JPWO2019202967A1 - ひげぜんまいおよび調速機 - Google Patents
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Abstract
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。上記ガラスは、さらにCaOを5質量%以上の量で含むことが好ましい。上記ガラスは、さらに、実質的にZnOを含まないことが好ましい。上記ひげぜんまいは、熱膨張率が、3.0×10-6/K以上4.0×10-6/K未満であることが好ましい。【選択図】なし
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。
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。
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。
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)+3αs−2αb] (1)
(1/F)(dF/dT)
=(1/2)[(1/E)(dE/dT)+3αs−2αb] (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)、αsは、ひげぜんまいの熱膨張率、αb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)+3αs−2αb]の値(すなわち[TCY+3αs−2αb]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、αb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αsの値の好適なバランスによって、[TCY+3αs−2αb]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+3αs−2αb]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αsの値のバランスがより好ましくなり、[TCY+3αs−2αb]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、αs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αsの値のバランスがより好ましくなり、[TCY+3αs−2αb]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+3αs−2αb]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。
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、αb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、αb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+3αs−2αb]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。
[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。
[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、HOYA CANDEO OPTRONICS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(αs)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αb=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+3αs−2αb]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+3αs−2αb]=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αs(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αsの値が好適なバランスを有するため、[TCY+3αs−2αb]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、αs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+3αs−2αb]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、αs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+3αs−2αb]の値は好ましい範囲から外れることが分かる。
一方、試料5、6は、αs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+3αs−2αb]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、αs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+3αs−2αb]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。
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
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 (6)
- 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。
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-
2019
- 2019-04-02 WO PCT/JP2019/014570 patent/WO2019202967A1/ja active Application Filing
- 2019-04-02 JP JP2020514055A patent/JP7182616B2/ja active Active
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