することによってゼンマイのエネルギを調整していた。
【０００７】
すなわち、ゼンマイの厚さｔを薄くしてゼンマイの全長Ｌを大きくすれば、ゼンマイの最大巻数Ｎmaxを大きくすることができる。
【０００８】
逆に、ゼンマイの全長Ｌを短くしてゼンマイの厚さｔを厚くすれば、出力トルクＴの値を高くすることができる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような決定方法では、（２）式から判るように、ゼンマイの厚さｔおよび全長Ｌが香箱内部の収納空間の容積によって制限されてしまうので、長時間動作可能なゼンマイを採用する場合、必然的に香箱を大きくして収納空間を大きくとらなければならず、ゼンマイを含む駆動機構の小型化が図れないという問題がある。
【００１０】
また、ヤング率の高いゼンマイ材料を採用して厚さｔが薄くても高トルクを出力することのできるゼンマイとすることも考えられたが、ゼンマイの靱性を確保しづらく、ゼンマイの耐久性という点で限界があった。
【００１１】
本発明の目的は、時計等の精密機械の高精度化、安定動作化を図ることができるバネを提供することにあり、また、動力源として利用した場合、長時間動作化を図ることのできるバネ、およびこのバネを動力源とする駆動機構を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
１．バネ材料の特定
ヒゲゼンマイ等に組み込まれて調速用として使用されるバネにおいて、アモルファス金属から構成されていることを特徴とする。
【００１３】
ここで、バネ材料としてアモルファス金属を採用したのは、要するに、引っ張り応力が大きくかつヤング率の小さな材料をバネ材料とするためである。具体的には、従来のゼンマイ材料（化学組成（重量％）：Ｃｏ ３０〜４５％、Ｎｉ １０〜２０％、Ｃｒ ８〜１５％、Ｃ ＜０．０３％、Ｗ ３〜５％、Ｍｏ ３〜１２％、Ｔｉ ０．１〜２％、Ｍｎ ０．１〜２％、Ｓｉ ０．１〜２％、Ｆｅ 残）と、アモルファス金属から構成されるバネとを比較すると、以下のようになる。
尚、上述したアモルファスバネのアモルファス金属としては、例えば、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｂ系、Ｎｉ−Ｓｉ−Ｃｒ系、Ｎｉ−Ｂ−Ｃｒ系、Ｃｏ−Ｆｅ−Ｃｒ系等のアモルファス金属を採用することができるが、バネの要求性能に応じて、種々のアモルファス金属を採用することができる。
【００１５】
このようなアモルファス金属から構成されるバネを採用すれば、アモルファスバネの方が最大引張り応力が大きいので、許容応力も大きくなり、同じ形状の従来材料のバネと比較して、高い付勢力が得られ、精密機器を小型化する際に好適である。
【００１６】
また、バネがアモルファス金属により構成されているので、単ロール法、双ロール法、回転水中紡糸法等によりワイヤ、リボン材等を簡単に製造することができ、バネの製造工程の簡素化が図られる。
【００１７】
さらに、アモルファス金属は耐食性が良好なので、錆止め用メッキを使用箇所によっては不要とすることができる。
【００１８】
そして、水晶振動子を固定する付勢手段としてアモルファス金属から構成されるバネを用いた場合、以下の理由で水晶振動子の信号の周期の進み遅れを防止することができる。すなわち、上述したように、アモルファス金属から構成されるバネは、従来材料のバネと比較してヤング率が低いため、バネのたわみ量εと付勢力Ｆとの関係は、図１に示すように、従来材料のバネのグラフＧ１よりも傾きの小さいグラフＧ２となる。従って、水晶振動子を固定するのに必要な付勢力Ｆ0を与える従来材料のバネのたわみ量をε1、アモルファスバネのたわみ量をε2とすると、両者のバネのたわみ量ε1およびたわみ量ε2にδという変化が生じた場合、その際の付勢力Ｆ0の変動ｄｆ1、ｄｆ2を比較するとアモルファスバネの付勢力の変動ｄｆ2の方が小さいことが判る。よって、水晶振動子を固定する付勢手段としてアモルファスバネを採用すれば、付勢力のばらつきを低減することが可能となり、水晶振動子の周期のずれを少なくすることができ、時計体の高精度化が図られる。
【００１９】
また、アモルファスから構成されるバネを、機械式時計の調速機を構成するテンプを付勢するヒゲゼンマイとして採用すれば、通常のヒゲゼンマイ材料である炭素鋼等と比較すると、温度変化に伴うヤング率の変化が少ないので、温度変化が生じても、付勢力のばらつきに伴うテンプの揺動周期の変化が少なく、機械式時計の高精度化が図られる。
【００２０】
さらに、駆動機構の動力源としてアモルファス金属から構成されるバネを採用した場合、すなわち、アモルファス金属から構成されるゼンマイとした場合、動力源の長時間動作化は、以下のような考えに基づいて導くことができる。
【００２１】
すなわち、上述した式（１）の関係が成立するゼンマイ３１（厚さｔ、幅ｂ、長さＬ）のたわみは、図２に示されるように、内端３１１が香箱真３３に剛接合され、他の端部となる外端３１２が自由端とされる片持ち支持梁のたわみとして近似的に求められる。図２におけるたわみ角α（ｒａｄ）は、ゼンマイ３１のたわみ半径をｒとすると、
ｒ＝Ｌ／α …（３）
と表すことができる。
【００２２】
一方、ゼンマイ３１の巻数Ｎは、上述したたわみ角αによって、
Ｎ＝α／２π …（４）
と表される。
【００２３】
従って、上述した式（１）は（３）、（４）式から、
Ｔ＝（ｂｔ３Ｅ／１２Ｌ）×α …（５）
と変形される。
【００２４】
そして、ゼンマイ３１のたわみによって蓄えられるエネルギＵは、ゼンマイ１に作用する曲げモーメント、すなわち、ゼンマイ１の出力トルクＴをαについて積分することによって求められ、
【００２５】
従って、長さＬのゼンマイが蓄え得る最大エネルギＵmaxは、図２におけるゼンマイ３１の最大たわみ角αmaxとすると、
Ｕmax＝（ｂｔ３Ｅ／２４Ｌ）×αmax２ …（７）
と表される。
【００２６】
ここで、ゼンマイ３１に作用する曲げ応力σは、ゼンマイ３１に作用する曲げモーメント、すなわち、たわみ状態にあるゼンマイ３１が出力し得る出力トルクＴの関数として表され、ゼンマイ１の中立軸Ａからの厚さ方向変位をｙ、ゼンマイ３１の断面二次モーメントをＩzとすると、
σ＝Ｔ×ｙ／Ｉz …（８）
と表される。
【００２７】
従って、図２におけるゼンマイ３１の上面に作用する引っ張り方向の最大曲げ応力σbは、（８）式より、
σb＝Ｔ・（ｔ／２）／Ｉz …（９）
と算出される。
【００２８】
一方、ゼンマイ３１の断面は、厚さｔ、幅ｂの矩形状をなしているから、
Ｉz＝ｂｔ３／１２ …（１０）
と算出され、（９）、（１０）式より、
Ｔ＝（ｂｔ２／６）×σb …（１１）
と表される。
【００２９】
従って、（１）、（１１）式より、
Ｔ＝（Ｅｔ３ｂπ／６Ｌ）×Ｎ＝（ｂｔ２／６）×σb …（１２）
と表され、（７）式におけるαmaxを与えるゼンマイの最大巻数Ｎmaxは、（４）式より、
Ｎmax＝αmax／２π …（１３）
となる。よって、（１２）、（１３）式より、
αmax＝２Ｌσb／Ｅｔ …（１４）
という関係が導き出せる。
【００３０】
従って、αmaxは、ゼンマイ３１の引っ張り方向の最大曲げ応力σb、すなわち、ゼンマイ３１に用いられるゼンマイ材料の最大引っ張り応力σmaxによって決定され、上述した（７）式は、
【００３１】
（１５）式から、図２のゼンマイ３１に蓄えられる最大エネルギＵmaxは、ゼンマイ３１の厚さｔ、幅ｂ、長さＬのみならず、ゼンマイ３１を構成する材料の最大引っ張り応力σmax、ヤング率Ｅによっても変化することが判る。
【００３２】
従って、ゼンマイに蓄えられるエネルギＵmaxをより大きくするには、最大引っ張り応力σmaxが大きくかつヤング率Ｅが小さい性質の材料をゼンマイ１に採用するのが好ましいということが判る。すなわち、上述したσmax＝３４０（kgf／mm２）、Ｅ＝９０００〜１２０００（kgf／mm２）のアモルファスバネをゼンマイ３１の材料として採用した場合、（１５）式より、従来の場合と比較して４．８〜６．４倍のエネルギを蓄えられることが判る。
【００３３】
従って、時計やオルゴール等の駆動機構の動力源としてアモルファスゼンマイを採用すれば、香箱等他の部分の形状寸法を変更することなく、ゼンマイに蓄積可能なエネルギ体積密度を向上することが可能となる。よって、駆動機構の動力源としては、小型化を維持しつつ、長時間動作させることが可能となり、特に、小型化が重要な腕時計の駆動機構の動力源として好ましい。
【００３４】
以上において、上述したアモルファス金属から構成されるバネがヒゲゼンマイまたはゼンマイとして利用される場合、非磁性体からなるゼンマイであるのが好ましい。すなわち、これらのゼンマイが非磁性体で構成されていれば、耐磁性が向上するので、ゼンマイが磁界等に引っ張られても、ゼンマイの特性が低下することもない。尚、アモルファス金属から構成されるバネを、水晶振動子の固定バネ、コハゼバネ等に用いた場合、当該バネが非磁性体から構成されていれば、耐磁性が向上し、上述と同様にバネの付勢力が磁界等に影響されることもない。
【００３５】
２．アモルファス金属から構成されるバネの最適形状
また、アモルファス金属から構成されるバネの断面形状は、直径０．０５mm以上の円形断面、または厚さ０．０１mm×幅０．０５mm以上の矩形断面を有しているのが好ましい。
【００３６】
すなわち、バネの断面形状がこのような断面であれば、十分な付勢力が得られるので、水晶振動子の固定手段、機械式時計の調速機を構成するテンプを付勢するヒゲゼンマイ、駆動機構の動力源となるゼンマイ等として利用することができる。
【００３７】
また、上述したアモルファス金属から構成されるバネは、基板や地板等に初期たわみを持たせて組み込まれているのが好ましい。
【００３８】
すなわち、初期たわみがあるので、バネを基板、地板等に組み込んでも、バネの動きやずれを生じることもない。さらに、初期たわみがあると、荷重を初期から加えることができるが、従来材料のバネではヤング率が高いため、その分許容応力までの余裕が少なくなってしまう。これに対して、アモルファス金属から構成されるバネでは、ヤング率が低いため、初期たわみで荷重がかかっていても、許容応力の余裕分が十分確保される。
【００３９】
さらに、上述したアモルファス金属から構成されるバネが駆動機構の動力源であるゼンマイとして利用される場合、このゼンマイの自由展開形状はＳ字状をなし、この自由展開形状の湾曲方向が変化する変曲点は、巻き取り側の端部となる内端と、この内端に対して他の端部となる外端との中間点よりも内端側に形成されているのが好ましい。
【００４０】
ここで、ゼンマイの自由展開形状とは、ゼンマイを香箱内から出した状態の形状のように、ゼンマイの拘束状態を解放した場合の展開形状をいう。
【００４１】
従来材料からなるゼンマイの自由展開形状では、図３に示すグラフＧ３のように、ゼンマイの内端と外端との中間点Ｃに変曲点（曲率半径ρが無限大となり、ゼンマイの湾曲方向が変化する点）を設けた理想曲線に近いＳ字状に形成していたが、これは以下の理由による。
▲１▼ 予めゼンマイを巻き取り方向とは反対側にクセ付しておき、巻締め時、ゼンマイに蓄えられるエネルギを多く蓄積するためである。
▲２▼ ゼンマイ全体に亘って均等に曲げ応力が作用するようにして応力集中によるゼンマイの破断を防止するためである。
【００４２】
一方、上述したように、アモルファスゼンマイは、従来のゼンマイ材料と比較してヤング率が小さいので、上記▲２▼の理由による制限は緩和され、専ら▲１▼を達成するためにクセ付を行うことが可能となる。
【００４３】
そして、具体的には、アモルファスゼンマイの最適な自由展開形状は、以下のようにして決定される。
【００４４】
香箱に収納されたゼンマイの巻締め時における螺旋形状をアルキメデスの螺旋と仮定すると、極座標ｒ、θを採った場合、
ｒ＝（ｔ／２π）・θ …（１６）
と表される（ｔ：ゼンマイの厚さ）。
【００４５】
そして、ゼンマイ全体に亘って応力集中が起こらない理想曲線を与える条件は、ゼンマイに作用する曲げモーメントをＭ、ゼンマイの曲げ剛性をＢ、自由展開形状におけるゼンマイの曲率半径をρ0、巻締め時におけるゼンマイの外周部分の曲率半径をρ1とすると、
（１／ρ1）−（１／ρ0）＝Ｍ／Ｂ＝一定 …（１７）
で与えられる。
【００４６】
また、ゼンマイ全体の蓄積した弾性エネルギが最大となる条件は、ゼンマイの最大弾性歪み量をεmaxとすると、
Ｂ／Ｍ＝ｔ／４εmax …（１８）
で与えられる。
【００４７】
巻出し中心からの曲線に沿って測ったゼンマイの長さをＬ’とすると、
１／ρ1＝（π／ｔＬ’）１／２ …（１９）
という関係が成立する。
【００４８】
従って、（１７）、（１９）式より、
１／ρ0＝（π／ｔＬ’）１／２−Ｍ／Ｂ …（２０）
となる。
【００４９】
実際には、ゼンマイの内端は、香箱真に巻き付けられるので、この香箱真半径をｒとすると、実際のゼンマイの長さＬは、
Ｌ＝Ｌ’−πｒ２／ｔ …（２１）
となる。そして、理想曲線形の自然方程式は（２２）式のようになる。
ρ0＝２（π／ｔ）×（Ｂ／Ｍ）３×（１／Ｌ）＋Ｂ／Ｍ …（２２）
【００５０】
従って、ゼンマイの蓄積エネルギが最大となる場合の自由展開形状における曲率半径ρ0は、（１８）、（２２）式より、
ρ0＝２（π／ｔ）×（ｔ／４εmax）３×（１／Ｌ）＋ｔ／４εmax
…（２３）
と表すことができる。
【００５１】
尚、εmax＝０．０２となると、理想曲線の渦巻形状のピッチがゼンマイの厚さｔよりも完全に小さくなってしまうので、実際には、εmax＝０．０２に近い形状で代用することとなる。
【００５２】
（２３）式を上述した図３に表せばグラフＧ４のようになり、計算上変曲点を、従来材料のゼンマイのグラフＧ３よりも内端側に形成することが可能なことが判る。
【００５３】
従って、アモルファスゼンマイであれば、ゼンマイの全長に亘って巻き取り方向とは反対側にクセ付することが可能となるので、巻締め時の蓄積エネルギをより多くすることが可能となる。
【００５４】
ここで、上述した（１）式は理論上算出される基礎式であり、（２２）式もこの基礎式から求められる理論上の式であり、実際には、ゼンマイ同士またはゼンマイと香箱との間に摩擦が生じたり、ゼンマイと香箱真とを接合するための巻き代が必要となるので、これらを考慮する必要がある。
【００５５】
従って、摩擦による補正係数をＫ1、ゼンマイを香箱真に巻き付けるための巻数Ｎoとすると、従来材料のゼンマイでは、巻数Ｎと出力トルクＴとの関係は、
Ｔ＝Ｋ1・（Ｅｂｔ３π／６Ｌ）×（Ｎ−Ｎo） …（２４）
となる。
【００５６】
従って、図４に示すように、従来材料のゼンマイの出力トルク特性Ｇ６と比較して、アモルファスゼンマイの出力トルク特性Ｇ５は、巻数は同じであるが、カーブの傾きが小さく巻数の変化によるトルク変動が小さい。また、同じ巻数時でのトルクが高いので、持続時間が増加し、駆動機構をより長時間動作させることが可能となる。
３．最適形状となるアモルファスゼンマイの形成
また、上述したアモルファス金属から構成されるバネをゼンマイとして利用する場合、単板では厚さｔが５０μｍ以上のものを製造するのが困難なため、２枚、３枚、および複数枚のアモルファス金属板状体を積層一体化してアモルファスゼンマイとするのが好ましい。
【００５７】
すなわち、アモルファス金属板状体が積層して形成されているので、（１）、（２２）、（２３）式から判るように、出力トルク等の要求性能に応じてアモルファスゼンマイの厚さｔを自由に設定することが可能となる。
【００５８】
さらに、積層一体化する場合、複数枚のアモルファス金属板状体を合成樹脂系の接着剤で貼り合わせるのが好ましい。
【００５９】
すなわち、合成樹脂系の接着剤は、比較的低温で複数枚のアモルファス金属板状体を積層一体化することができるので、アモルファス金属の特性が変化することもなく、上述したアモルファスゼンマイの特徴が損なわれることもない。
【００６０】
具体的には、アモルファス金属の特性が変化する略３００℃以下の温度で硬化する接着剤を採用すればよく、例えば、エポキシ系接着剤であれば、略１００℃で硬化するので、アモルファス金属の特性が変化することもない。
【００６１】
また、接着剤が完全に硬化する前であれば容易に変形するので、上述したアモルファスゼンマイのクセ付を治具等に巻き付けて容易に行うことが可能となる。
【００６２】
さらに、従来のゼンマイのようにクセ付のために別途熱処理等をする必要がなく、ゼンマイの製造工程の簡素化を図ることが可能となる。尚、複数枚のアモルファス金属板状体の内端部分、変曲点部分、外端部分をスポット溶接しても、アモルファスゼンマイのクセ付を行うことが可能である。尚、このような積層一体化したバネを、水晶振動子の固定バネ、コハゼバネ等として用いても、上述と同様の効果を享受できる。
【００６３】
４．アモルファスゼンマイを利用した駆動機構
そして、本発明に係るゼンマイを利用した駆動機構は、上述したアモルファスゼンマイと、このゼンマイの機械エネルギを伝達する輪列とを備えたゼンマイを利用した駆動機構であって、複数のアモルファスゼンマイと、これらのゼンマイを収納する複数の香箱とを有し、前記輪列には、前記複数の香箱が同時に噛合していることを特徴とする。
【００６４】
すなわち、アモルファスゼンマイが収納された複数の香箱を同時に輪列に噛合させているので、輪列には、複数の香箱から出力される出力トルクを重ね合わせた出力トルクが作用し、輪列に大きなトルクを作用させることが可能となり、駆動機構を高い出力トルクで動作させることが可能となる。
【００６５】
以上において、前記複数の香箱は、輪列に対する噛合の位相が互いにずれているのが好ましい。
【００６６】
すなわち、噛合の位相が互いにずれているので、一方の香箱と輪列との噛合によって発生するトルク変動を、他の香箱との噛合により打ち消すことが可能となり、香箱全体で輪列への伝達トルクの変動を抑制して駆動機構をスムースに動作させることが可能となる。
【００６７】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００６８】
第１実施形態は、本発明に係るバネをゼンマイとして利用した駆動機構に係るものである。図５は、本発明の第１実施形態に係るアモルファスゼンマイを利用した電子制御式機械時計の駆動機構を示す平面図であり、図６及び図７はその断面図である。
【００６９】
電子制御式機械時計の駆動機構１は、アモルファスゼンマイ３１、香箱歯車３２、香箱真３３及び香箱蓋３４からなる香箱３０を備えている。アモルファスゼンマイ３１は、外端が香箱歯車３２、内端が香箱真３３に固定される。香箱真３３は、地板２と輪列受３に支持され、角穴車４と一体で回転するように角穴ネジ５により固定されている。
【００７０】
角穴車４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、コハゼ６と噛み合っている。なお、角穴車４を時計方向に回転しアモルファスゼンマイ３１を巻く方法は、機械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。
【００７１】
香箱歯車３２の回転は、７倍に増速されて二番車７へ、順次６．４倍増速されて三番車８へ、9.375 倍増速されて四番車９へ、３倍増速されて五番車１０へ、１０倍増速されて六番車１１へ、１０倍増速されてロータ１２へと、合計１２６，０００倍の増速をし、これらの歯車が輪列を構成している。
【００７２】
二番車７には筒かな７ａが、筒かな７ａには分針１３が、四番車９には秒針１４がそれぞれ固定されている。従って、二番車７を１ｒｐｈで、四番車９を１ｒｐｍで回転させるためには、ロータ１２は５ｒｐｓで回転するように制御すればよい。このときの香箱歯車１ｂは、１／７ｒｐｈとなる。
【００７３】
この電子制御式機械時計は、ロータ１２、ステータ１５、コイルブロック１６から構成される発電機２０を備えている。ロータ１２は、ロータ磁石１２ａ、ロータかな１２ｂ、ロータ慣性円板１２ｃから構成される。ロータ慣性円板１２ｃは、香箱３０からの駆動トルク変動に対しロータ１２の回転数変動を少なくするためのものである。ステータ１５は、ステータ体１５ａに４万ターンのステータコイル１５ｂを巻線したものである。
【００７４】
コイルブロック１６は、磁心１６ａに１１万ターンのコイル１６ｂを巻線したものである。ここで、ステータ体１５ａと磁心１６ａはＰＣパーマロイ等で構成されている。また、ステータコイル１５ｂとコイル１６ｂは、各々の発電電圧を加えた出力電圧がでるように直列に接続されている。
【００７５】
このような発電機２０によって発電された交流出力は、図５〜図７では図示を略したが、駆動機構１の調速、脱進等の制御用に組み込まれる制御回路に供給される。
【００７６】
次に、上述した香箱３０の内部構造について図８に基づいて説明する。
【００７７】
図８（Ａ）には、前述したアモルファスゼンマイ３１が香箱３０内で巻締められた状態が示され、図８（Ｂ）には、アモルファスゼンマイ３１が香箱内で巻戻った後の状態が示されている。
【００７８】
尚、このアモルファスゼンマイ３１の形状寸法は、幅ｂ＝１mm、厚さｔ＝０．１mm、全長Ｌ＝３００mmである。
【００７９】
アモルファスゼンマイ３１は、上述したように、その内端３１１が香箱真３３に巻き付けられているとともに、外端３１２が香箱の内側面に接合固定されている。
【００８０】
図８（Ｂ）の状態において、外力によって香箱３０を香箱真３３に対して回転させると、アモルファスゼンマイ３１が巻締まる。巻締め後、香箱３０の拘束状態を解放すると、アモルファスゼンマイ３１の巻戻りとともに、香箱３０が回転する。そして、香箱３０の外周に形成される香箱歯車３２によって上述した二番車７等の輪列を回転させて分針１３、秒針１４等が動作する。
【００８１】
アモルファスゼンマイ３１は、図９に示すように、厚さ５０μｍのアモルファス金属板状体３１３を複数枚積層一体化して形成され、各々のアモルファス金属板状体３１３同士は、エポキシ系接着剤３１４によって貼り付けられている。
【００８２】
前記香箱３０から取り外したアモルファスゼンマイ３１は、図１０に示すように、香箱真３３に対する巻取り方向とは、反対側にクセ付され、平面略Ｓ字状の自由展開形状を有している。
【００８３】
そして、湾曲方向が変化する変曲点３１５は、内端３１１の近傍に形成され、変曲点３１５から内端３１１までは、アモルファスゼンマイ３１を香箱真３３に固定するために利用される。
【００８４】
以上のようなアモルファスゼンマイ３１を製造するに際しては、まず、アモルファス金属板状体３１３を駆動機構１の動力源として必要な幅、長さ寸法に加工する。
【００８５】
そして、各々のアモルファス金属板状体３１３をエポキシ系接着剤３１４を用いて互いに貼り合わせ、アモルファスゼンマイ３１に必要な厚さｔ（０．１mm）を確保する。
【００８６】
最後に、エポキシ系接着剤３１４が硬化する前に、丸棒等にアモルファスゼンマイ３１を巻き付けてクセ付を行い、エポキシ系接着剤３１４を硬化させる。
【００８７】
以上のような第１実施形態に係るアモルファスゼンマイ３１によれば、次のような効果がある。
▲１▼ 駆動機構１の動力源としてアモルファスゼンマイ３１が採用されているので、駆動機構１の小型化を維持しつつ、当該駆動機構１を長時間動作させることができる。
【００８８】
因みに、上述した駆動機構１に従来のゼンマイを組み込んだ場合、巻締め時から４０時間で停止するのに対して、アモルファスゼンマイ３１を組み込んだ場合、巻締め時から４５時間で停止し、持続時間は約１０％増加する。
▲２▼ 変曲点３１５の位置を内端３１１の近傍に設定することができるので、クセ付をアモルファスゼンマイ３１のほぼ全長に亘って行うことができ、アモルファスゼンマイ３１が蓄積する機械エネルギを増大させて駆動機構１の動作の長時間化を一層図ることができる。
【００８９】
また、アモルファスゼンマイ３１であればトルク変動が小さいので、機械式時計の動力源として採用した場合、駆動精度が向上する。
▲３▼ 従来のゼンマイでは、バルク材から圧延を繰り返して所定寸法の厚さのゼンマイを得ていた。
【００９０】
これに対して、上述したアモルファスゼンマイ３１は、単ロール法、双ロール法、回転水中紡糸法等によりワイヤ、リボン材等を簡単に製造することができるので、アモルファスゼンマイの製造の簡単化を図ることができる。
▲４▼ 複数枚のアモルファス金属板状体３１３の積層一体化をエポキシ系接着剤３１４によって行っているので、アモルファスゼンマイ３１の形成に加熱工程が加わることもなく、アモルファス金属の特性を損なうことがない。
【００９１】
また、接着剤の硬化前にクセ付を行うことができるので、アモルファスゼンマイ３１のクセ付を治具等に巻き付けて容易に行うことができる。
【００９２】
次に、本発明の第２実施形態に係るアモルファスゼンマイを利用した駆動機構について説明する。尚、以下の発明では、既に説明した部分又は部材と同一又は類似の部分等については、その説明を省略又は簡略する。
【００９３】
前述した第１実施形態に係る駆動機構１では、駆動機構１を動作させる動力源は、香箱３０に収納された１つのアモルファスゼンマイ３１のみであった。
【００９４】
これに対して、図１１に示すように、第２実施形態に係る駆動機構１０１は、香箱３０を２つ備え、各々の内部に収納されたアモルファスゼンマイ３１が駆動機構１０１の動力源とされている点が相違する。
【００９５】
駆動機構１０１の二番車７の基部歯車７１には、２つの香箱３０の外周に形成された香箱歯車３２（図１１では図示略）が同時に噛合している。
【００９６】
２つの香箱３０は、それぞれの香箱真３３を中心として同一方向に回動し、二番車７には、各々のアモルファスゼンマイ３１の出力トルクＴを加えたトルク２Ｔが作用している。
【００９７】
ここで、二番車７に噛合する香箱歯車３２は、図１２に示すように、左側の香箱歯車３２と右側の香箱歯車３２とが噛合する位相が異なっていて、左側の香箱歯車３２が二番歯車７とＢ１点で当接する時、右側の香箱歯車３２はＢ２点で二番歯車７から離間しようとしている。
【００９８】
尚、このような位相の相違は、香箱真３３の相対位置によって決まり、図１１から判るように、二番車７の回転中心と香箱真３３とがなす角βに応じて噛合する位相を調整することができる。
【００９９】
このような第２実施形態に係るアモルファスゼンマイを利用した駆動機構１０１によれば、前述の第１実施形態で述べた効果に加えて、次のような効果がある。すなわち、アモルファスゼンマイ３１が収納された２つの香箱３０を同時に輪列を構成する二番車７に同時に噛合させているので、香箱３０各々の出力トルクＴを重ね合わせて二番車７を回転させることができ、駆動機構１０１を高い出力トルク２Ｔで動作させることができる。
【０１００】
また、二番車７に噛合する香箱歯車３２の位相が互いにずれているので、一方、例えば、図１２において、左側の香箱３０と二番歯車７との噛合状態によって発生するトルク変動を、他の右側の香箱３０との噛合状態によりトルクを和することで、伝達トルクの変動を抑制して駆動機構１０１をスムースに動作させることができる。
【０１０１】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。第３実施形態は、本発明に係るアモルファス金属から構成されるバネを、機械式時計の調速機を構成するテンプを付勢するヒゲゼンマイとして利用したものである。すなわち、本例における調速機を構成するテンプひげ系４００は、図１３および図１４に示すように、テン真４１０、テン輪４２０、振り座４３０、ヒゲ玉４４０、ヒゲ持４５０、緩急針４６０を含んで構成される。
【０１０２】
テン真４１０には、テン輪４２０、振り座４３０、ヒゲ玉４４０が固定され、これらが一体で回転するように構成されている。ヒゲゼンマイ４７０は、アモルファス合金から構成される非磁性体であり、その内周端がヒゲ玉４４０に固定され、外周端は、ヒゲ持４５０に固定されている。緩急針４６０は、ヒゲ棒４６１およびヒゲ受４６２を含んで構成され、ヒゲゼンマイ４７０の最外周部分は、ヒゲ棒４６１およびヒゲ受の間を通過している。
【０１０３】
そして、このようなテンプヒゲ系４００では、テンプ輪４２０がテン真４１０を軸として回転すると、これに伴いヒゲ玉４４０も回転するので、テンプ輪４２０には、ヒゲゼンマイ４７０の付勢力が作用し、この付勢力とテンプ輪４７０の慣性力とがつり合うと、テン輪４２０の回転が停止し、ヒゲゼンマイ４７０の付勢力により、テン輪４２０は逆方向に回転する。すなわち、テン輪４２０は、テン真４１０を軸として揺動を繰り返す。このテン輪４２０の揺動周期は、緩急針４６０のヒゲ棒４６１、ヒゲ受４６２の位置を微調整することにより、変化させることができる。また、この揺動周期Ｔは、テンプ輪４２０等の回転部分の慣性モーメントＪの他、ヒゲゼンマイ４７０の材料特性によっても変化し、ヒゲゼンマイ４７０の幅をｂ、厚さをｔ、ゼンマイ長さをＬ、ヒゲゼンマイのヤング率をＥとすると、以下の（２５）式によって表される。
【０１０４】
すなわち、ヒゲゼンマイ４７０がアモルファス金属により構成されているので、温度変化に伴うヤング率Ｅの変化が少なく、（２５）式で表されるテンプヒゲ系４００の揺動周期の変化も少なくなり、テンプヒゲ系４００を含む調速機を有する機械式時計の高精度化を図ることができる。
【０１０５】
また、ヒゲゼンマイ４７０が非磁性体のアモルファス金属から構成されているので、耐磁性が向上し、ヒゲゼンマイ４７０が外部磁界等に引っ張られても、ゼンマイの特性が低下することもない。
【０１０６】
次に、本発明の第４実施形態について説明する。第４実施形態は、本発明に係るアモルファス金属から構成されるバネを、水晶発振式時計の水晶振動子を付勢状態で固定するバネとして利用したものである。
【０１０７】
すなわち、図１５に示すように、水晶振動子５００は、真空カプセル５０１と、この真空カプセル５０１の内部に収納される音叉型の振動子本体５０２とを含んで構成され、真空カプセル５０１の端部に設けられる端子５０３が回路基板５１０と電気的に接続されて発振回路が構成される。
このような水晶振動子５００は、地板５２０上に配置され、ネジ５３０と、アモルファス金属から構成される固定バネ５４０によって、地板５２０に押さえつけられる方向に付勢された状態で固定されている。
【０１０８】
このような第４実施形態によれば、以下のような効果がある。すなわち、アモルファス金属から構成される固定バネ５３０は、ヤング率が小さいので、固定バネ５３０のたわみ量と付勢力との関係は、上述した図１に示されるように、従来材料のバネのグラフＧ１よりも傾きの小さいグラフＧ２となる。従って、固定バネ５３０のたわみ量が変化しても、その際の付勢力の変動が少なくなるので、水晶振動子の周期のずれを少なくすることができ、水晶発振式時計の高精度化を図ることができる。
【０１０９】
尚、本発明は、前述の各実施形態に限定されるものではなく、次に示すような変形等をも含むものである。
【０１１０】
すなわち、前述の第１実施形態では、アモルファスゼンマイ３１は、電子制御式機械時計の駆動機構１の動力源として用いられていたが、これに限らず、制御系が調速機、脱進機によって構成される通常の機械式時計の駆動機構にアモルファスゼンマイを用いてもよい。
【０１１１】
また、前述の第１実施形態では、時計の駆動機構１の動力源としてアモルファスゼンマイ３１が用いられていたが、これに限らず、オルゴール等他の駆動機構の動力源としてアモルファスゼンマイを用いても良い。
【０１１２】
さらに、前述の第１実施形態では、アモルファスゼンマイ３１は接着剤３１４によって積層一体化されていたが、内端３１１、外端３１２、変曲点３１５にスポット溶接を行って一体化してもよく、このようにすれば、積層一体化と同時にアモルファスゼンマイのクセ付をある程度行うことができる。
【０１１３】
そして、前述の第２実施形態では、輪列を構成する二番車７には、２つの香箱３０が噛合していたが、２以上の香箱３０が噛合していてもよく、要するに、アモルファスゼンマイの蓄積エネルギと、駆動機構の動力源として要求されるエネルギとに応じて適宜決定すればよい。
【０１１４】
また、前述の第４実施形態では、アモルファス金属から構成されるバネを、水晶振動子５００を固定する固定バネ５３０として利用していたが、これに限られない。すなわち、第１実施形態の角穴車４と噛合するコハゼ６を構成するコハゼバネをアモルファス金属から構成してもよい。コハゼは、香箱内のゼンマイを巻く際の巻戻り防止のための部品であり、その時機能するバネがコハゼバネである。そして、コハゼバネは、ゼンマイを巻いている最中、コハゼと係合している角穴車のかみ合い歯数分だけ繰り返し荷重を受けることとなり、その回数は数万〜数十万回／年となる。このような繰り返し荷重がかかる場合、コハゼバネの許容応力は、最大応力の１／２以下に設定する必要がある。従って、このようなコハゼバネにアモルファス金属から構成されるバネを使用すれば、許容応力が高く設定でき、また付勢力のばらつきも少ないので、コハゼバネの材料としても有利である。
【０１１５】
その他、本発明の実施の際の具体的な構造及び形状等は、他の目的を達成できる範囲で他の構造等としてもよい。
【０１１６】
【発明の効果】
以上のように、本発明に係るバネ、ヒゲゼンマイは機械式時計の調速用に好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の作用を説明するためのひずみと付勢力の関係を示すグラフである。
【図２】 本発明の作用を説明するための模式図である。
【図３】 ゼンマイ長さと曲率半径との関係からゼンマイの変曲点位置を表すグラフである。
【図４】 巻数と出力トルクとの関係を表すグラフである。
【図５】 本発明の第１実施形態に係るアモルファスゼンマイを利用した駆動機構を表す平面図である。
【図６】 前述の実施形態における駆動機構の断面図である。
【図７】 前述の実施形態における駆動機構の他の断面図である。
【図８】 前述の実施形態における香箱内に収納されたゼンマイを表す平面図である。
【図９】 前述の実施形態におけるゼンマイの厚さ方向断面図である。
【図１０】 前述の実施形態におけるゼンマイの自由展開形状を表す平面図である。
【図１１】 本発明の第２実施形態に係る駆動機構を表す部分平面図である。
【図１２】 前述の実施形態における香箱と輪列との噛合状態を表す部分平面図である。
【図１３】 本発明の第３実施形態に係るテンプヒゲ系の構造を表す平面図である。
【図１４】 前述の実施形態におけるテンプヒゲ系の構造を表す断面図である。
【図１５】 本発明の第４実施形態に係る水晶振動子の固定構造を表す側面図である。
【符号の説明】
１…駆動機構、７…輪列、３０…香箱、３１…ゼンマイ、３１１…内輪、３１２…外輪、３１３…アモルファス金属板状体、３１４…接着剤、
３１５…変曲点
Claims (5)
- ヒゲゼンマイ等に組み込まれて調速用として使用されるバネにおいて、アモルファス金属から構成されていることを特徴とするバネ。
- 請求項１において、前記バネは非磁性体からなることを特徴とするバネ。
- 請求項１または２において、前記バネは複数枚のアモルファス金属板状体を積層一体化することにより形成されていることを特徴とするバネ。
- 請求項１〜３のいずれかに記載のバネから構成されていることを特徴とするヒゲゼンマイ。
- 請求項４に記載のヒゲゼンマイを用いたことを特徴とする時計。
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