JP7182616B2

JP7182616B2 - ひげぜんまいおよび調速機

Info

Publication number: JP7182616B2
Application number: JP2020514055A
Authority: JP
Inventors: 洋輔阿部; 優作仁井田
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2019-04-02
Publication date: 2022-12-02
Anticipated expiration: 2039-04-02
Also published as: JPWO2019202967A1; WO2019202967A1

Description

本発明は、ひげぜんまいおよび調速機に関する。

特許文献１には、ひげぜんまい－てんぷタイプの温度補償型共振器が記載されている。また、上記ひげぜんまいのコアの材料として、溶融石英、ホウケイ酸塩ガラス、アルミノケイ酸塩ガラスを用いてもよいことが記載されている。

特開２０１６－１９１７１１号公報

しかしながら、特許文献１のひげぜんまいを用いた機械式時計は、温度変化に対する歩度の変化が大きい。

そこで、本発明の目的は、機械式時計に用いた際に、温度変化に対する歩度の変化を小さくできるひげぜんまいを提供することにある。

本発明に係るひげぜんまいは、ＳｉＯ₂を６０～７０質量％、Ａｌ₂Ｏ₃を１０～１５質量％の量で含み、実質的にアルカリ金属酸化物を含まないガラスを含む。

本発明に係るひげぜんまいは、機械式時計に用いた際に、温度変化に対する歩度の変化を小さくできる。

図１は、実施形態に係る調速機を説明するための図である。図２は、試料１～１０のガラスについて、温度に対するヤング率の変化を示すグラフである。図３は、試料１～５のガラスを用いたときの温度に対する歩度の変化（予測）を示すグラフである。図４は、実施例１および比較例１の機械式時計について、温度に対する歩度の変化を示すグラフである。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。

＜ひげぜんまい＞
実施形態に係るひげぜんまいは、酸化物換算の質量％表示で、ＳｉＯ₂を６０～７０質量％、Ａｌ₂Ｏ₃を１０～１５質量％の量で含み、実質的にアルカリ金属酸化物を含まないガラスを含む。なお、本明細書において、ガラスの成分量は、電子プローブマイクロアナライザー（EPMA）により定性分析、定量分析を行った結果である。このように、実施形態に係るひげぜんまいは、Ａｌ₂Ｏ₃を含む特定の組成を有するガラス、すなわちアルミノケイ酸塩ガラスの１種により形成される。

アルカリ金属酸化物としては、Ｌｉ₂Ｏ、Ｎａ₂Ｏ、Ｋ₂Ｏ、Ｒｂ₂Ｏ、Ｃｓ₂Ｏ、Ｆｒ₂Ｏが挙げられる。上記ガラスについて、実質的にアルカリ金属酸化物を含まないとは、アルカリ金属酸化物を含まない（０質量％）か、あるいは、アルカリ金属酸化物が含まれていたとしても、これらが合計で２質量％未満の量で含まれていることをいう。また、上記ガラスは、アルカリ金属酸化物を含まないこと、すなわちこれらの合計が０質量％であることがより好ましい。

実施形態に係るひげぜんまいは、特定の組成を有するガラスにより形成されているため、機械式時計に用いた際に、温度変化に対する歩度の変化を小さくできる。すなわち、実施形態に係るひげぜんまいによれば、温度特性に優れる機械式時計が得られる。

実施形態に係るひげぜんまいによって温度特性に優れる機械式時計が得られる理由は、以下のように考えられる。温度特性に優れる機械式時計を得るためには、ひげぜんまいおよびてん輪を有する調速機の固有振動数が温度によって変化しにくいことが求められる。温度（Ｔ）に対する上記固有振動数（Ｆ）の変化（（１／Ｆ）（ｄＦ／ｄＴ））は、下記式（１）で表されることが知られている（たとえば特開平１１－０７１６２５号公報など）。
（１／Ｆ）（ｄＦ／ｄＴ）
＝（１／２）［（１／Ｅ）（ｄＥ／ｄＴ）＋３α_s－２α_b］（１）

式（１）において、Ｅは、ひげぜんまいのヤング率、（１／Ｅ）（ｄＥ／ｄＴ）は、ひげぜんまいのヤング率の温度係数（ＴＣＹ）、α_sは、ひげぜんまいの熱膨張率、α_bは、てん輪の熱膨張率である。

温度に対する上記固有振動数の変化を小さくするためには、［（１／Ｅ）（ｄＥ／ｄＴ）＋３α_s－２α_b］の値（すなわち［ＴＣＹ＋３α_s－２α_b］の値）を０に近づけることが好ましい。金属材料により形成されたてん輪を使用する場合、α_bは、通常１０×１０^-6／Ｋ～２０×１０^-6／Ｋの範囲であることが多い。この場合に、上記特定の組成を有するガラスを用いると、ＴＣＹおよびα_sの値の好適なバランスによって、［ＴＣＹ＋３α_s－２α_b］の値を０に近づけられる。したがって、上記特定の組成を有するガラスで形成されたひげぜんまいによれば、温度特性に優れる機械式時計が得られると考えられる。

機械式時計の実用上、－８～＋３８℃の環境下で、歩度±１０ｓ／ｄａｙの範囲であることが好ましく、好ましくは±９ｓ／ｄａｙの範囲であることがより好ましい。これを実現するために、具体的には、１／２［ＴＣＹ＋３α_s－２α_b］の値は－７×１０^-6～＋７×１０^-6の範囲にあることが好ましい。この範囲は、上記特定の組成を有するガラスを用いることにより、通常達成可能である。

また、上記ガラスには、上述のように、特定の量でＡｌ₂Ｏ₃が含まれているため、強度を失わずに、温度変化に対するヤング率の変化を好ましい範囲で緩和できる。また、アルカリ金属元素は、ガラス中のＳｉ－Ｏ間の結合を阻害し、ＳｉＯ₂の特性を大きく損なうことがある。このため、アルカリ金属元素を含むガラスでは、温度変化に対するヤング率の変化が大きくなりすぎるおそれがある。上記ガラスは実質的にアルカリ金属酸化物を含まないため、このような懸念が回避できる。さらに、実施形態に係るひげぜんまいは、非磁性体であるガラスによって形成されているため、磁場による影響を受けにくい利点がある。

実施形態に係るひげぜんまいを構成するガラスは、さらにＣａＯを５質量％以上の量で含むことが好ましく、５～１５質量％の量で含むことがより好ましい。ＣａＯが上記の量で含まれていると、得られた機械式時計において温度特性をより向上できる。これは、ＣａＯが上記の量で含まれていると、ＴＣＹおよびα_sの値のバランスがより好ましくなり、［ＴＣＹ＋３α_s－２α_b］の値をより０に近づけられるためと考えられる。具体的には、α_sの値をより好ましい範囲に調整できるためと考えられる。

実施形態に係るひげぜんまいを構成するガラスは、さらに、実質的にＺｎＯを含まないことが好ましい。上記ガラスについて、実質的にＺｎＯを含まないとは、ＺｎＯを含まない（０質量％）か、あるいは、ＺｎＯが含まれていたとしても、５質量％以下の量で含まれていることをいう。実質的にＺｎＯを含まない場合、得られた機械式時計において温度特性をより向上できる。これは、ＴＣＹおよびα_sの値のバランスがより好ましくなり、［ＴＣＹ＋３α_s－２α_b］の値をより０に近づけられるためと考えられる。

上記ガラスは、さらにＢ₂Ｏ₃、ＭｇＯ、ＣａＯ、ＺｒＯ₂、またはＢａＯを含んでいてもよい。

上記ガラスは、熱膨張率が、３．０×１０^-6／Ｋ以上４．０×１０^-6／Ｋ未満である。本明細書において、熱膨張率は、線膨張率を意味する。上記ガラスは、特定の組成を有するため、熱膨張率は、通常上記範囲にある。また、熱膨張率が上記範囲にあると、［ＴＣＹ＋３α_s－２α_b］の値を０に近づけられる。

実施形態に係るひげぜんまいは、たとえば、型を作製し、そこに溶融したガラスを流し込み、固めた後、型を除去して製造することができる。また、レーザー加工によって製造してもよい。

実施形態に係るひげぜんまいは、具体的には渦巻き状に巻かれた薄板ばねである。実施形態に係るひげぜんまいは、たとえば厚さ７０～２５０μｍ、幅３０～１００μｍ、長さ１０００００～２０００００μｍの長尺物が渦巻き状に巻かれた形状を有する。

＜調速機＞
図１は、実施形態に係る調速機を説明するための図である。調速機１０は、上述したひげぜんまい１と、てん輪２とを有する。ひげぜんまい１は、上述のように渦巻き状に巻かれた薄板ばねである。ひげぜんまい１は、内側の端部が、中心軸周りに回転自在とされたてん真３に接合され、外側の端部４が、時計のムーブメントのてんぷ受けに固定されている。てん輪２は、アーム部５とリム部６とを有しており、てん真３に固定されている。このような調速機１０は、通常機械式時計に用いられる。この機械式時計では、ひげぜんまい１の働きにより、アンクルから伝達される反復運動を一定の規則正しい振動周期にして、てん輪２の回転を調整する。

ひげぜんまい１は、上記特定の組成を有するガラスによって形成されているため、機械式時計において、温度変化に対する歩度の変化を小さくできる。

また、てん輪２は、通常金属材料により形成されている。金属材料としては、銅、ベリリウム銅、真鍮などの銅合金、ステンレス鋼が挙げられる。金属材料により形成されたてん輪では、α_bは、通常１０×１０^-6／Ｋ～２０×１０^-6／Ｋの範囲であることが多い。具体的には、α_bは、銅では１６．６×１０^-6／Ｋ、真鍮では２０×１０^-6／Ｋ、銅合金では１６×１０^-6／Ｋ～２０×１０^-6／Ｋである。ひげぜんまい１は、このような金属材料、特に銅または銅合金により形成されたてん輪２と組み合わせると、得られた機械式時計において温度特性をより向上できる。これは、［ＴＣＹ＋３α_s－２α_b］の値をより０に近づけられるためと考えられる。

上述のように、調速機１０は、通常機械式時計に用いられる。この機械式時計は、携帯用時計であっても、置時計であってもよい。携帯用時計としては、腕時計、懐中時計が挙げられる。

以上より、本発明は以下の［１］～［６］に関する。
［１］ＳｉＯ₂を６０～７０質量％、Ａｌ₂Ｏ₃を１０～１５質量％の量で含み、実質的にアルカリ金属酸化物を含まないガラスを含む、ひげぜんまい。
［２］上記ガラスが、さらにＣａＯを５質量％以上の量で含む、上記［１］に記載のひげぜんまい。
［３］上記ガラスが、さらに、実質的にＺｎＯを含まない、上記［１］または［２］に記載のひげぜんまい。
［４］上記ガラスは、熱膨張率が、３．０×１０^-6／Ｋ以上4．０×１０^-6／Ｋ未満である、上記［１］～［３］のいずれか１項に記載のひげぜんまい。
［５］上記［１］～［４］のいずれか１つに記載のひげぜんまいと、てん輪とを有する、調速機。
［６］上記てん輪は、銅または銅合金により形成されている、上記［５］に記載の調速機。
上記［１］～［６］に記載のひげぜんまいまたは調速機を用いた機械式時計では、温度変化に対する歩度の変化を小さくできる。

以下、実施例に基づいて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

［実施例］
［試料１～１０］
以下の試料１～１０のガラスについて評価を行った。表１に、試料１～１０のガラスの化学組成を示す。

なお、試料１のガラスは、コーニング社製の「Ｗｉｌｌｏｗ」、試料２のガラスは、日本電気硝子株式会社製の「ＯＡ－１０」、試料３のガラスは、ショット社製の「ＡＦ３２」、試料４のガラスは、日本電気硝子株式会社製の「ＺＥＲＯ」、試料５のガラスは、ＨＯＹＡＣＡＮＤＥＯＯＰＴＲＯＮＩＣＳ株式会社製の「ＳＤ２」、試料６のガラスは、旭硝子株式会社製の「ＳＷ－Ｙ」、試料７のガラスは、ショット社製の「Ｄ２６３」、試料８のガラスは、ショット社製の「Ｔｅｍｐａｘ」、試料９のガラスは、ショット社製の「Ｂ２７０」、試料１０のガラスは、石英ガラスである（以上、商品名、登録商標を含む。）。

試料１～１０のガラスについて、ヤング率測定を行った。具体的には、動的試験方法である共振法で測定した。この結果を図２に示す。すなわち、図２は、試料１～１０のガラスについて、温度に対するヤング率の変化を示すグラフである。なお、縦軸は、２３℃のときのヤング率の値を１として表したヤング率比（－）を示している。

試料１～１０のガラスについて、ヤング率測定の結果を用いてヤング率の温度係数（ＴＣＹ）を計算した。表２に、試料１～１０のガラスのＴＣＹを示す。また、熱膨張率（α_s）についても合わせて示す。

ここで、ガラスにより形成したひげぜんまいを真鍮のてん輪（熱膨張率α_b＝２０×１０^-6／Ｋ）と組み合わせる場合について検討する。この場合において、１／２［ＴＣＹ＋３α_s－２α_b］の値が－７×１０^-6～＋７×１０^-6の範囲に入るようにするためのＴＣＹの範囲（ＴＣＹの最大値および最小値）を計算した。また、［ＴＣＹ＋３α_s－２α_b］＝０となるＴＣＹの理想値も求めた。これらの計算は、ひげぜんまいの熱膨張率α_s（ガラスの熱膨張率）が、０、３、４、９のときについて行った。この結果を表３に示す。

表２、表３より、上述した特定の組成を有するガラス（試料１～３）によって形成したひげぜんまいを用いると、ＴＣＹおよびα_sの値が好適なバランスを有するため、［ＴＣＹ＋３α_s－２α_b］の値を好ましい範囲にできることが分かる。
一方、試料５、６は、α_sの値は試料１～３と同程度であっても、上述した特定の組成を有していない。この場合は、［ＴＣＹ＋３α_s－２α_b］の値も好ましい範囲から外れることが分かる。さらに、試料４、９、１０は、α_sの値は試料１～３と大きく異なっており、また、上述した特定の組成も有していない。この場合も、［ＴＣＹ＋３α_s－２α_b］の値は好ましい範囲から外れることが分かる。

次に、試料１～５のガラスにより形成したひげぜんまいと真鍮のてん輪とを組み合わせて機械式時計を組み立てた場合について、上記で求めたＴＣＹを用いて温度特性を予測した。この結果を図３に示す。すなわち、図３は、試料１～５のガラスを用いたときの温度に対する歩度の変化（予測）を示すグラフである。試料１～３のガラスによれば、機械式時計を組み立てた場合に、－８～＋３８℃の環境下で、歩度±９ｓ／ｄの範囲を達成可能であることが分かる。

［実施例１、比較例１］
試料１のガラスからひげぜんまいを作製した。このひげぜんまいと真鍮のてん輪とを用いて、機械式時計を作製した（実施例１）。
また、試料８のガラスからひげぜんまいを作製した。このひげぜんまいと真鍮のてん輪とを用いて、機械式時計を作製した（比較例１）。
実施例１および比較例１の機械式時計を用いて、温度特性を測定した。図４は、実施例１および比較例１の機械式時計について、温度に対する歩度の変化を示すグラフである。上述した特定の組成を有するガラス（試料１）によれば、機械式時計を組み立てた場合に、－８～＋３８℃の環境下で、歩度±９ｓ／ｄの範囲を達成可能であることが分かる。

１０調速機
１ひげぜんまい
２てん輪
３てん真
４外側の端部
５アーム部
６リム部

Claims

ＳｉＯ₂を６０～７０質量％、Ａｌ₂Ｏ₃を１０～１５質量％の量で含み、実質的にアルカリ金属酸化物を含まないガラスを含む、ひげぜんまい。
前記ガラスが、さらにＣａＯを５質量％以上の量で含む、請求項１に記載のひげぜんまい。
前記ガラスが、さらに、実質的にＺｎＯを含まない、請求項１または２に記載のひげぜんまい。
前記ガラスは、熱膨張率が、３．０×１０^-6／Ｋ以上４．０×１０^-6／Ｋ未満である、請求項１～３のいずれか１項に記載のひげぜんまい。
請求項１～４のいずれか１項に記載のひげぜんまいと、てん輪とを有する、調速機。
前記てん輪は、銅または銅合金により形成されている、請求項５に記載の調速機。