DE69836411T2

DE69836411T2 - Uhr oder Spieluhr

Info

Publication number: DE69836411T2
Application number: DE69836411T
Authority: DE
Inventors: Seiko Epson Corporation Masatoshi Suwa-shi MOTEKI; Seiko Epson Corporation Fumio Suwa-shi TAKAGI; Seiko Epson Corporation Tatsuo Suwa-shi HARA
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-08-28
Filing date: 1998-08-28
Publication date: 2007-09-27
Anticipated expiration: 2018-08-29
Also published as: JP3498315B2; WO1999012080A1; EP0942337A4; EP0942337B1; CN1237250A; US6843594B1; EP0942337A1; DE69836411D1; CN1196042C; HK1020617A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Uhr oder Spieluhr.
Allgemeiner Stand der Technik
JP 57108237 A beschreibt eine Kontaktfeder aus einer amorphen Legierung für die Zelle einer Armbanduhr.
JP 59123747 offenbart nichtmagnetische Federteile für einen Magnetkopf und einen Kassettenbandmechanismus und hergestellt aus einer amorphen Legierung.
US 4,428,416 offenbart ein Verfahren zum Herstellen von mehrschichtigen Kontaktfedern, in welchen wenigstens eine Schicht aus einer amorphen Legierung besteht. Die Federn werden durch Ausstoßen einer zweiten Metallschmelze, die sich von einer ersten Metallschmelze unterscheidet, auf die erste Metallschmelze zur raschen Kühlung hergestellt. Die Metallschmelzenschichten werden durch Walzen zwischen einem Paar von Walzen verklebt.
US 2,979,417 offenbart eine Zugfeder für eine Uhr mit einer selbstschmierenden stearathaltigen Dünnfilmbeschichtung.
CH 46089 A offenbart eine mechanische Uhr, die zwei Zugfedern umfasst.
IE 904185 offenbart einen Beschleunigungswandler mit einem Feder-Masse-System und einen Messwertumsetzer bestehend aus einem Streifen, der aus amorphem Metall hergestellt ist, und einer zugehörigen Spulenanordnung. Der Streifen ist zwischen dem beweglichen Feder-Masse-System und dem Rahmen des Wandlers, welcher an dem Element angebracht ist, dessen Beschleunigung zu bestimmen ist, aufgehängt und induziert mittels eines umgekehrten magnetostriktiven Effekts infolge einer relativen Bewegung des Feder-Masse-Systems ein Signal in der Spulenanordnung.
US 4,420,984 beschreibt eine kettenartige Messzelle mit einem Kettenglied aus amorphem Metall, das zwischen zwei Klemmelementen angeordnet ist. Das Kettenglied wird bei Verwendung in Schwingung versetzt und seine Resonanzfrequenz wird zum Beispiel durch die Kraft bestimmt, die auf das untere Klemmelement wirkt, wobei das obere Klemmelement an einem festen Punkt befestigt ist.
EP 0 069 877 offenbart einen Sensorknopf zum Umwandeln von mechanischer Bewegung in ein elektrisches Signal. Der Sensorknopf umfasst ein ringförmiges Band aus amorphem Metall, welches verformt wird, wenn der Knopf niedergedrückt wird. Diese Verformungswirkung modifiziert ein Signal, das in einer Spule erzeugt wird, welche mit dem amorphem Metallstreifen magnetisch gekoppelt ist, und dieses modifizierte Signal wird dann durch einen Komparator verwendet, um festzustellen, ob der Sensorknopf um ein bestimmtes Maß niedergedrückt wurde oder nicht.
Verschiedene Federn wurden herkömmlicherweise in Präzisionsgeräten, wie beispielsweise einer Uhr oder einer Spieluhr, angewendet. In einer Uhr zum Beispiel gibt es bekanntlich eine Feder, die einen Kristalloszillator einer Kristallschwingungsuhr in einem vorgespannten Zustand fixiert, eine Zugfeder, die eine Leistungsquelle für einen Antriebsmechanismus einer Uhr bildet, eine Rastfeder, die zum Verhindern des Zurückrollen nach dem Spannen einer Zugfeder vorgesehen ist, und eine Spiralfeder, die eine ringförmige Zeitunruh in einer mechanischen Uhr vorspannt.
Herkömmliche Materialien, die für diese Federn anwendbar sind, umfassen Federmaterialien und Zugfedermaterialien wie beispielsweise Kohlenstoffstahl, Edelstahl, eine Kobalt legierung und eine Kupferlegierung. Diese Materialien weisen jedoch die folgenden Probleme auf.

1. Bei einer Spiralfeder, die eine ringförmige Zeitunruh vorspannt, die einen Regler für eine mechanische Uhr bildet, führt eine Temperaturänderung zu einer Änderung im Youngschen Modul, welche ihrerseits eine Streuung der Vorspannkraft und infolgedessen eine Änderung in der Schwingungsperiode der ringförmigen Zeitunruh verursacht. Diese Änderung in der Schwingungsperiode der ringförmigen Uhrunruh übt einen bedeutenden Einfluss auf die Genauigkeit einer mechanischen Uhr aus. Es ist daher wünschenswert, ein Spiralfedermaterial anzuwenden, dessen Youngscher Modul sich unter dem Einfluss einer Änderung der Temperatur nicht ändert.
2. Ferner ist im Falle einer Zugfeder, die als eine Leistungsquelle für einen Antriebsmechanismus einer Uhr oder dergleichen dient, eine Zugfeder erforderlich, welche den widersprüchlichen Anforderungen eines Langzeitbetriebs des Antriebsmechanismus und der Verkleinerung des Antriebsmechanismus gerecht wird. Genauer gesagt, umfasst ein Antriebsmechanismus einer Uhr zum Beispiel eine Zugfeder, die als eine Leistungsquelle dient, eine Federhaustrommel, welche die Zugfeder aufnimmt, und ein Räderwerk, das eine mechanische Energie der Zugfeder durch Eingreifen mit der Federhaustrommel überträgt. Zeiger der Uhr werden durch eine Übertragungseinheit, wie beispielsweise das Räderwerk, durch die Verwendung der Drehkraft, die durch die Freigabe der straff gespannten Zugfeder erzeugt wird, gedreht.

Die Anzahl von Windungen der Zugfeder, die als eine Leistungsquelle solch eines Antriebsmechanismus dient, und das Ausgangsdrehmoment stehen in einem proportionalen Verhältnis zueinander. Wenn das Ausgangsdrehmoment der Zugfeder T ist, die Anzahl von Wicklungsläufen (Anzahl von Windungen) der Zugfeder N beträgt, der Youngsche Modul E ist, die Gesamtlänge der Zugfeder L ist und angenommen wird, dass die Zugfeder einen rechteckigen Querschnitt mit einer Dicke t und einer Breite b aufweist, kann T bekanntlich durch T = (Et3bπ/6L) × N (1)ausgedrückt werden. Andererseits hängen die Gesamtlänge L, die Dicke t und die Breite b der Zugfeder von der Größe der Federhaustrommel ab, welche die Zugfeder aufnimmt. Wenn die Federhaustrommel einen Innenradius R und einen Federhauswellenradius r aufweist, kann die Gesamtlänge L der Zugfeder aus der folgenden Formel bestimmt werden: L = π(R2 – r2)/2t (2)
Es wird daher vorgeschlagen, dass die Gesamtlänge L und die Dicke t der Zugfeder in einem umgekehrt proportionalen Verhältnis zueinander stehen.
Die mechanische Energie, die in der Zugfeder akkumuliert wird, wird durch Integrieren des Ausgangsdrehmoments von Gleichung (1) durch die Anzahl von Windungen N erhalten, und Gleichung (1) wird als eine Funktion der Gesamtlänge L und der Dicke t der Zugfeder angesehen. Die Federenergie wurde daher herkömmlicherweise durch Regeln von L und t eingestellt.
Dies bedeutet, dass die maximale Anzahl von Windungen Nmax der Zugfeder durch Verringern der Zugfederdicke t und Vergrößern der Gesamtlänge L der Zugfeder erhöht werden kann.
Dagegen kann der Wert des Ausgangsdrehmoments T durch Verkürzen der Gesamtlänge L der Zugfeder und Vergrößern der Zugfederdicke t erhöht werden.
Wie jedoch aus Gleichung (2) ersichtlich ist, werden bei dieser Art von Bestimmung die Zugfederdicke t und die Gesamtlänge L durch das Volumen des Gehäuseraums innerhalb der Federhaustrommel begrenzt. Bei Anwenden einer Zugfeder, die für einen langen Zeitraum betrieben werden kann, ist es daher notwendig, eine größer bemessene Federhaustrommel und einen größeren Gehäuseraum zu verwenden, was demnach zu einem Problem der Unmöglichkeit führt, den Antriebsmechanismus, der die Zugfeder umfasst, zu verkleinern.
Es wurde einmal daran gedacht, eine Zugfeder, die zum Ausgeben eines hohen Drehmoments imstande ist, mit einer dünneren Dicke t durch Anwenden eines Zugfedermaterials mit einem hohen Youngschen Modul zu erreichen. Diese Vorrichtung war jedoch in Bezug auf die Zugfederhaltbarkeit beschränkt, da es schwierig war, die Belastbarkeit der Zugfeder aufrechtzuerhalten.
Die vorliegende Erfindung hat die Aufgabe, eine Uhr oder Spieluhr mit einer Feder als einer Leistungsquelle zur mechanischen Energieversorgung eines Antriebsmechanismus der Uhr oder Spieluhr oder eine Uhr mit einer Spiralfeder bereitzustellen, welche das Erreichen einer hohe Genauigkeit und eines stabilen Betriebs der Uhr oder Spieluhr ermöglicht und einen Betrieb für einen langen Zeitraum bereitstellt.
Offenbarung der Erfindung
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Uhr oder Spieluhr bereitgestellt, die eine Feder als eine Leistungsquelle zur mechanischen Energieversorgung eines Antriebsmechanismus der Uhr oder Spieluhr umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder ein amorphes Metall umfasst.
In einem zweiten Aspekt wird eine Uhr bereitgestellt, die eine Spiralfeder umfasst, wobei die Spiralfeder ein amorphes Metall umfasst.
Die Erfindung stellt in einem dritten Aspekt davon eine Uhr bereit, die eine Feder als eine Leistungsquelle zur mechanischen Energieversorgung eines Antriebsmechanismus der Uhr umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder ein amorphes Metall umfasst und die Uhr elektronisch gesteuert wird.
Ein amorphes Metall wird in der Absicht, ein Federmaterial mit einer großen maximalen Zugspannung und einem kleinen Youngschen Modul auszuwählen, als ein Federmaterial angewendet. Genauer gesagt, enthüllt ein Vergleich eines herkömmlichen Zugfedermaterials (chemische Zusammensetzung (Gew.-%): 30 bis 45 % Co, 10 bis 20 % Ni, 8 bis 15 % Cr, unter 0,03 % C, 3 bis 5 % W, 3 bis 12 % Mo, 0,1 bis 2 % Ti, 0,1 bis 2 % Mn, 0,1 bis 2 % Si und der Rest Fe) und einer Feder, die ein amorphes Metall umfasst, das folgende Ergebnis:
Anwendbare amorphe Metalle für die vorhergehende amorphe Feder umfassen zum Beispiel die amorphen Metalle Ni-Si-B, Ni-Si-Cr, Ni-B-Cr und Co-Fe-Cr. Jedes der verschiedenen amorphen Metalle kann entsprechend der erforderlichen Leistung der Feder angewendet werden.
Bei Anwenden einer Feder, die ein amorphes Metall umfasst, wie zuvor beschrieben, ist aufgrund einer höheren maximalen Zugspannung der amorphen Feder eine höhere zulässige Spannung erhältlich, und im Vergleich zu einer Feder des herkömmlichen Materials mit derselben Form wird eine größere Vorspannkraft erreicht: sie ist daher zum Verkleinern eines Präzisionsgeräts geeignet.
Da die Feder ein amorphes Metall umfasst, kann ein Draht oder ein Band leicht durch irgendeinen des Einwalzenprozesses, des Doppelwalzenprozesses und des Unterwasserrotationsdrückprozesses hergestellt werden, wodurch eine Vereinfachung des Federherstellungsprozesses ermöglicht wird.
Außerdem ist es aufgrund einer zufrieden stellenden Korrosionsbeständigkeit des amorphen Metalls möglich, die Notwendigkeit einer Rostschutzplattierung für einige Abschnitte auszuschalten.
Wenn die Feder, die ein amorphes Material umfasst, als Spiralfeder zum Vorspannen einer ringförmigen Zeitunruh, die einen Regler für eine mechanische Uhr bildet, angewendet wird, ist eine Änderung im Youngschen Modul, die durch eine Temperaturänderung verursacht wird, im Vergleich zu einem üblichen Spiralfedermaterial, wie beispielsweise Kohlenstoffstahl, geringer. Bei Auftreten einer Änderung der Temperatur ist eine Änderung in der Schwingungsperiode, die von einer Streuung der Vorspannkraft herrührt, gering, wodurch eine Verbesserung einer mechanischen Uhr ermöglicht wird.
Wenn ferner eine Feder, die ein amorphes Metall umfasst, als eine Leistungsquelle für einen Antriebsmechanismus angewendet wird, d.h. im Falle einer Zugfeder, die ein amorphes Metall umfasst, kann ein Erreichen eines Langzeitbetriebs der Leistungsquelle auf der Basis des folgenden Konzepts bestimmt werden.
Genauer gesagt, kann die Biegung einer Zugfeder 31 (mit einer Dicke t, einer Breite b und einer Länge L) als eine Biegung eines Auslegertragbalkens, von dem das innere Ende 311 mit der Federhauswelle 33 starr verbunden ist und das andere äußere Ende frei gelassen wird, annäherungsweise bestimmt werden, wie in 2 dargestellt. Der Biegungswinkel α (rad) in 2 kann, wenn die Zugfeder 31 einen Biegungsradius r aufweist, durch r = L/α (3)ausgedrückt werden.
Die Anzahl von Windungen der Zugfeder kann andererseits mittels des zuvor erwähnten Biegungswinkels α wie folgt ausgedrückt werden: N = α/2π (4)
Die zuvor erwähnte Gleichung (1) kann daher aus Gleichung (3) und (4) in T = (bt3E/12L) × α (5)umgewandelt werden.
Eine Energie U, die durch die Biegung der Zugfeder 31 akkumuliert wird, kann durch Integrieren eines Biegemoments, das auf die Zugfeder 31 wirkt, d.h. eines Ausgangsdrehmoments der Zugfeder 31 im Hinblick auf α, berechnet werden: U = ∫Tdα = ∫(bt3E/12L) × αdα = (bt3E/24L) × α2 (6)
Folglich kann, wenn der maximale Biegungswinkel der Zugfeder 31 αmax ist, die maximale Energie Umax, die in einer Zugfeder mit einer Länge L gespeichert werden kann, wie folgt ausgedrückt werden: Umax = (bt3E/24L) × αmax2 (7)
Die Biegespannung σ, die auf die Zugfeder 31 wirkt, wird als eine Funktion des Biegemoments, das auf die Zugfeder 31 wirkt, d.h. des Ausgangsdrehmoments T, das die Zugfeder 31 in einem Biegungszustand ausgeben kann, ausgedrückt. Wenn die Verdrängung in der Dickenrichtung von der neutralen Achse A der Zugfeder 31 y ist und das geometrische Trägheitsmoment der Zugfeder 31 Iz ist, dann wird die Biegespannung σ als σ = T × y/Iz (8)ausgedrückt. Daher wird die maximale Biegespannung σb in der Zugrichtung, die auf die obere Fläche der Zugfeder 31 in 2 wirkt, aus Gleichung (8) berechnet: σb = T·(t/2)Iz (9)
Die Querschnittsfläche der Zugfeder 31, die eine rechteckige Form mit einer Dicke t und einer Breite b bildet, wird wie folgt berechnet: Iz = bt3/12 (10)und aus Gleichung (9) und (10) wird dies als T = (bt2/6) × σb (11)ausgedrückt. Folglich wird T aus Gleichung (1) und (11) wie folgt ausgedrückt: T = (Et3bπ/6L) × N = (bt2/6) × σb (12)
Die maximale Anzahl von Windungen Nmax, die αmax in Gleichung (7) ergeben, ist aus Gleichung (4): Nmax = αmax/2π (13)
Daher kann die folgende Beziehung hergeleitet werden: αmax = 2Lσb/Et (14)
Es wird daher vorgeschlagen, dass αmax durch die maximale Biegespannung σb in der Zugrichtung der Zugfeder 31, d.h. die maximale Zugspannung σmax des Zugfedermaterials, das für die Zugfeder 31 verwendet wird, bestimmt wird, und die zuvor erwähnte Gleichung (7) wird wie folgt berechnet: Umax = (bt3E/24L) × (2Lσmax/Et)2 = (btL/6) × (σmax2/E) (15)
Gleichung (15) enthüllt, dass die maximale Energie Umax, die in der Zugfeder 31 in 2 gespeichert wird, nicht nur mit der Dicke t, der Breite b und der Länge L der Zugfeder 31 variiert, sondern auch mit der maximalen Zugspannung σmax und dem Youngschen Modul E des Materials, welches die Zugfeder 31 bildet.
Um die Energie Umax, die in der Zugfeder gespeichert wird, zu erhöhen, ist es daher wünschenswert, für die Zugfeder 31 ein Material mit einer hohen maximalen Zugspannung σmax und einem niedrigen Youngschen Modul anzuwenden. Mit anderen Worten, ist bei Anwenden der zuvor erwähnten amorphen Feder mit σmax = 340 kgf/mm2 (3.330 MPa) und E = 9.000 bis 12.000 kgf/mm2 (88.200 bis 117.600 MPa) als ein Material für die Zugfeder 31 aus Gleichung (15) bekannt, dass eine Menge von Energie gespeichert werden kann, die 4,8 bis 6,4 mal so groß ist wie jene, die bei der herkömmlichen Technik verfügbar ist.
Durch Anwenden einer amorphen Zugfeder als eine Leistungsquelle für den Antriebsmechanismus einer Uhr oder einer Spieluhr ist es daher möglich, die Energievolumendichte zu verbessern, die in der Zugfeder ohne die Notwendigkeit gespeichert werden kann, die Geometrie der anderen Teile, wie beispielsweise der Federhaustrommel, modifizieren zu müssen. Es ist demnach möglich, einen langfristigen Betrieb der Leistungsquelle für den Antriebsmechanismus zu erreichen, während ein Verkleinern ermöglicht wird, weshalb die amorphe Zugfeder besonders als eine Leistungsquelle für den Antriebsmechanismus einer Armbanduhr geeignet ist, die größte Bemühungen für eine Verkleinerung erfordert.
Wenn eine Feder, die das amorphe Metall umfasst, wie zuvor beschrieben, als eine Spiralfeder oder eine Zugfeder verwendet wird, sollte sie vorzugsweise eine Zugfeder sein, die ein nichtmagnetisches Material umfasst. Wenn die Zugfeder ein nichtmagnetisches Material umfasst, wird der magnetische Widerstand verbessert. Selbst wenn die Zugfeder durch ein Magnetfeld angezogen wird, werden die Eigenschaften der Zugfeder nie verschlechtert.
2. Optimale Form einer Feder, die amorphes Metall umfasst
Eine Feder, die ein amorphes Metall umfasst, sollte vorzugsweise eine Querschnittsform eines Kreises mit einem Durchmesser von wenigstens 0,05 mm oder eines Rechtecks mit einer Größe von wenigstens einer Dicke von 0,01 mm × einer Breite von 0,05 mm aufweisen.
Insbesondere ist, wenn die Feder solch eine Querschnittsform aufweist, eine ausreichende Vorspannkraft verfügbar. Sie ist daher als eine Zugfeder anwendbar, die als eine Leistungsquelle für einen Antriebsmechanismus dient.
Eine Feder, die ein amorphes Metall umfasst, sollte vorzugsweise ein Substrat oder eine Hauptplatte aufweisen, in welche sie mit einer Anfangsbiegung eingebaut wird.
Das Vorhandensein einer Anfangsbiegung verhindert das Auftreten eines Spiels oder einer Verschiebung der Feder, wenn sie in ein Substrat oder eine Hauptplatte eingebaut wird. Wenn eine Anfangsbiegung vorhanden ist, ist es möglich, von Anfang an eine Last anzulegen. Bei einer Feder aus dem herkömmlichen Material führt ein hoher Youngscher Modul zu einer geringeren Toleranz für die zulässige Spannung. Dagegen wird bei der Feder, die das amorphe Metall umfasst und einen niedrigen Youngschen Modul aufweist, ein ausreichender Spielraum der zulässigen Spannung gewährleistet, selbst wenn die Anfangsbiegung eine Last anlegt.
Wenn ferner die zuvor erwähnte Feder, die das amorphe Metall umfasst, als eine Zugfeder verwendet wird, die als eine Leistungsquelle für einen Antriebsmechanismus dient, weist diese Zugfeder eine frei auseinander gezogene S-Form auf, und der Krümmungsänderungspunkt, an dem sich die Krümmungsrichtung der frei auseinander gezogenen Form ändert, sollte sich vorzugsweise auf der Seite des inneren Endes vom Mittelpunkt zwischen einem inneren Ende auf der Wickelseite und dem anderen Ende, welches ein äußeres Ende ist, befinden.
Die frei auseinander gezogene Form einer Zugfeder bezieht sich auf eine auseinander gezogene Form, die erhältlich ist, wenn die Zugfeder aus dem Zwang freigegeben wird, wie beispielsweise die Form der Zugfeder, die außerhalb der Federhaustrommel angenommen wird.
In der frei auseinander gezogenen Form der ein herkömmliches Material umfassenden Zugfeder, wie bei Graph G3, der in 3 dargestellt ist, ist die Form zu einem S ganz nahe an einer Idealkurve ausgebildet, bei welcher der Krümmungsänderungspunkt (wo der Krümmungsradius ρ unendlich ist und sich die Krümmungsrichtung der Zugfeder ändert) am Mittelpunkt C zwischen dem inneren Ende und dem äußeren Ende der Zugfeder vorgesehen. Der Grund dafür ist wie folgt.

(1) Um die Zugfeder vorher in einer Richtung entgegen der Wickelrichtung umzuformen, um beim Spannen der Zugfeder so viel Energie als möglich in der Zugfeder zu speichern; und
(2) um einen Bruch der Zugfeder zu verhindern, der durch eine Spannungskonzentration verursacht wird, indem bewirkt wird, dass die Biegespannung gleichmäßig auf die gesamte Zugfeder wirkt.

Andererseits weist die amorphe Zugfeder, wie bereits erwähnt, einen kleineren Youngschen Modul als im herkömmlichen Zugfedermaterial auf, was die Beschränkung, die durch den zuvor erwähnten Grund (2) auferlegt wird, mindert und ein Umformen lediglich ermöglicht, um den zuvor erwähnten Grund (1) zu erreichen.
Genauer gesagt, wird eine optimale frei auseinander gezogene Form der amorphen Zugfeder wie folgt bestimmt.
Wenn angenommen wird, dass die Spiralform einer Zugfeder, die nach straffem Spannen in einer Federhaustrommel untergebracht ist, eine Archimedes-Spirale ist und Polarkoordinaten r und θ angewendet werden, wird r als r = (t/2π)·θ (16)(wobei t: Zugfederdicke)
ausgedrückt. Die Bedingungen, die eine Idealkurve ergeben, welche eine verfügbare Spannungskonzentration über die gesamte Zugfeder ermöglicht, wird aus der folgenden Gleichung erhalten, wenn angenommen wird, dass das Biegemoment, das auf die Zugfeder wirkt, M ist, die Biegungssteife der Zugfeder B ist, der Krümmungsradius der Zugfeder in der frei auseinander gezogenen Form ρ0 ist und der Krümmungsradius des äußeren Umfangsabschnitts der Zugfeder nach dem Spannen ρ1 ist: (1/ρ1) – (1/ρ0) = M/B = konstant (17)
Die Bedingungen zum Erreichen der maximalen elastischen Energie, wie in der Zugfeder als ein Ganzes gespeichert, werden in der Annahme, dass die maximale Menge der elastischen Beanspruchung εmax ist, durch die folgende Gleichung bereitgestellt: B/M = t/4εmax (18)
Wenn die Zugfederlänge, wie entlang der Kurve von der Mitte des Wicklungsbeginns gemessen, L' ist, gilt die folgende Beziehung: 1/ρ1 = (π/tL')1/2 (19)
Daher ergibt sich aus Gleichung (17) und (19): 1/ρ0 = (π/tL')1/2 – M/B (20)
Da das innere Ende der Zugfeder tatsächlich auf die Federhauswelle gewickelt wird, ist die tatsächliche Zugfederlänge L in der Annahme, dass ein Federhauswellenradius r ist: L = L' – πr2/t (21)
Die Metallgleichung für die ideale Kurvenform ist so, wie durch Gleichung (22) ausgedrückt: ρ0 = 2(π/t) × (B/M)3 × (1/L) + B/M (22)
Daher kann der Krümmungsradius σ0 in der frei auseinander gezogenen Form bei der maximalen Energie, die in der Zugfeder gespeichert wird, aus Gleichung (18) und (22) wie folgt ausgedrückt werden: ρ0 = 2(π/t) × (t/4εmax)3 × (1/L) + t/4εmax (23)
Bei εmax = 0, 02 wird der Abstand der Spiralform der Idealkurve vollends kleiner als die Dicke t der Zugfeder. Tatsächlich würde daher eine Form nahe bei εmax = 0,02 anstelle des Rechenergebnisses verwendet werden.
Die Darstellung der zuvor beschriebenen Gleichung (23) in 3 würde die Form von Graph G4 annehmen: sie legt die Möglichkeit des Bildens eines berechneten Krümmungsänderungspunkts auf der Innenseite von Graph G3 einer Zugfeder nahe, die aus dem herkömmlichen Material hergestellt ist.
Bei der amorphen Zugfeder ist es daher möglich, die gesamte Länge der Zugfeder in einer Richtung entgegen der Wickelrichtung umzuformen und somit die. gespeicherte Energie nach straffem Spannen zu erhöhen.
Die vorhergehende Gleichung (1) ist eine Grundgleichung zur theoretischen Berechnung, und Gleichung (22) ist ebenso eine theoretische Gleichung, die aus dieser Grundgleichung bestimmt werden kann. In der Praxis ist es notwendig, das Auftreten von Reibungen zwischen Zugfedern und zwischen der Zugfeder und der Federhaustrommel und die Notwendigkeit eines Wicklungsspielraums zum Verbinden der Zugfeder und der Federhauswelle zu berücksichtigen.
Wenn daher der Korrekturkoeffizient von Reibungen K1 ist und die Anzahl von Windungen zum Wickeln der Zugfeder um die Federhauswelle N0 ist, ist die Beziehung zwischen der Anzahl von Windungen N und dem Ausgangsdrehmoment T für die Zugfeder des herkömmlichen Materials: T = K1·(Ebt3π/gL) × (N – N0) (24)
Wie in 4 dargestellt, weist daher die Ausgangsdrehmomenteigenschaft G5 der amorphen Zugfeder im Vergleich zur Ausgangsdrehmomenteigenschaft G6 der Zugfeder des herkömmlichen Materials sogar bei gleicher Anzahl von Windungen eine geringere Neigung der Kurve und eine geringere Änderung des Drehmoments, die durch eine Änderung der Anzahl von Windungen verursacht wird, auf.
Da dieselbe Anzahl von Windungen zu einem höheren Drehmoment führt, nimmt die Haltbarkeitsdauer zu, und der Antriebsmechanismus kann für einen längeren Zeitraum betrieben werden.
3. Bildung der amorphen Zugfeder in optimaler Form
Bei Verwenden der zuvor erwähnten Feder, die aus dem amorphen Material besteht, als eine Zugfeder sollte eine amorphe Zugfeder vorzugsweise durch einstückiges Laminieren von zwei, drei oder mehr amorphen Metallplatten hergestellt werden, da es schwierig ist, eine Zugfeder mit einer Dicke t von über 50 μm aus einer einzigen Platte herzustellen.
Genauer gesagt, ist es, da amorphe Metallplatten laminiert werden, möglich, wie aus Gleichung (1), (22) und (23) bekannt ist, die Dicke t einer amorphen Zugfeder entsprechend der erforderlichen Leistung, die ein Ausgangsdrehmoment umfasst, frei einzustellen.
Wenn die Platten einstückig laminiert werden, sollte die Mehrzahl von amorphen Metallplatten vorzugsweise mit einem Kunstharzklebemittel verbunden gebondet werden.
Das Kunstharzklebemittel ermöglicht das Erreichen einer einstückigen Laminierung der Mehrzahl von amorphen Metallplatten bei einer verhältnismäßig niedrigen Temperatur. Die Eigenschaften des amorphen Metalls ändern sich daher nie, und die zuvor erwähnten Merkmale der amorphen Zugfedern werden nie beeinträchtigt.
Genauer gesagt, reicht es, ein Klebemittel anzuwenden, welches bei einer Temperatur von bis zu etwa 300 °C aushärtet, bei welcher sich Eigenschaften des amorphen Metalls ändern. Ein epoxidbasiertes Klebemittel zum Beispiel härtet bei etwa 100 °C aus, und die Eigenschaften des amorphen Metalls ändern sich bei dieser Temperatur nie.
Da sich das Klebemittel vor Abschluss des Aushärtens leicht verformt, kann ein Umformen der vorherigen amorphen Zugfeder durch Wickeln derselben auf eine Spannvorrichtung oder dergleichen leicht bewerkstelligt werden.
Außerdem ist es nicht notwendig, eine getrennte Wärmebehandlung zum Umformen wie bei der herkömmlichen Zugfeder anzuwenden, wodurch der Herstellungsprozess der Zugfeder vereinfacht werden kann. Das Umformen der amorphen Zugfeder kann auch durch Punktschweißen des Abschnitts des inneren Endes, der Abschnitts des Krümmungsänderungspunkts und des Abschnitts des äußeren Endes jeder der Mehrzahl von amorphen Metallplatten bewerkstelligt werden.
4. Antriebsmechanismus, der eine amorphe Zugfeder verwendet
Der Antriebsmechanismus, der die Zugfeder der vorliegenden Erfindung verwendet, basiert auf einer Zugfeder, welche die zuvor erwähnte amorphe Zugfeder umfasst, und einem Räder werk zum Übertragen von mechanischer Energie dieser Zugfeder. Er weist eine Mehrzahl von amorphen Zugfedern und eine Mehrzahl von Federhaustrommeln zum Aufnehmen dieser Zugfedern auf, wobei die Mehrzahl von Federhaustrommeln gleichzeitig mit dem Räderwerk in Eingriff ist.
Genauer gesagt, wirkt, da die Mehrzahl von Federhaustrommeln, welche die amorphen Zugfedern aufnehmen, gleichzeitig mit dem Räderwerk in Eingriff ist, ein Ausgangsdrehmoment, das sich aus überlagerten Ausgangsdrehmomenten von der Mehrzahl von Federhaustrommeln zusammensetzt, auf das Räderwerk, wodurch es möglich gemacht wird, zu bewirken, dass ein großes Drehmoment auf das Räderwerk wirkt und infolgedessen der Antriebsmechanismus mit einem hohen Drehmoment betätigt wird.
In der zuvor beschriebenen Konfiguration sollten sich Eingriffsphasen der Mehrzahl von Federhaustrommeln mit dem Räderwerk vorzugsweise voneinander verschieben.
Da die Eingriffsphasen gestaffelt sind, kann eine Änderung des Drehmoments, das durch den Eingriff zwischen einer Federhaustrommel mit dem Räderwerk erzeugt wird, durch einen Eingriff mit einer anderen Federhaustrommel versetzt werden. Es ist demnach möglich, eine Streuung des Drehmoments, das von allen Federhaustrommeln auf das Räderwerk übertragen wird, zu verhindern und den Antriebsmechanismus gleichmäßig zu betätigen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Graph zum Beschreiben von Operationen der vorliegenden Erfindung, der die Beziehung zwischen der Beanspruchung und der Vorspannkraft veranschaulicht;
2 ist eine schematische Ansicht zum Erläutern von Operationen der vorliegenden Erfindung;
3 ist ein Graph, der die Position des Krümmungsänderungspunkts veranschaulicht, wie von der Beziehung zwischen der Zugfederlänge und dem Krümmungsradius hergeleitet;
4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen der Anzahl von Windungen und dem Ausgangsdrehmoment veranschaulicht;
5 ist eine Draufsicht, die einen Antriebsmechanismus veranschaulicht, der eine amorphe Zugfeder einer ersten Ausführungsform der Erfindung verwendet;
6 ist eine Schnittansicht des Antriebsmechanismus der ersten Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist;
7 ist eine andere Schnittansicht des Antriebsmechanismus der ersten Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist;
8 ist eine Draufsicht, die eine Zugfeder veranschaulicht, die in einer Federhaustrommel in der ersten Ausführungsform untergebracht ist, die in 5 dargestellt ist;
9 ist eine Schnittansicht der Zugfeder der Ausführungsform, die in 5 dargestellt ist, im Schnitt entlang der Dickenrichtung davon;
10 ist eine Draufsicht, die eine frei auseinander gezogene Form der Zugfeder in der Ausführungsform veranschaulicht, die in 5 dargestellt ist;
11 ist eine Draufsicht teilweise im Schnitt, die einen Antriebsmechanismus einer zweiten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
12 ist eine Draufsicht teilweise im Schnitt, die den Eingriff zwischen Federhaustrommeln und einem Räderwerk in der zweiten Ausführungsform veranschaulicht, die in 11 dargestellt ist;
13 ist eine Draufsicht, welche die Struktur einer Zeitspiralfeder einer dritten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht;
14 ist eine Schnittansicht, welche die Struktur der Zeitspiralfeder der dritten Ausführungsform veranschaulicht, die in 13 dargestellt ist.
Beste Form zum Ausführen der Erfindung
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Eine erste Ausführungsform betrifft eine Uhr mit einem Antriebsmechanismus, der eine Zugfeder verwendet. 5 ist eine Draufsicht, die einen Antriebsmechanismus einer elektronisch gesteuerten mechanischen Uhr der ersten Ausführungsform der Erfindung veranschaulicht, der eine amorphe Zugfeder verwendet, und 6 und 7 sind Schnittansichten davon.
Der Antriebsmechanismus 1 der elektronisch gesteuerten mechanischen Uhr ist mit einer Federhaustrommel 30 versehen, die eine amorphe Zugfeder 31, ein Federhauszahnrad 32, eine Federhauswelle 33 und eine Federhausabdeckung 34 aufweist. Die amorphe Zugfeder 31 weist ein äußeres Ende, das mit dem Federhauszahnrad 32 verbunden ist, und ein inneres Ende, das an der Federhauswelle 33 befestigt ist, auf. Die Federhauswelle 33 wird durch eine Hauptplatte 2 und eine Räderwerkbrücke 3 getragen und ist durch eine Sperrradschraube 5 daran befestigt, um sich mit dem Sperrrad 4 in einem Stück zu drehen.
Das Sperrrad 4 ist mit einer Arretierung 6 in Eingriff, um sich im Uhrzeigersinn, aber nicht gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Da das Verfahren zum Aufziehen der amorphen Zugfeder 31 durch Drehen des Sperrrads 4 im Uhrzeigersinn gleich wie beim automatischen Aufziehen oder manuellen Aufziehen einer mechanischen Uhr ist, wird hier eine Beschreibung davon unterlassen.
Die Drehung des Federhauszahnrads 32 wird siebenmal erhöht und auf ein mittleres Rad 7 übertragen und dann der Reihe nach 6,4-mal auf ein drittes Rad 8, 9,375-mal auf ein zweites Rad 9, dreimal auf ein fünftes Rad 10, zehnmal auf ein sechstes 11 und zehnmal auf einen Rotor 12: die Drehgeschwindigkeit wird demnach 126.000-mal erhöht, und diese Zahnräder bilden ein Räderwerk.
Ein Minutenrohr 7a ist am mittleren Rad 7 befestigt, ein Minutenzeiger 13 am Minutenrohr 7a und ein Sekundenzeiger 14 am zweiten Rad 9. Um das mittlere Rad bei 1 U/Std. und das zweite Rad 9 bei 1 U/min zu drehen, genügt es daher, eine Steuerung derart durchzuführen, dass der Rotor 12 bei 5 U/s gedreht wird. An diesem Punkt dreht sich das Federhauszahnrad 32 bei 1/7 U/Std.
Diese elektronisch gesteuerte mechanische Uhr weist einen Generator 20 auf, der einen Rotor 12, einen Stator 15 und einen Spulenblock 16 umfasst. Der Rotor 12 umfasst einen Rotormagneten 12a, einen Rotortrieb 12b und eine Rotorträgheitsscheibe 12c. Die Rotorträgheitsscheibe dient zum Minimieren einer Streuung von Umdrehungen des Rotors 12 gegenüber einer Streuung des Ausgangsdrehmoments der Federhaustrommel 30. Der Stator 15 ist durch Wickeln von 40.000 Windungen einer Statorspule 15b auf einen Statorkörper 15a ausgebildet.
Der Spulenblock 16 ist durch Wickeln von 110.000 Windungen einer Spule 16b auf einen Magnetkern 16a hergestellt. Der Stator 15a und der Magnetkern 16a sind aus PC-Permalloy oder dergleichen angefertigt. Die Statorspule 15b und die Spule 16b sind in Reihe geschaltet, um eine Ausgangsspannung zu ergeben, die mit der jeweiligen erzeugten Spannung addiert wird.
Eine WS-Ausgabe, die durch den Generator 20 erzeugt wird, wie zuvor beschrieben, wird in der Absicht in eine Steuerschaltung eingespeist, eine Geschwindigkeitseinstellung und ein Ein/Ausschalten des Antriebsmechanismus 1 zu steuern, obwohl in 5 bis 7 nicht dargestellt.
Als Nächstes wird die innere Struktur der zuvor erwähnten Federhaustrommel 30 unter Bezugnahme auf 8 beschrieben.
8(A) veranschaulicht einen Zustand, in welchem die zuvor erwähnte Zugfeder 31 in der Federhaustrommel 30 straff gespannt ist; und 8(B) stellt einen Zustand dar, nachdem die amorphe Zugfeder 31 in der Federhaustrommel entspannt ist.
Die amorphe Zugfeder 31 weist eine Größe auf, die eine Breite b von 1 mm, eine Dicke t von 0,1 mm und eine Gesamtlänge L von 300 mm umfasst.
Wie bereits erwähnt, weist die amorphe Zugfeder 31 das innere Ende 311 auf die Federhauswelle 33 gewickelt und das äußere Ende 312 mit der Innenfläche der Federhauswelle verbunden und daran befestigt auf.
Wenn die Federhaustrommel 30 durch eine externe Kraft in Bezug auf die Federhauswelle 33 im Zustand von 8(B) gedreht wird, wird die amorphe Zugfeder 31 straff gespannt. Wenn nach dem straffen Spannen die Zugfeder vom Zwang der Federhaustrommel 30 freigegeben wird, dreht sich die Federhaustrommel 30 zusammen mit dem Zurückspulen der amorphen Zugfeder 31. Das Räderwerk, welches das zuvor beschriebene mittlere Rad 7 umfasst, wird durch das Federhauszahnrad 32, das auf dem Außenumfang der Federhaustrommel 30 ausgebildet ist, gedreht, was zur Betätigung des Minutenzeigers 13 und des Sekundenzeigers 14 führt.
Die amorphe Zugfeder 31 ist durch einstückiges Laminieren einer Mehrzahl von amorphen Metallplatten 313 ausgebildet, welche jeweils eine Dicke von 50 μm aufweisen, wie in 9 dargestellt, und die einzelnen amorphen Metallplatten 313 sind mit einem epoxidbasierten Klebemittel 314 aneinander gebondet.
Die amorphe Zugfeder 31, die aus der Federhaustrommel 30 herausgenommen wird, wird in einer Richtung entgegen der Wickelrichtung auf die Federhauswelle 33 umgeformt und weist in einer Draufsicht im Wesentlichen eine S-förmige frei auseinander gezogenen Form auf.
Der Krümmungsänderungspunkt 315, an dem sich die Krümmungsrichtung ändert, ist in der Nähe des inneren Endes 311 ausgebildet. Der Abschnitt zwischen dem Krümmungsänderungspunkt 315 und einem inneren Ende 311 wird zum Befestigen der amorphen Zugfeder 31 an der Federhauswelle 33 verwendet.
Bei der Herstellung solch einer amorphen Zugfeder 31 wird die amorphe Metallplatte 313 zunächst zu einer Breite und einer Länge ausgebildet, die als eine Leistungsquelle für einen Antriebsmechanismus 1 erforderlich sind.
Die einzelnen amorphen Metallplatten 313 werden bei Verwendung eines epoxidbasierten Klebemittels 314 aneinander gebondet, um eine Dicke t (0,1 mm) zu gewährleisten, die für die amorphe Zugfeder 31 erforderlich ist.
Schließlich wird die amorphe Zugfeder 31 vor dem Aushärten des epoxidbasierten Klebemittels 314 durch Wickeln derselben auf eine runde Stange oder dergleichen umgeformt, und es wird veranlasst, dass das epoxidbasierte Klebemittel 314 aushärtet.
Gemäß der amorphen Zugfeder 31 der Uhr der ersten Ausführungsform, wie zuvor beschrieben, sind die folgenden Vorteile erhältlich:

1. Da die amorphe Zugfeder 31 als die Leistungsquelle für den Antriebsmechanismus 1 angewendet wird, ist es möglich, den Antriebsmechanismus 1 für einen langen Zeitraum zu betreiben, während eine Verkleinerung des Antriebsmechanismus aufrechterhalten wird. Wenn eine herkömmliche Zugfeder in den zuvor erwähnten Antriebsmechanismus 1 eingebaut wird, kommt der Betrieb in 40 Stunden ab dem straffen Spannen zum Stillstand. Wenn dagegen die amorphe Zugfeder 31 eingebaut wird, wird der Betrieb in 45 Stunden ab dem straffen Spannen unterbrochen, was zu einer Zunahme an Betriebsstunden von etwa 10 führt.
2. Da der Krümmungsänderungspunkt 315 in einer Position in der Nähe des inneren Endes 311 angesetzt werden kann, kann ein Umformen im Wesentlichen über die gesamte Länge der amorphen Zugfeder 31 angewendet werden, wodurch es möglich gemacht wird, die mechanische Energie zu erhöhen, die durch die amorphe Zugfeder 31 gespeichert wird, und die Betriebsstunden des Anntriebsmechanismus 1 weiter zu verlängern. Die amorphe Zugfeder 31 weist nur eine geringe Streuung des Drehmoments auf. Wenn sie als eine Leistungsquelle einer mechanischen Uhr angewendet wird, ist es daher möglich, eine Antriebsgenauigkeit zu verbessern.
3. In der herkömmlichen Technik wurde eine Zugfeder mit einer vorgegebenen Dicke durch wiederholtes Walzen eines Vollmaterials erhalten. Die zuvor erwähnte amorphe Zugfeder 31 kann durch den Einwalzenprozess, den Doppelwalzenprozess oder den Unterwasserrotationsdrückprozess leicht zu einem Draht, einem Band oder dergleichen gefertigt werden. Es ist daher möglich, den Herstellungsprozess der amorphen Zugfeder zu vereinfachen.
4. Eine Mehrzahl von amorphen Metallplatten 313 wird bei Verwendung eines epoxidbasierten Klebemittels 314 einstückig laminiert. Es ist daher kein Erwärmungsprozess zum Bilden der amorphen Zugfeder 31 notwendig, und die Eigenschaften des amorphen Metalls werden nie beeinträchtigt.

Da ein Umformen vor dem Aushärten des Klebemittels erfolgen kann, kann ein Umformen zum Beispiel durch Wickeln der Zugfeder 31 auf eine Spannvorrichtung oder dergleichen leicht bewerkstelligt werden.
Es wird nun ein Antriebsmechanismus einer Uhr einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, der eine amorphe Zugfeder verwendet, beschrieben. Für dieselben oder ähnliche Komponenten wie jene, die bereits erläutert wurden, wird im Folgenden eine Beschreibung unterlassen oder vereinfacht.
Im Antriebsmechanismus 1 der zuvor erwähnten ersten Ausführungsform diente nur eine amorphe Zugfeder 31, die in der Federhaustrommel 30 untergebracht war, als die Leistungsquelle zum Betreiben des Antriebsmechanismus 1.
Der Antriebsmechanismus 101 der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von dem der ersten Ausführungsform, wie in 11 dargestellt, darin, dass der Anntriebsmechanismus 101 zwei Federhaustrommeln 30 aufweist und darin untergebrachte amorphe Zugfedern 31 als Leistungsquellen für den Antriebsmechanismus 101 dienen.
Federhauszahnräder 32 (in 11 nicht dargestellt), die auf den Außenumfängen der beiden Federhaustrommeln 30 ausgebildet sind, stehen mit einem Basiszahnrad 71 eines mittleren Rades 7 des Antriebsmechanismus 101 gleichzeitig in Eingriff.
Die beiden Federhaustrommeln 30 drehen sich in derselben Richtung um jeweilige Federhauswellen 33, und ein Drehmoment 2T, das die Summe von Werten des Ausgangsdrehmoments T der einzelnen amorphen Zugfedern 31 umfasst, wirkt auf das mittlere Rad 7.
Für die Federhauszahnräder 32, die mit dem mittleren Rad 7 in Eingriff sind, wie in 12 dargestellt, sind die Eingriffsphasen zwischen dem Federhauszahnrad 32 links und dem Federhauszahnrad 32 rechts verschieden. In dem Moment, in dem das linke Federhauszahnrad 32 bei Punkt B1 mit dem mittleren Rad 7 in Kontakt kommt, ist das rechte Federhauszahnrad dabei, das mittlere Rad 7 bei Punkt B2 zu verlassen.
Solch ein Phasenunterschied hängt von den relativen Positionen der Federhauswellen 33 ab. Wie aus 11 bekannt ist, kann die Eingriffsphase entsprechend dem Winkel β zwischen dem Drehpunkt des mittleren Rades 7 und der Federhauswelle 33 eingestellt werden.
Gemäß dem Antriebsmechanismus 101 der Uhr der zuvor beschriebenen zweiten Ausführungsform, der die amorphe Zugfeder verwendet, sind die folgenden Vorteile zusätzlich zu jenen erhältlich, die zuvor im Hinblick auf die erste Ausführungsform beschrieben wurden. Da die beiden Feder haustrommeln 30, welche die amorphen Zugfedern 31 aufnehmen, gleichzeitig mit dem mittleren Rad 7, welches das Räderwerk bildet, in Eingriff sind, ist es möglich, zu bewirken, dass sich das mittlere Rad 7 durch Überlagern von Werten des Ausgangsdrehmoments T der jeweiligen Federhaustrommeln 30 dreht, wodurch der Antriebsmechanismus 101 bei einem hohen Ausgangsdrehmoment 2T gedreht wird.
Da die Phasen der Federhauszahnräder 32, die mit dem mittleren Rad 7 in Eingriff sind, gestaffelt sind, kann der Betrieb des Antriebsmechanismus 101 durch Verhindern von Änderungen des übertragenen Drehmoments durch eine Minderung der Drehmomentstreuung, die zum Beispiel von einem Eingriffszustand zwischen der linken Federhaustrommel 30 und dem mittleren Rad 7 in 12 herrührt, mittels des Eingriffszustands mit der anderen rechten Federhaustrommel 30 gleichmäßig gemacht werden.
Es wird nun eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In der dritten Ausführungsform wird eine Uhr bereitgestellt, wobei eine Feder, die aus einem amorphen Metall hergestellt ist, als eine Spiralfeder zum Vorspannen einer ringförmigen Zeitunruh verwendet wird, die einen Regler der mechanischen Uhr bildet. Eine Unruhspiralfeder 400, die in dieser Ausführungsform als ein Regler dient, umfasst unter anderem eine Unruhwelle 410, eine ringförmige Unruh 420, eine zweiteilige Rolle 430, eine Spiralrolle 440, ein Klötzchen 450 und einen Regulator 460, wie in 13 und 14 dargestellt.
Die ringförmige Unruh 420, die zweiteilige Rolle 430 und die Spiralrolle 440 sind an der Unruhwelle 410 befestigt, um eine ganzheitliche Drehung zu ermöglichen. Eine Spiralfeder 470 ist eine nichtmagnetische Feder, die aus einer amorphen Legierung hergestellt ist, und weist ein inneres Umfangsende auf, das an der Spiralrolle 440 befestigt ist, und ein äußeres Ende, das am Klötzchen 450 befestigt ist.
Der Regulator 460 umfasst unter anderem einen Regulatorstift 461 und einen Regulatorschlüssel 462, und der äußerste Umfangsabschnitt der Spiralfeder 470 tritt zwischen dem Regulatorstift 461 und dem Regulatorschlüssel 461 durch.
Wenn sich bei der Unruhspiralfeder 400 die ringförmige Unruh 420 um die Unruhwelle 410 als die Achse dreht, dreht sich auch die Spiralrolle 440 zusammen damit. Die Vorspannkraft der Spiralfeder 470 wirkt auf die ringförmige Unruh 420. Bei Erreichen eines Gleichgewichts zwischen dieser Vorspannkraft und der Trägheit der Spiralfeder 470 hält die Drehung der ringförmigen Unruh 420 an, und die Vorspannkraft der Spiralfeder 470 bewirkt, dass sich die ringförmige Unruh 420 in der umgekehrten Richtung dreht. Das heißt, die ringförmige Unruh 420 wiederholt eine Schwingung mit der Unruhwelle 410 als der Achse. Die Schwingungsperiode der ringförmigen Unruh 420 kann durch Feineinstellen der Position des Regulatorschlüssels 462 geändert werden. Diese Schwingungsperiode T variiert auch mit dem Trägheitsmoment J des Drehabschnitts, wie beispielsweise der ringförmigen Unruh, sowie mit den Materialeigenschaften der Spiralfeder 470. Wenn die Spiralfeder 470 angenommen eine Breite b, eine Dicke t, eine Federlänge L und einen Youngschen Modul E der Spiralfeder aufweist, wird T durch die folgende Gleichung (25) ausgedrückt:
Gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung, wie zuvor beschrieben, sind die folgenden Vorteile erhältlich.
Da die Spiralfeder 470 aus einem amorphen Metall gefertigt ist, sind Änderungen im Youngschen Modul E, die durch eine Änderung der Temperatur verursacht werden, bei geringen Änderungen in der Schwingungsperiode der Unruhspiralfeder 400, wie durch die Gleichung (25) ausgedrückt, gering, wodurch es möglich gemacht wird, die Genauigkeit einer mechanischen Uhr mit einem Regler, der die Unruhspiralfeder 400 umfasst, zu verbessern.
Da die Spiralfeder 470 aus einem nichtmagnetischen amorphen Material hergestellt ist, wird der magnetische Widerstand verbessert und, selbst wenn die Spiralfeder 400 durch ein externes Magnetfeld oder dergleichen angezogen wird, werden die Zugfedereigenschaften nie beeinträchtigt.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die zuvor erwähnten Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst auch die folgenden Varianten.
Obwohl in der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform die amorphe Zugfeder 31 als die Leistungsquelle des Antriebsmechanismus 1 für die elektronisch gesteuerte mechanische Uhr verwendet wurde, ist die Anwendung der Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern die amorphe Zugfeder kann für einen Antriebsmechanismus einer gewöhnlichen mechanischen Uhr mit einem Steuersystem, das einen Regler und eine Hemmung umfasst, verwendet werden.
In der zuvor beschriebenen ersten Ausführungsform wurde die amorphe Zugfeder 31 als die Leistungsquelle für den Antriebsmechanismus 1 einer Uhr verwendet. Die Anwendung der vorliegenden Erfindung ist jedoch nicht darauf beschränkt, sondern die amorphe Zugfeder kann als eine Leistungsquelle für einen Antriebsmechanismus einer Spieluhr verwendet werden.
Obwohl außerdem die amorphen Zugfedern 31 durch die Verwendung des Klebemittels 314 einstückig laminiert wurden, kann eine Integration durch Punktschweißen des inneren Endes 311, des äußeren Endes 312 und des Krümmungsänderungspunkts 315 bewerkstelligt werden. Das Umformen der amorphen Zugfeder kann auf diese Weise bis zu einem gewissen Maß gleichzeitig mit der einstückigen Laminierung durchgeführt werden.
In der zuvor erwähnten zweiten Ausführungsform wurden die beiden Federhaustrommeln 30 mit dem mittleren Rad 7, welches das Räderwerk bildet, in Eingriff gebracht. Es können jedoch mehr als zwei Federhaustrommeln 30 in Eingriff gebracht werden. Die Anzahl von Federhaustrommeln 30 kann entsprechend der Energie, die in der amorphen Zugfeder gespeichert wird, und der Energie, die als eine Leistungsquelle des Antriebsmechanismus erforderlich ist, in geeigneter Weise ausgewählt werden.

Claims

Uhr oder Spieluhr, umfassend eine Feder (31) als eine Leistungsquelle zur mechanischen Energieversorgung eines Antriebsmechanismus der Uhr oder Spieluhr, dadurch gekennzeichnet, dass die Feder ein amorphes Metall umfasst.
Uhr oder Spieluhr nach Anspruch 1, wobei die Feder (31) einen kreisförmigen Querschnitt mit einem Durchmesser von wenigstens 0,05 mm oder einen rechteckigen Querschnitt mit einer Dicke von 0,01 mm und einer Breite von wenigstens 0,05 mm aufweist.
Uhr oder Spieluhr nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Feder (31) ein nichtmagnetisches Material umfasst.
Uhr oder Spieluhr nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das amorphe Metall eine Zugspannung größer als und einen Youngschen Modul kleiner als ein Zugfedermaterial mit einer Zusammensetzung von 30 bis 45 Gew.-% Co, 10 bis 20 Gew.-% Ni, 8 bis 15 Gew.-% Cr, weniger als 0,03 Gew.-% C, 3 bis 5 Gew.-% W, 3 bis 12 Gew.-% Mo, 0,1 bis 2 Gew.-% Ti, 0,1 bis 2 Gew.-% Mn, 0,1 bis 2 Gew.-% Si und dem Rest Fe aufweist.
Uhr oder Spieluhr nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das amorphe Metall eine maximale Zugspannung von wenigstens 340 kgf/mm² (3.330 MPa) aufweist.
Uhr oder Spieluhr nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das amorphe Metall einen Youngschen Modul im Bereich von 9.000 bis 12.000 kgf/mm² (88.200 bis 117.600 MPa) aufweist.
Uhr oder Spieluhr nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das amorphe Metall eines oder mehrere von Ni-Si-B, Ni-Si-Cr, Ni-B-Cr oder Co-Fe-Cr umfasst.
Uhr oder Spieluhr nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Feder (31) durch einstückiges Laminieren einer Mehrzahl von amorphen Metallplatten (313) gebildet ist.
Uhr oder Spieluhr nach Anspruch 8, wobei die Mehrzahl von amorphen Metallplatten (313) mittels eines kunstharzbasierten Klebemittels (314) einstückig laminiert ist.
Uhr oder Spieluhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei: die Feder (31) eine frei auseinander gezogene S-Form aufweist, wobei ein Krümmungsänderungspunkt (315) da, wo es eine Änderung in der Krümmungsrichtung der frei auseinander gezogenen Form gibt, an einem Zwischenpunkt zwischen einem Innenseitenende (311), das als das Wickelseitenende dient, und einem Außenseitenende, das als das andere Ende des Innenseitenendes dient, ausgebildet ist.
Uhr oder Spieluhr nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zwei oder mehr der Federn (31) und eine Mehrzahl von Federhaustrommeln zur Aufnahme der Federn vorhanden sind; und wobei Räderwerke (7) zum Übertragen von mechanischer Energie der Federn gleichzeitig mit der Mehrzahl von Federhaustrommeln in Eingriff sind.
Uhr oder Spieluhr nach Anspruch 11, wobei: die Mehrzahl von Federhaustrommeln mit den Räderwerken bei voneinander verschobenen Phasen in Eingriff sind.
Uhr nach Anspruch 1, wobei die Uhr elektrisch gesteuert ist.
Uhr nach Anspruch 13, umfassend einen Wechselstromgenerator mit einem Rotor, der so ausgelegt ist, dass er durch eine oder mehrere der Federn angetrieben wird.
Uhr, umfassend eine Spiralfeder, wobei die Spiralfeder ein amorphes Metall umfasst.