JP2003065213A

JP2003065213A - ゼンマイ及びゼンマイを用いた機器

Info

Publication number: JP2003065213A
Application number: JP2001255125A
Authority: JP
Inventors: Osamu Takahashi; 理高橋
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2001-08-24
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2003-03-05

Abstract

(57)【要約】【課題】トルクの制御範囲が小さく、機器の駆動部の耐
久性を向上することができるゼンマイ及びこのゼンマイ
を用いた機器を提供すること。【解決手段】電子式機械時計の動力源として用いられる
ゼンマイを超弾性材料であるＮｉ−Ｔｉ合金で構成す
る。超弾性材料は弾性率が低く、除荷時の応力が一定で
ある範囲が広いため、データＧ１のようにゼンマイのト
ルクカーブの傾きが略水平になる。トルクの制御範囲が
小さくなるので、制御誤差が生じにくくなり、電子制御
式機械時計の精度を向上させることができる。また、巻
き上げた直後のトルクＴ₂と駆動部である発電機等を駆
動させるのに必要なトルクＴ₀との差が小さいため、従
来のように必要以上に大きなトルクが駆動部にかから
ず、これらの駆動部の耐久性を向上することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゼンマイ及びゼン
マイにより駆動可能な駆動部を有する機器に関する。

【０００２】

【背景技術】従来から、時計やオルゴール等の機器の動
力源としてゼンマイが使用されている。ゼンマイに使用
される材料としては、炭素鋼、ステンレス、コバルト合
金が一般的である。また、本願出願人はアモルファス金
属を用いたゼンマイも提案している（国際公開番号ＷＯ
９９／１２０８０号公報参照）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】炭素鋼、ステンレス、
コバルト合金等を使用した一般的なゼンマイは、図１０
のグラフにおけるデータＧ１００に示すように、ゼンマ
イを巻き上げた直後（巻数Ｎmax）のトルクＴ₁は大きい
が、ゼンマイが巻きほどけるに従って、トルクは直線的
に急速に低下する。一方、アモルファス金属を使用した
ゼンマイは、炭素鋼等を使用したゼンマイに比べ、図１
０のデータＧ１０１に示すように、ゼンマイがある程度
ほどけるまでは、トルクカーブの傾きは小さくなる。こ
のため、巻数の変化によるトルクの変動は従来のゼンマ
イに比べて小さいが、巻数の変化によってトルクが変動
する傾向は一般的なゼンマイと同じである。

【０００４】このようなトルクが変動するゼンマイを、
オルゴールや時計等、駆動部に一定速度の動きを要する
機器の動力に使用した場合、ゼンマイから駆動部にかか
るトルクを一定に保つためにブレーキをかける必要があ
る。従って、巻き上げた直後のトルクＴ₁に対してはブ
レーキトルクを大きくし、トルクの低下に従って徐々に
ブレーキトルクを小さくしなければならず、トルクの制
御範囲が広くなるため、制御誤差が生じやすいととも
に、ブレーキ制御範囲の広い高性能の制御装置が必要と
なり、コストが高くなるという問題がある。

【０００５】また、ゼンマイを動力として用いた場合に
は、その持続時間を確保するために、ゼンマイがほどけ
てトルクが低下した状態でも、駆動部を駆動できるよう
に構成する必要がある。そのため、通常は、駆動部が駆
動するのに必要なトルクはＴ ₀程度に設計される。この
ため、ゼンマイを巻き上げた直後のトルクＴ₁はこのト
ルクＴ₀よりもかなり大きくなり、機器の駆動部に必要
以上に大きな力がかかり、長期間にわたって機器を使用
する場合には駆動部が破損するおそれがあり、機器の駆
動部の耐久性をあまり高くできないという問題もある。

【０００６】本発明の目的は、トルクの制御範囲が小さ
く、駆動部の耐久性を向上することができるゼンマイ及
びこのゼンマイを用いた機器を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のゼンマイは、超
弾性材料から構成され、動力源として用いられることを
特徴とするものである。ここで、超弾性材料とは、オー
ステナイト温度領域（オーステナイト相領域）におい
て、外力（荷重）を加えると応力誘起マルテンサイト相
に変態し、外力を取り除くと（除荷すると）、直ちに元
のオーステナイト相に戻るものをいう。例えば、具体的
には、マルテンサイト相とオーステナイト相との間の変
態温度が室温以下の低い温度であり、室温において超弾
性を示す材料であり、荷重を加えた際に、８％程度の歪
みが弾性的にもとに戻るもの、つまり回復歪みが８％程
度であるものをいい、図５に示すような応力−歪み曲線
を描くものがである。

【０００８】超弾性材料は、弾性率が低く、除荷時の応
力が一定である範囲が広いため、ゼンマイを超弾性材料
で構成すると、ゼンマイがある程度解けるまでは、トル
クカーブの傾きが略水平になる。従って、このゼンマイ
により機器の駆動部を駆動させれば、トルクの制御範囲
が小さくなるので、トルク差による制御誤差が生じにく
くなり、機器の駆動精度を向上させることができる。ま
た、超弾性材料の弾性率は低く、従来の一般的なゼンマ
イを巻き上げた直後のトルクＴ₁と駆動部が駆動するの
に必要なトルクＴ₀との差に比べ、本発明のゼンマイを
巻き上げた直後のトルクＴ₂とトルクＴ₀との差は小さく
なり、従来のように、必要以上に大きなトルクが機器の
駆動部にかからないため、駆動部の耐久性を向上するこ
とができる。

【０００９】この際、前記超弾性材料はＮｉ−Ｔｉ合金
または、Ｎｉ−Ｔｉ合金にＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｐ
ｄ、Ａｌのうち一種類または二種類以上を含んだ合金で
あることが好ましい。室温において超弾性を示す合金と
しては、Ｎｉ−Ｔｉ系合金、銅系合金の一部、鉄系合金
の一部があるが、特にＮｉ−Ｔｉ系の合金は強度、耐疲
労、耐食性等の点で優れており、ゼンマイとして使用す
るのに適している。

【００１０】本発明の機器は、請求項１または請求項２
に記載のゼンマイと、このゼンマイにより駆動可能な駆
動部とを有することを特徴とするものである。ここで、
機器とは、動力源として超弾性材料からなるゼンマイを
備えた装置であればよく、例えば、時計、オルゴール、
玩具等の様々な機器が利用できる。機器は、超弾性材料
から構成されるゼンマイを用いているため、ゼンマイが
ある程度解けるまでは、トルクカーブの傾きが略水平と
なり、ブレーキトルクを加えることによるブレーキ制御
を行わなくても、駆動部の動きをある程度一定とするこ
とができる。従って、機器が、駆動部の速度制御の精度
をそれほど高くする必要がない玩具等である場合には、
制御装置なしでも使用することができ、これらの製造コ
ストをの低下することができる。また、ゼンマイを巻き
上げた直後のトルクＴ₂と駆動部が駆動するのに必要な
トルクＴ₀との差は小さいものとなり、従来のように、
ゼンマイを巻き上げた直後に必要以上に大きなトルクが
機器の駆動部にかからないため、駆動部の耐久性を向上
することができる。

【００１１】さらに、機器は、駆動部の駆動を制御する
制御装置を有することが好ましい。このような制御装置
を設ければ、駆動部の動きを一定に保つことができ、機
器の駆動精度を高めることができるため、時計やオルゴ
ールのような、ゼンマイで駆動される指針や、オルゴー
ルの回転円板、ドラムの駆動精度が要求される機器にも
適用できる。その上、超弾性材料からなるゼンマイは、
巻数の変化に対するトルクの変動が小さく、トルクの制
御範囲を小さくできるので、制御装置による制御誤差も
減少し、駆動部の駆動精度を向上することができる。さ
らに、トルクの制御範囲が小さいため、ブレーキ制御範
囲の広い高精度の制御装置を設ける必要がなく、機器の
コストを低下させることもできる。

【００１２】また、前記駆動部は、前記ゼンマイから供
給される機械的エネルギを伝達する機械的エネルギ伝達
装置と、この機械的エネルギ伝達装置によって伝達され
た機械的エネルギによって駆動され、誘起電力を発生し
て電気的エネルギを供給する発電機とを備え、前記制御
装置は、前記電気的エネルギにより駆動されて、前記発
電機の回転周期を制御する回転制御装置であることが好
ましい。制御装置としては、電池や外部電源等により動
くものも考えられるが、ゼンマイによる機械的エネルギ
によって発電する発電機を備えていれば、制御装置を駆
動する電力をその発電機で得ることができる。このた
め、ゼンマイを巻き上げれば機器を作動させることがで
き、外部電源や電池が不要なため、携帯用あるいは非常
用の機器に適したものとなる。さらに、電池が不要なの
で、電池切れで使用できないということがなく、いつで
も利用することができる上、電池の廃却による環境破壊
を防止することもできる。

【００１３】また、前記機械的エネルギ伝達装置は輪列
により構成され、前記機器は、この輪列に結合された指
針を備える電子制御式機械時計であることが好ましい。
電子制御式機械時計は、指針及び発電機をゼンマイで駆
動し、発電機に回転制御装置によりブレーキをかけるこ
とで、ロータつまりは指針の回転数を調速するものであ
り、従来の機械式時計のようにゼンマイを巻き上げるだ
けで駆動することができるとともに、クオーツ時計と同
様の電子制御式であるため、機械時計に比べて指針をよ
り正確に運針させて正確に時刻を表示することができ
る。さらに、電子制御式機械時計は、ゼンマイがある程
度ほどけるまでは、トルクカーブの傾きが小さいゼンマ
イを使用しており、ブレーキトルクが小さくてよいた
め、発電機の発電効率を向上することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態の電
子制御式機械時計の要部を示す平面図であり、図２及び
図３はその断面図である。電子制御式機械時計は、ゼン
マイ１ａ、香箱歯車１ｂ、香箱真１ｃ及び香箱蓋１ｄか
らなる香箱車１を備えている。ゼンマイ１ａは、外端が
香箱歯車１ｂ、内端が香箱真１ｃに固定される。香箱真
１ｃ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。

【００１５】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、こはぜ６と噛み合ってい
る。なお、角穴車４を時計方向に回転しゼンマイ１ａ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。香箱歯車１ｂ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１２６，０
００倍に増速されている。従って、これらの各番車７〜
１１からなる輪列によってゼンマイ１ａからの機械的エ
ネルギを発電機のロータ１２に伝達する機械エネルギ伝
達装置が構成されている。

【００１６】また、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５
ｒｐｓ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。

【００１７】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、香箱車１からの駆動
トルク変動に対しロータ１２の回転速度数変動を少なく
するためのものである。ステータ１５は、ステータ体１
５ａ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。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１
６ｂ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。

【００１８】ここで、上述した香箱車１内部のゼンマイ
１ａを説明する。このゼンマイ１ａは、図４に示すよう
に香箱真１ｃに対する巻き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。ゼン
マイ１ａは超弾性材料で構成されている。超弾性材料
は、具体的にはＮｉ−Ｔｉ合金であり、この合金の合金
組成は、例えば、原子％でＮｉが５０．５〜５１．５、
Ｔｉが残部（４９．５〜４８．５％）となっている。超
弾性材料は、オーステナイト温度領域において、外力を
加えると応力誘起マルテンサイト相に変態し、除荷する
と直ちにオーステナイト相に戻るという性質を有してい
る。従って、荷重を加えた場合でも塑性変形することな
く、例えば、８％程度もの大きな歪みが弾性的にもとに
戻りる性質を有し、図５に示されるような応力−歪み曲
線を描くような超弾性材料もある。また、この超弾性材
料は、この超弾性合金は８％程度もの大きな歪みが元に
戻り、除荷時の応力が一定である範囲が約０．５〜５４
〜７％と広く、弾性係数も小さい（６０００から８００
０kgf/mm²程度）という特性もを有している。この超弾
性材料から構成されたゼンマイ１ａのトルクＴと巻数Ｎ
との関係は図１０のデータＧ１に示すように、ほとんど
傾きがないものとなる。また、ゼンマイを巻き上げた直
後のトルクＴ₂と駆動部である発電機２０や輪列（各番
車７〜１１）を駆動するのに必要なトルクＴ₀との差
は、従来のゼンマイに比べて小さくなっている。

【００１９】次に、電子制御式機械時計の制御回路につ
いて、図６及び図７を参照して説明する。図６には、本
実施形態の機能を示すブロック図が示されている。発電
機２０は、増速輪列（各番車７から１１）を介してゼン
マイ１ａによって駆動され、誘起電力を発生して電気的
エネルギを供給する。この発電機２０からの交流出力
は、昇圧整流、全波整流、半波整流、トランジスタ整流
等からなる整流回路２１を通して整流され、コンデンサ
等で構成された電源回路２１ａに充電供給される。

【００２０】なお、本実施形態では、整流回路２１を含
むブレーキ回路を発電機２０に設けている。具体的に
は、発電機２０の出力端である第１の端子ＭＧ１、第２
の端子ＭＧ２を短絡させてショートブレーキを掛ける第
１および第２のスイッチ１２１，１２２によりブレーキ
回路が構成されている。

【００２１】図７に示すように、第１のスイッチ１２１
は、第２の端子ＭＧ２にゲートが接続されたＰｃｈの第
１の電界効果型トランジスタ（ＦＥＴ）１２６と、整流
回路２１に設けられたチョッピング信号発生部１８０か
らのチョッピング信号（チョッピングパルス）ＣＨ３が
ゲートに入力される第２の電界効果型トランジスタ１２
７とが並列に接続されて構成されている。

【００２２】また、第２のスイッチ１２２は、第１の端
子ＭＧ１にゲートが接続されたＰｃｈの第３の電界効果
型トランジスタ（ＦＥＴ）１２８と、チョッピング信号
発生部１８０からのチョッピング信号（チョッピングパ
ルス）ＣＨ３がゲートに入力される第４の電界効果型ト
ランジスタ１２９とが並列に接続されて構成されてい
る。

【００２３】そして、発電機２０に接続された昇圧用の
コンデンサ１２３、ダイオード１２４，１２５、第１の
スイッチ１２１、第２のスイッチ１２２により倍電圧整
流回路（簡易同期昇圧チョッピング整流回路）２１３５
が構成されている。なお、ダイオード１２４，１２５と
しては、一方向に電流を流す一方向性素子であればよ
く、その種類は問わない。特に、電子制御式機械時計で
は、発電機２０の起電圧が小さいため、ダイオード１２
４，１２５としては降下電圧Ｖｆが小さいショットキー
バリアダイオードを用いることが好ましい。また、ダイ
オード１２４としては、逆リーク電流が小さいシリコン
ダイオードを用いることが好ましい。

【００２４】前記ブレーキ回路は、電源回路（コンデン
サ）２１ａから供給される電力によって駆動される回転
制御装置５０により制御されている。この回転制御装置
５０は、図６に示すように、発振回路５１、ロータの回
転検出回路５３、ブレーキの制御回路５６を備えて構成
されている。

【００２５】発振回路５１は時間標準源である水晶振動
子５１Ａを用いて発振信号を出力し、この発振信号は分
周回路によってある一定周期まで分周され、基準信号ｆ
ｓとして出力されている。回転検出回路５３は、発電機
２０の回転周期に対応して回転検出信号ＦＧ１を出力す
る。

【００２６】制御回路５６は、アップダウンカウンタ等
からなる制動制御装置と、チョッピング信号発生部１８
０とを有している。アップダウンカウンタには、基準信
号ｆｓと、回転検出信号ＦＧ１とが入力され、その位相
差の累積値がアップダウンカウンタから出力される。こ
のアップダウンカウンタからの出力はチョッピング信号
発生部１８０に入力され、チョッピング信号発生部１８
０からの出力ＣＨ３は、第２，４の電界効果型トランジ
スタ１２７,１２９のゲートに入力される。

【００２７】チョッピング信号（チョッピングパルス）
ＣＨ３からＬレベル信号が出力されると、トランジスタ
１２７，１２９はオン状態に維持され、発電機２０がシ
ョートされてブレーキが掛かる。一方、出力ＣＨ３から
Ｈレベル信号が出力されると、トランジスタ１２７，１
２９はオフ状態に維持され、発電機２０にはブレーキが
加わらない。従って、ロータ１２の回転（回転検出信号
ＦＧ１）が基準信号ｆｓよりも早い場合には、デューテ
ィ比（トランジスタ１２７，１２９をオンしている比
率）の大きなチョッピング信号ＣＨ３を出力して発電機
２０に大きなブレーキを加え、基準信号ｆｓよりも遅い
場合には、デューティ比の小さなチョッピング信号ＣＨ
３を出力して発電機２０に加わるブレーキを小さくする
ことで、発電機２０をチョッピングによりブレーキ制御
することができる。

【００２８】このようなチョッピング信号によるブレー
キ制御を行うと、その充電特性およびブレーキ特性は、
チョッピング信号ＣＨ３のデューティ比および周波数に
より、図８，図９に示すようになる。すなわち、チョッ
ピング周波数を、２５，５０，１００，５００，１００
０Ｈｚの５段階に切り替えた際の、スイッチをオンして
いる比率を表すデューティーサイクル（duty）の各値で
のコンデンサの充電電圧（発電電圧）および駆動トルク
（ブレーキトルク）を測定したところ、図８，９に示す
ようになった。なお、発電機２０のロータの回転周波数
は１０Ｈｚに設定した。チョッピング周波数が２５Ｈｚ
の場合を除いて、いずれもが０．８Ｖを上回る電圧を充
電でき、電圧を一定値（０．８Ｖ）以上維持できる。ま
た、チョッピング周波数により、dutyを大きくした時の
駆動トルクの上昇カーブは異なるが、dutyが０．９にな
ると、ほぼ等しい駆動トルクとなることが分かる。従っ
て、特にチョッピング周波数が、５０Ｈｚつまりロータ
の回転周波数の５倍以上あれば、充電電圧を一定値以上
に維持しながら、ブレーキ性能を向上することができ
る。

【００２９】このような本実施形態によれば、以下の効
果を奏することができる。 (1) 動力源となるゼンマイ１ａを超弾性材料であるＮｉ
−Ｔｉ合金で形成しているので、ゼンマイ１ａがある程
度ほどけるまでは、ゼンマイ１ａから供給される機械的
エネルギのトルクカーブの傾きを略水平にすることがで
きる。そのため、機械的エネルギのトルク制御範囲が小
さくなるので、トルク差による制御誤差が生じにくくな
り、電子制御式機械時計の精度を向上させることができ
る。

【００３０】(2) ゼンマイ１ａのトルク制御範囲が小さ
いため、ブレーキ制御範囲の広い高精度の回転制御装置
５０を設ける必要がなく、電子制御式機械時計のコスト
を低下させることもできる。

【００３１】(3) 超弾性材料は弾性率が低く、この超弾
性材料から構成されるゼンマイ１ａを巻き上げた直後の
トルクＴ₂と駆動部である発電機２０および輪列を駆動
させるのに必要なトルクＴ₀との差が小さいため、従来
のように必要以上に大きなトルクが電子制御式機械時計
の駆動部にかからず、これらの駆動部の耐久性を向上す
ることができる。

【００３２】(4) トルクカーブの傾きが小さいゼンマイ
１ａを使用しており、ブレーキトルクが小さくてよいた
め、発電機２０の発電電力を向上することができ、高効
率の発電機２０にすることができる。従って、腕時計の
ような小型の機器において効率のよい発電を行うことが
でき、小型機器への適用に適したものにできる。

【００３３】(5) さらに、本実施形態では、発電機２０
のブレーキ制御をチョッピング信号によって行っている
ので、発電機２０のロータ磁石１２ａを小さくし、磁束
を小さくして、発電電圧が小さくなってしまっても、図
８及び図９の結果からも明らかなように、dutyを大きく
することによって、発電電圧が大きくなるため、必要な
電圧を確保することができる。このため、発電機２０の
ロータ磁石１２ａを小さくできるので、発電機２０にお
ける鉄損を小さくでき、その分、発電効率を向上するこ
とができる。

【００３４】(6) その上、ロータ磁石１２ａが小さくな
ると、ブレーキトルクも小さくなってしまい、従来のゼ
ンマイを使用したのでは、ゼンマイの巻き上げ直後の大
きなトルクを制御できず、指針が進みすぎてしまう。こ
れに対し、本実施形態のような、超弾性材料から構成さ
れるゼンマイ１ａを使用すれば、トルクが略一定であ
り、ゼンマイ１ａを巻き上げた直後のトルクＴ₂と駆動
部である発電機２０、輪列を駆動させるのに必要なトル
クＴ₀との差が小さいため、大きなブレーキトルクをか
ける必要がなく、小さなブレーキトルクによっても確実
に制御することができる。従って、超弾性材料のゼンマ
イ１ａを用いれば、ロータ磁石１２ａを小さくしてduty
を大きくすることで、鉄損を小さくでき、かつ、発電電
圧も一定値以上に維持できるので、持続時間が長く、か
つ、高精度の電子制御式機械時計とすることができる。

【００３５】なお、本発明は前述の実施の形態に限定さ
れるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での
変形、改良等は本発明に含まれるものである。例えば、
前記実施形態では機器を電子制御式機械時計としていた
が、がんぎ車およびアンクル等からなる脱進機とテンプ
等からなる調速機とを備えた機械式時計（メカ時計）に
適用してもよい。この場合も、ゼンマイ１ａのトルク変
動が小さいため、トルク差による制御誤差が生じにくく
なり、従来にくらべて高精度の時計にすることができ
る。また、本発明を適用した時計としては、腕時計に限
らず、置き時計や掛時計等のクロック、懐中時計等の携
帯型時計にも適用できる。

【００３６】また、本発明の機器としては、オルゴール
やメトロノームなどでもよい。例えば、機器をオルゴー
ルとする場合には、輪列の歯車で、回転円板や回転ドラ
ム（シリンダ）を回転させ、この回転ドラムなどに植設
されたピンで振動板を弾いて音を発生させるようにすれ
ばよい。この場合も、トルクカーブの傾きが略水平であ
るゼンマイを使用しているため、回転ドラムなどを一定
速度で高精度に回転させることができ、正確な演奏を長
時間行うことができる。また、本発明をメトロノームに
適用する場合にも、輪列の歯車にメトロノーム音発信車
を付け、その車の回転により、メトロノーム音片を弾い
て周期的なメトロノーム音を発音させるようにすればよ
く、非常に精度の高いメトロノームにすることができ
る。

【００３７】さらに、機器としては、ゼンマイ１ａを動
力源とする車、船、飛行機等の玩具でもよい。例えば、
車の玩具において、本発明のゼンマイ１ａによってタイ
ヤを回転させるようにすれば、何ら制御装置を設けなく
ても、タイヤを一定速度で回転させることができ、安定
した走行を長時間に渡って行うことができる。

【００３８】また、本発明のゼンマイ１ａは、安定した
トルクを長時間与えることができるので、発電機２０の
動力源としても適している。このため、本発明は、電力
によって駆動され、かつ携帯用途などに利用された電源
確保が難しい各種の機器、例えば、携帯型血圧計、携帯
電話機、ページャ、歩数計、電卓、携帯用パーソナルコ
ンピュータ、電子手帳、携帯ラジオ、電気かみそり、電
気駆動のモーターやランプ等を内蔵する玩具等の各種の
機器に適用してもよい。これらの各種機器において、そ
の駆動部の速度制御の精度が必要な場合には、制御装置
を設ける必要があるが、その速度制御をそれほど高くす
る必要がない場合、例えば、ある程度の速度範囲でロー
タが回転して発電が行われていればよい場合には、制御
装置を設けなくてもよい。

【００３９】さらに、ゼンマイ１ａなどの機械的エネル
ギ源からの機械的エネルギを発電機に伝達する機械的エ
ネルギ伝達装置としては、前記各実施形態のような輪列
（歯車）に限らず、摩擦車、ベルト及びプーリ、チェー
ン及びスプロケットホイール、ラック及びピニオン、カ
ムなどを利用したものでもよく、機器の種類などに応じ
て適宜設定すればよい。また、ゼンマイ１ａを構成する
超弾性材料としては、原子％でＮｉが５０．５〜５１．
５、Ｔｉが４９．５〜４８．５であるＮｉ−Ｔｉ合金を
使用したが、この合金組成に限らず、超弾性の特性を示
す合金組成であればよい。さらに、Ｎｉ−Ｔｉ合金にＦ
ｅ、Ｃｒ、Ｖ、Ｐｄ、Ａｌのうち１種類または２種類を
加えたものでゼンマイを構成してもよい。例えば、Ｎｉ
を原子％で４９．５〜５１．５、Ｆｅ等を合計１％以下
含み、残部をＴｉとする合金組成の超弾性材料でゼンマ
イを構成してもよい合金がある。また、超弾性材料とし
ては、Ｎｉ−Ｔｉ系の合金に限らず、銅系や鉄系の合金
等でもよく、超弾性の特性を有する材料であればよい。
ただし、Ｎｉ−Ｔｉ系の合金は、銅系や鉄系の合金に比
べ、強度、耐疲労、耐食性等の点で優れており、ゼンマ
イとして使用するのに適している。

【００４０】

【発明の効果】このような本発明のゼンマイ及びこのゼ
ンマイを用いた機器によれば、トルクの制御範囲が小さ
く、機器の駆動部の耐久性を向上することができるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態にかかる電子制御式機械時
計の要部を示す平面図である。

【図２】図１の要部を示す断面図である。

【図３】図１の要部を示す断面図である。

【図４】前記電子制御式機械時計のゼンマイを示す平面
図である。

【図５】前記ゼンマイを構成する超弾性材料の応力と歪
みとの関係を示すグラフである。

【図６】前記電子制御式機械時計の要部の構成を示すブ
ロック図である。

【図７】前記実施形態の整流回路の構成を示す回路図で
ある。

【図８】チョッピング周波数と充電電圧との関係を示す
グラフである。

【図９】チョッピング周波数と駆動トルクとの関係を示
すグラフである。

【図１０】トルクと巻数との関係を示すグラフである。

【符号の説明】

１香箱車１ａゼンマイ１ｂ香箱歯車２地板３輪列受７二番車８三番車９四番車１０五番車１１六番車１２ロータ１２ａロータ磁石１２ｃロータ慣性円板１３分針１４秒針１５ステータ１６コイルブロック１６ａ磁心１６ｂコイル２０発電機２１整流回路５０回転制御装置５１発振回路５１Ａ水晶振動子５３回転検出回路５６制御回路１２１，１２２スイッチ１２３コンデンサ１２４，１２５ダイオード１２７,１２９電界効果型トランジスタ１８０チョッピング信号発生部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】超弾性材料から構成され、動力源として
用いられることを特徴とするゼンマイ。
【請求項２】請求項１に記載のゼンマイにおいて、前記超弾性材料はＮｉ−Ｔｉ合金または、Ｎｉ−Ｔｉ合
金にＦｅ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｖ、Ｐｄ、Ａｌのうち一種類ま
たは二種類以上を含んだ合金であることを特徴とするゼ
ンマイ。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載のゼンマ
イと、このゼンマイにより駆動可能な駆動部とを有する
ことを特徴とする機器。
【請求項４】請求項３に記載の機器において、前記駆動部の駆動を制御する制御装置を有することを特
徴とする機器。
【請求項５】請求項４に記載の機器において、前記駆動部は、前記ゼンマイから供給される機械的エネ
ルギを伝達する機械的エネルギ伝達装置と、この機械的
エネルギ伝達装置によって伝達された機械的エネルギに
よって駆動され、誘起電力を発生して電気的エネルギを
供給する発電機とを備え、前記制御装置は、前記電気的エネルギにより駆動されて
前記発電機の回転周期を制御する回転制御装置であるこ
とを特徴とする機器。
【請求項６】請求項５に記載の機器において、前記機械的エネルギ伝達装置は輪列により構成され、前記機器は、この輪列に結合された指針を備える電子制
御式機械時計であることを特徴とする機器。