JP2002365377A - 駆動機構、および時計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 駆動機構の小型化を維持しつつ、長時間駆動
機構を動作させることのできるゼンマイを提供すること
を目的とする。 【解決手段】 駆動機構の動力源として用いられるゼン
マイは、アモルファス金属板状体により形成され、その
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。アモルファス金属は、引
っ張り応力が高くヤング率が低いので、ゼンマイに蓄え
られる機械エネルギを大きくすることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する分野】本発明は、精密機械に用いられる
バネに関し、例えば、時計、オルゴール等の駆動機構の
動力源として利用することができる。

【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、水晶発振式の時計の水晶振動子を付勢状態で固
定するバネ、時計の駆動機構の動力源を構成するゼンマ
イ、ゼンマイを巻く際に巻き戻り防止のために設けられ
るコハゼバネ、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。 水晶振動子を付勢状態で固定するバネの場合、水晶
振動子の特性として、このバネの付勢力により水晶振動
子の歩度にずれが生じるという問題がある。すなわち、
バネの付勢力のばらつきにより、水晶が発振する３２ｋ
Ｈｚの信号の周期が進み遅れするため、その信号を基準
信号としている時計体の精度がずれるという問題があ
る。従って、水晶振動子を固定するバネには、付勢力の
ばらつきが少ないものが切望される。 また、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。 さらに、時計等の駆動機構の動力源を構成するゼン
マイの場合、駆動機構の長時間動作と、駆動機構の小型
化という相反する性能を満たすゼンマイが切望されてい
る。すなわち、例えば、時計の駆動機構は、動力源とな
るゼンマイと、このゼンマイを収納する香箱と、この香
箱と噛合してゼンマイの機械エネルギを伝達する輪列と
を備え、巻締められたゼンマイの巻き戻しによる回転力
を利用して、輪列等の伝達装置を介して時計の指針を回
転させている。

【０００４】このような駆動機構の動力源とされるゼン
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＝（Ｅｔ^３ｂπ／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（Ｒ^２−ｒ^２）／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Ｎ
max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 本発明に係るバネは、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％、Ｎｉ１０〜２０％、Ｃｒ ８〜１
５％、Ｃ ＜０．０３％、Ｗ ３〜５％、Ｍｏ ３〜１
２％、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。 σmax（kgf／mm^２） Ｅ（kgf／mm^２） 従来材料 ２００ ２００００ アモルファスバネ ３４０ ９０００〜１２０００

【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＝（ｂｔ^３Ｅ／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、 Ｕ＝∫Ｔｄα＝∫（ｂｔ^３Ｅ／１２Ｌ）×αｄα ＝（ｂｔ^３Ｅ／２４Ｌ）×α^２ …（６） 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＝（ｂｔ^３Ｅ／２４Ｌ）×αmax^２ …（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＝ｂｔ^３／１２ …（１０） と算出され、（９）、（１０）式より、 Ｔ＝（ｂｔ^２／６）×σb …（１１） と表される。

【００２９】従って、（１）、（１１）式より、 Ｔ＝（Ｅｔ^３ｂπ／６Ｌ）×Ｎ＝（ｂｔ^２／６）×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、 Ｕmax＝（ｂｔ^３Ｅ／２４Ｌ）×（２Ｌσmax／Ｅｔ）^２ ＝（ｂｔＬ／６）×（σmax^２／Ｅ） …（１５） 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Ｕ
max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／mm^２）、Ｅ＝９０００〜１
２０００（kgf／mm^２）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０．０
１mm×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。 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。 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、上記の理由による制限は緩和され、専らを
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ε
max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’−πｒ^２／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、（１
８）、（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・（Ｅｂｔ^３π／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５０μ
ｍ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１０
０℃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、9.37
5 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１２
ａ、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＝３０
０mm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３
３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３
１３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３
１３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（０．１
mm）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。 駆動機構１の動力源としてアモルファスゼンマイ３
１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１
０％増加する。 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。 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。 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４４
０、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４５
０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４７
０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、ゼン
マイ、ヒゲゼンマイ、これらを利用した駆動機構、およ
び時計は、時計、オルゴール、オルゴール等の駆動機構
の動力源として、水晶発振式時計等の水晶振動子を固定
するバネとして、機械式時計のテンプを付勢するヒゲゼ
ンマイとして、香箱内のゼンマイの巻締めの際の巻戻り
防止のためのコハゼバネとして好適である。

【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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｇ０４Ｃ 10/00 Ｇ０４Ｃ 10/00 Ｃ (72)発明者 原 辰男 長野県諏訪市大和３丁目３番５号 セイコ ーエプソン株式会社内 Ｆターム(参考） 2F084 AA00 JJ05 3J059 AE10 BA37 BB01 BC01 BD04 CA06 EA13 GA50

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動力源としてアモルファス金属を用いた
   ゼンマイと、前記ゼンマイによって駆動される輪列と、
   前記輪列によって駆動される発電機とを有したことを特
   徴とする駆動機構。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記輪列は前記発電
   機によって回転制御されることを特徴とする駆動機構。
3. 【請求項３】 動力源としてアモルファス金属を用いた
   ゼンマイと、前記ゼンマイによって駆動される輪列と、
   前記輪列によって駆動される発電機とを有したことを特
   徴とする時計。
4. 【請求項４】 請求項３において、前記輪列は前記発電
   機によって回転制御されることを特徴とする時計。