JP4450080B2 - 腕時計用歯車及び腕時計用歯車の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、小型の腕時計用歯車及びこの腕時計用歯車を製造する方法に関する。

輪列機構を備えた電子制御式機械腕時計として、例えば特許文献１の装置が知られている。
この特許文献１の輪列機構は、機械的エネルギを蓄えるためにゼンマイを内蔵した香箱車と、ゼンマイの機械的エネルギを発電機のロータに伝達するために直列に噛合した二番車〜六番車の歯車を備えており、香箱車の回転は二番車に伝達され、二番車の回転は増速されて三番車に伝達され、この三番車の回転がさらに増速されて四番車から六番車を介してロータに伝達されていくようになっている。

二番車〜六番車は、互いに同軸に形成されて回転軸とされるカナ及び軸部材と、軸部材の外周に一体化されたカナより大径な歯部とからなる部品で構成されており、例えば、カナ及び軸部材は棒状部材を旋盤等で切削して形成され、歯部は板状部材の中心位置に固定孔を設けながら切削またはパンチプレス等によって円盤状に形成されている。そして、歯割り加工によってカナ及び歯部の歯を削り出した後、固定孔に軸部材を貫通して固定することで各番車が形成されている。

ところで、上記輪列機構では、香箱車の回転を増速して伝達する二番車の二番歯部と三番車の三番カナの噛み合い部分に、他の番車の噛み合い部分と比較して最も大きな噛み合い応力が作用する。
このため、特許文献１では、腕時計の耐久性、信頼性を高めるために、高硬度の性質（耐摩耗性）を有する結晶金属を材料として二番車及び三番車を形成し、或いは、結晶金属の母材に硬化処理を施すことで高硬度の二、三番車を形成している。
特開２００２−３２３１１４号公報（図１〜図４）

しかし、高硬度の性質を必要とする部位は、二番車の二番歯部と三番車の三番カナであり、二番車及び三番車の全体を高硬度の結晶金属で形成し、或いは、二番車及び三番車の全体を硬化処理すると、歯車の製造コストの面で問題がある。
また、高硬度の結晶金属を材料として二番車及び三番車を形成すると、切削加工、歯割り加工に多くの時間が費やされ、製造効率が低下するという問題もある。

そこで、本発明は、上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、噛み合いによって応力が大きくなる部位だけ耐摩耗性とすることで製造コストの低減化を図り、製造効率も向上させることができる腕時計用歯車及び腕時計用歯車の製造方法を提供することを目的としている。

特定の金属材料を主成分とし所定の条件を満たす元素を含む材料を混合した原材料を、溶融状態から極めて急速に冷却すると、結晶が形成される前のランダムな非晶質状態の合金が形成される場合がある。このような合金は、所定の温度領域においてガラスの性質を有することから、「金属ガラス合金」と呼ばれている。この金属ガラス合金は、高強度、低ヤング率、高耐食性の特性を備えているので、歯車のような各種の機械部品を構成する材料として好適である。

上記目的を達成するために、本発明の請求項１記載の腕時計用歯車は、互いに同軸に一体形成されたカナ及び軸部と、当該軸部の外周に一体形成されカナより大径な歯部とを備えた腕時計用歯車において、他の歯車との噛み合いによって応力が加わる部位を金属ガラス合金で形成し、部位以外を結晶金属で形成した。
これにより、噛み合いによって応力が大きくなる部位のみの耐摩耗性が高まるので、歯車全体の耐摩耗性を高めるために高硬度の結晶金属を使用したり、結晶金属の母材に硬化処理を施したりする従来の構造と比較して腕時計用歯車を低コストで製造することができる。

本発明の請求項２記載の腕時計用歯車は、歯部を金属ガラス合金で形成し、カナ及び軸部を結晶金属で形成する。
これにより、腕時計用歯車の歯部の耐摩耗性を高めることができる。
本発明の請求項３記載の腕時計用歯車は、歯部の歯が形成されている外周部を金属ガラス合金で形成し、歯部の内周部、カナ及び軸部を結晶金属で形成する。

これにより、腕時計用歯車の歯部の耐摩耗性を高めることができるとともに、歯部の内周部は結晶金属で形成したので、腕時計用歯車をさらに低コストで製造することができる。
本発明の請求項４記載の腕時計用歯車は、カナ及び軸部を金属ガラス合金で形成し、歯部を結晶金属で形成する。

これにより、腕時計用歯車のカナ及び軸部の耐摩耗性を高めることができる。
本発明の請求項５記載の腕時計用歯車は、軸部の一部を金属ガラス合金で形成し、軸部の一部以外、カナ及び歯部を結晶金属で形成する。
これにより、腕時計用歯車の軸部の一部、例えば軸受部に接触する部位の耐摩耗性を高めることができる。

本発明の請求項６記載の腕時計用歯車は、歯部の軸中心に結合孔が形成され、軸部の外周に結合孔に内嵌して結合する結合部が形成されているとともに、結合孔及び結合部を同一形状の多角形状、或いは楕円形状として、互いの内周面及び外周面の全周が当接するようにした。
これにより、外部から腕時計用歯車に作用する高トルクに対して歯部及び軸部の固着力を高めることができる。

本発明の請求項７記載の発明は、請求項１乃至６の何れか１項に記載の腕時計用歯車において、金属ガラス合金を、Ｚｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基を組成とした金属ガラス合金とした。
これにより、噛み合いによって応力が大きくなる部位のみの耐摩耗性が高まるとともに、Ｚｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基を組成とした金属ガラス合金は高強度、高靱性にも優れた機械的特性を備えているので、歯車の耐久性を高めることができる。

一方、本発明の請求項８記載の発明は、請求項１乃至７の何れか１項に記載の腕時計用歯車を製造する方法において、成形型内に、結晶金属で形成した歯車の所定の部位を配置しておき、成形型内に設けたキャビティに金属ガラス合金となる溶湯を充填し、キャビティ内の溶湯を冷却・固化させて成形された金属ガラス合金の成形体を、歯車の残りの部位として結晶金属で形成した歯車の所定の部位と一体化させる。

これにより、結晶金属と金属ガラス合金とからなる複合金属製の歯車を容易に製造することができる。
また、請求項９記載の発明は、請求項８記載の腕時計用歯車を製造する方法において、結晶金属を、熱電導性の高い材料とする。
これにより、キャビティ内に充填された溶湯は熱電導性の高い結晶金属に接触して冷却速度が早くなるので、高品質の金属ガラス合金からなる部位を形成することができる。

また、請求項１０記載の発明は、請求項８又は９記載の腕時計用歯車を製造する方法において、成形型は、相対的に型閉め型開き自在に設けられた第１の型及び第２の型と、当該第１及び第２の型の型閉め状態において両型間に設けたキャビティと、第２の型内に形成され、溶湯をキャビティ内に供給するゲート部とを備えており、ゲート部のキャビティに開口する開口面積を７５００〜７５０００μｍ²とし、且つ、第１の型と成形体との間の固着力が、第２の型と成形体との間の固着力より大きく設定され、成形体を成形した後、第１及び第２の型の型開き状態において、成形体が第１の型側に固着するとともに、成形体がゲート部で破断して第２の型側から離脱するようにしている。

これにより、成形した金属ガラス合金の部位から不要部を簡単、且つ確実に除去することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下、実施形態という。）を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本発明に係る電子制御式機械腕時計の実施形態の輪列機構を示す平面図であり、図２及び図３は輪列機構の要部を断面で示した図である。
本発明に係る電子制御式機械腕時計には、ゼンマイ１Ａの機械的エネルギを発電機２に伝達する輪列機構３が設けられている。

輪列機構３は、香箱車１、二番車５、三番車６、四番車７、五番車８及び六番車９とで構成されている。
香箱車１は、図２に示すように、機械的エネルギを蓄えたゼンマイ１Ａにより回転駆動される香箱歯車１Ｂと、ゼンマイ１Ａを巻き上げるための香箱真１Ｃと、香箱蓋１Ｄとで構成されている。ゼンマイ１Ａは、外端が香箱歯車１Ｂ、内端が香箱真１Ｃに固定されている。香箱真１Ｃは、対向配置された地板１０と輪列受１１との間に、回転可能に支持されている。香箱真１Ｃには、角穴車１２が角穴ネジ１３によって固定されており、香箱真１Ｃと角穴車１２が一体的に回転するようになっている。そして、図示しないリューズによって、角穴車１２を時計方向に回転させることで、香箱真１Ｃによってゼンマイ１Ａを巻き上げることができるようになっている。なお、角穴車１２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１４と噛み合っている。

ゼンマイ１Ａによって回転駆動される香箱歯車１Ｂの回転は、二番車５へ伝達された後、増速されて三番車６へ、さらに順次増速されて四番車７、五番車８、六番車９及び発電機２の後述するロータ１８へと伝達される。ここで、二番車５には筒カナ１５を介して分針１６が固定され、四番車７には秒針１７が固定されている。
発電機２は、ロータ１８、ステータ１９、第１コイルブロック２０及び第２コイルブロック２１を備えている。ロータ１８は、その回転軸に貫通されたロータ磁石１８Ａ、ロータカナ１８Ｂ及びロータ慣性円板１８Ｃを有している。このうち、ロータ慣性円板１８Ｃは、香箱車１からの駆動トルク変動に対しロータ１８の回転速度変動を少なくするために設けられている。

ステータ１９は、ロータ１８のロータ磁石１８Ａとともに、発電機２の磁気回路を形成するものである。ステータ１９には、第１及び第２コイルブロック２０，２１がそれぞれ巻回された磁心２０Ａ，２１Ａが設けられている。これらの磁心２０Ａ，２１Ａは、ＰＣパーマロイ等の高透磁率を有する軟磁性体製であり、ネジ２２によって互いに連結されている。これにより、ロータ磁石１８Ａが回転すると、このロータ磁石１８Ａの回転に応じた誘導起電圧が第１、第２コイルブロック２０，２１の両端にそれぞれ発生し、発電機２から電気エネルギが得られるようになっている。なお、このような構成を有する発電機２は、ゼンマイ１Ａからの機械エネルギを電気エネルギに変換する他に、ロータ１８の回転速度を調整する調速機としての役割も兼ねており、この発電機２で発生した電気エネルギを用いてロータ１８の回転速度を調整している。

二番車５、三番車６、四番車７、五番車８及び六番車９は、略同様な構成を有しており、それぞれ回転軸とされるとともに、二番カナ（筒カナ）５１Ａ、三番カナ６１Ａ、四番カナ７１Ａ、五番カナ８１Ａ、六番カナ９１Ａがそれぞれ一体に形成された二番軸部５１、三番軸部６１、四番軸部７１、五番軸部８１及び六番軸部９１と、各軸部５１〜９１に一体化され、且つ各カナ５１Ａ〜９１Ａよりも直径が大きい円盤形状の二番歯部５２、三番歯部６２、四番歯部７２、五番歯部８２及び六番歯部９２とで構成されている。

そして、香箱車１の香箱歯車１Ｂに二番車５の二番カナ５１Ａが噛み合い、二番車５の二番歯部５２に三番車６の三番カナ６１Ａが噛み合い、三番車６の三番歯部６２に四番車７の四番カナ７１Ａが噛み合い、四番車７の四番歯部７２に五番車８の五番カナ８１Ａが噛み合い、五番車８の五番歯部８２に六番車９の六番カナ９１Ａが噛み合い、六番車９の六番歯部９２にロータ１８のロータカナ１８Ｂが噛み合っている。

次に、図４及び図５は二番車５の構造を詳細に示した図である。二番車５は、二番カナ５１Ａを設けた二番軸部５１が結晶金属で形成されており、この二番軸部５１に、金属ガラス合金からなる二番歯部５２が一体に形成されている。結晶金属は、結晶粒同士の境界である結晶粒界や、結晶粒内の原子レベルでの位置ズレである転位等の不連続部位が存在する。これに対して、金属ガラス合金は、その原子配列がランダムであり、結晶粒界や転位等の不連続部位が実質的に存在しない金属材料であり、本実施形態では、具体的には耐摩耗性に優れたＺｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基等を組成とした金属ガラス合金が使用されている。

結晶金属からなる二番軸部５１は、支持孔５１Ｂを設けた筒部材の外周を切削加工することで二番カナ５１Ａ及び他の外周部位が形成されているとともに、図５にも示すように、二番歯部５２が結合する結合部５１Ｃの外周は、四角形状に形成されている。なお、支持孔５１Ｂは、四番車７の四番カナ７１Ａ以外の四番軸部７１を回転自在に支持する。
金属ガラス合金からなる二番歯部５２は、図５にも示すように、円盤形状の外周に歯５２Ａが連続して形成されているとともに、中心位置が二番軸部５１の四角形状の結合部５１Ｃの外周全域を囲んで一体に形成されている。

したがって、上記構成の二番車５によると、Ｚｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基等を組成とした金属ガラス合金からなる二番歯部５２の硬さはＨｖ＝１０００程度となり、鋼からなる結晶金属（Ｈｖ＝７００）と比較して非常に高くなる。したがって、三番車６の三番カナ６１Ａと噛み合う際の二番歯部５２の耐摩耗性を向上させることができる。
また、Ｚｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基等を組成とした金属ガラス合金は高強度、高靱性にも優れた機械的特性を備えているので、二番歯部５２の耐久性も高めることができる。

また、二番軸部５１の結合部５１Ｃの外周は四角形状に形成され、この結合部５１Ｃの外周に二番歯部５２が結合部５１Ｃの外周全域を囲んで一体に形成されているので、外部から作用する高トルクに対して二番軸部５１及び二番歯部５２の固着力を高めることができる。
また、二番車５全体に耐摩耗性を高める構造とするのではなく、大きな噛み合い応力が作用する部分（二番歯部５２）のみの耐摩耗性を高めた構成としているので、二番車５を低コストで製造することができる。

なお、二番軸部５１の結合部５１Ｃの外周は四角形状に限らず、真円形状以外の楕円形状、多角形状であってもよい。
一方、図６及び図７は三番車６の構造を詳細に示した図である。三番車６は、三番カナ６１Ａを設けた三番軸部６１が金属ガラス合金で形成されており、この三番軸部６１に、結晶金属からなる三番歯部６２が一体に形成されている。

結晶金属からなる三番歯部６２は、図７にも示すように、円盤形状の外周に歯６２Ａが連続して形成されているとともに、中心位置に四角形状の結合孔６２Ｂが形成されている。なお、符号６２Ｃは、三番歯部６２の表裏に連通する連通孔である。
金属ガラス合金からなる三番軸部６１は、前述した二番車５の二番歯部５２と同様に、Ｚｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基等を組成とした金属ガラス合金を材料としている。

そして、三番軸部６１は、三番カナ６１Ａの両端部に軸６１Ｂが形成されているとともに、三番歯部６２の四角形状の結合孔６２Ｂの内周全域に囲まれて一体に形成されている。
したがって、上記構成の三番車６によると、Ｚｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基等を組成とした金属ガラス合金からなる三番軸部６１の硬さはＨｖ＝１０００程度となり、鋼からなる結晶金属（Ｈｖ＝７００）と比較して非常に高くなる。したがって、二番車５の二番歯部５２と噛み合う際の三番カナ６１Ａの耐摩耗性を向上させることができる。

また、Ｚｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基等を組成とした金属ガラス合金は高強度、高靱性にも優れた機械的特性を備えているので、三番カナ６１Ａの耐久性も高めることができる。
また、三番歯部６２の結合孔６２Ｂは四角形状に形成され、この結合孔６２Ｂの内周全域に囲まれて三番軸部６１が一体に形成されているので、外部から作用する高トルクに対して三番軸部６１及び三番歯部６２の固着力を高めることができる。

また、三番車６全体に耐摩耗性を高める構造とするのではなく、大きな噛み合い応力が作用する部分（三番カナ６１Ａ）のみの耐摩耗性を高めた構成としているので、三番車６を低コストで製造することができる。
三番歯部６２の結合孔６２Ｂの内周は四角形状に限らず、真円形状以外の楕円形状、多角形状であってもよい。

ここで、図１から図３で示した輪列機構３を備えた腕時計は、香箱車１の回転を増速して伝達する二番車５の二番歯部５２と三番車６の三番カナ６１Ａの噛み合い部分に、他の番車の噛み合い部分と比較して最も大きな噛み合い応力が作用する。
これに対して、本実施形態は前述したように二番車５の二番歯部５２及び三番車６の三番カナ６１ＡをＺｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基等を組成とした金属ガラス合金で形成し、互いに噛み合う二番歯部５２及び三番カナ６１Ａの間に生じる摩耗量を小さくし、輪列機構３の耐摩耗性を向上させているので、腕時計の耐久性、信頼性を向上させることができる。

また、Ｚｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基等を組成とした金属ガラス合金は高強度、高靱性にも優れた機械的特性を備えているので、本実施形態の腕時計の耐久性、信頼性をさらに向上させることができる。
さらに、二番車５及び三番車６の大きな噛み合い応力が作用する部分（二番歯部５２及び三番カナ６１Ａ）のみの耐摩耗性を高めた構成とし、二番車５及び三番車６の低コスト化を図っているので、腕時計の製造コストの低減化も図ることができる。

次に、図８は、図４及び図５で示したものと異なる構成の二番車５を示すものである。なお、図４及び図５と同一構成部分には同一符号を付してその説明を省略する。
本実施形態の二番車５は、結晶金属からなる二番軸部５１に一体化されている二番歯部２５を、結晶金属からなる歯部内径部２５ａと、この歯部内径部２５ａの外周に円環状に一体化され、最外周に歯２６が連続して形成されている金属ガラス合金からなる歯部外周部２５ｂとで構成している。

歯部外周部２５ｂは、上述した実施形態と同様に、耐摩耗性に優れたＺｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基等を組成とした金属ガラス合金で形成されている。
本実施形態の二番車５によると、Ｚｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基等を組成とした金属ガラス合金からなる歯部外周部２５ｂの硬度が非常に高くなるので、三番車６の三番カナ６１Ａと噛み合う際の二番歯部２５の耐摩耗性を向上させることができる。

また、図４及び図５で示した二番車５と比較して少量の金属ガラス合金を使用して二番歯部２５を形成しているので、材料コストの低減化を図ることができる。
また、図９は、輪列機構３を構成する何れかの歯車（所定の番車）の軸受け構造を示すものである。
本実施形態の歯車の軸部２７は、結晶金属で形成した軸本体２７ａと、この軸本体２７ａの端部外周に一体に形成された金属ガラス合金からなる筒状の軸補強部２７ｂとで構成され、軸補強部２７ｂが軸受部２８に接触することで軸部２７の端部が軸受部２８に回転自在に支持されている。

軸補強部２７ｂは、上述した実施形態と同様に、耐摩耗性に優れたＺｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基等を組成とした金属ガラス合金で形成されている。
本実施形態によると、Ｚｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基等を組成とした金属ガラス合金からなる軸補強部２７ｂの硬度が非常に高くなるので、軸部２７の耐摩耗性を向上させることができる。

なお、本発明に係る腕時計用歯車は、図４から図９に示した実施形態に限るものではなく、歯部の噛み合いによって応力が加わる部位を金属ガラス合金で形成して耐摩耗性を向上させることを特徴としており、例えば図６及び図７では三番軸部６１全体を金属ガラス合金で形成したが、三番カナ６１Ａを金属ガラス合金で形成し、三番カナ６１Ａ以外の三番軸部６１を結晶金属で形成してもよい。

次に、図４及び図５で示した二番車５の製造方法について図１０及び図１１を参照して説明する。
二番車５は、図１０に示すように、相対的に型閉め型開き自在に設けられた第１プレート３１、第２プレート３２及び第３プレート３３を有する成形型３０を使用し、結晶金属からなる二番軸部５１を配置した成形型３０内に金属ガラス合金からなる溶融材料を充填することでインサート形成される。

二番軸部５１は、熱電導性の高い真鍮、Ｃｕを含有した結晶金属、鋼等の結晶金属で形成されている。また、この二番軸部５１の四角形状とした結合部５１Ｃの外周面は、放電仕上げ、ブラスト加工、切削荒仕上げ等により粗い面として形成されている。
第１〜第３プレート３１〜３３は、例えば耐熱鋼、超硬合金で形成されており、第１プレート３１には、二番軸部５１の二番カナ５１Ａを含み一方の端部５１ａ側の外周を囲む軸部収納凹部３１ａが形成されている。また、第２プレート３２には、外周四角形状の結合部５１Ｃを除いて二番軸部５１の他方の端部５１ｂ側の外周を囲む軸部収納凹部３２ａが形成されている。

そして、第１及び第２プレート３１，３２の間のパーティング面３７には、形成すべき二番歯部５２と同形状の空間をなし、二番軸部５１の結合部５１Ｃの外周面を囲繞するキャビティ３４が形成されている。また、このキャビティ３４を形成している第１及び第２プレート３１，３２の内壁面は、第１プレート３１の内壁面の面積が第２プレート３２の内壁面の面積より大きく設定されている。

第２プレート３２には、出口がキャビティ３４に対して下部から開口し、上下方向に沿って形成されたゲート部３５と、このゲート部３５の出口と反対側の端部に連続し、ゲート部３５よりも横断面積の面積が大きいランナー部３６とが形成されている。ゲート部３５の内周面は、図１１に示すように円筒形状とされ、その横断面の面積は７５００〜７５０００μｍ²程度と非常に小さな横断面に形成されている。また、ランナー部３６の内周面は、ゲート部３５に向かうに従い徐々に縮径したテーパ形状とされ、このテーパ形状の内周面の抜きテーパの角度は、１０〜３０°程度に設定されている。
また、第３プレート３３には、図示しないが、ランナー部３６に連通するスプルー部が連結されており、このスプルー部に、溶融した金属ガラス合金を供給する供給源（不図示）が連結されている。

次に、上記構成の成形型３０を用いて二番車５を製造する手順について説明する。
先ず、軸部収納凹部３１ａ，３２ａ内に二番軸部５１を配置した状態で成形型３０を型閉め状態とする。そして、減圧手段（不図示）により、キャビティ３４内部を減圧する。
次いで、Ｚｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基等を組成とした金属ガラス合金を所定温度に加熱して溶湯を生成し、供給源からスプルー部、ランナー部３６、ゲート部３５を介してキャビティ３４に溶湯を射出する。

キャビティ３４内に射出された溶湯は、キャビティ３４を画成する第１及び第２プレート３１，３２の内壁面及び熱電導性の高い結晶金属からなる二番軸部５１の結合部５１Ｃに接触することにより急速に冷却される。溶湯中にランダムに存在している各原子は、そのランダムな配置を保存した状態で固化に至る。その結果、キャビティ３４内の溶湯は、原子がランダムに配置した金属ガラス合金となり、外周が二番歯部５２の歯５２Ａと同形状とされ、中心部が二番軸部５１の四角形状の結合部５１Ｃの外周面に一体化された円盤形状の金属ガラス合金からなる二番歯部５２として形成される。

次いで、第１プレート３１に対して第２プレート３２及び第３プレート３３を下方に移動させる。この際、第１プレート３１と第２プレート３２の間のパーティング面３７が開くと、キャビティ３４を形成している第１及び第２プレート３１，３２の内壁面は、第１プレート３１の内壁面の面積が第２プレート３２の内壁面の面積より大きく設定されているので、キャビティ３４内に成形された二番歯部５２が第１プレート３１側に固着した状態となる。そして、第２プレート３２が下方に移動すると、ゲート部３５に存在する金属ガラス合金が、テーパ形状のランナー部３６に存在する金属ガラス合金から引張応力が作用して破断し、二番歯部５２から金属ガラス合金の不要部（ゲート部３５に存在していた金属ガラス合金）が除去される。これにより、結晶金属からなる二番軸部５１と金属ガラス合金からなる二番歯部５２とが一体に形成された二番車５が製造される。

したがって、上述した製造方法によると、結晶金属と金属ガラス合金とからなる複合金属の二番車５を容易に製造することができる。
また、二番軸部５１を熱電導性の高い結晶金属で形成したことで、キャビティ３４内に射出された溶湯は二番軸部５１の結合部５１Ｃに接触して冷却速度が早くなるので、高品質の金属ガラス合金からなる二番歯部５２を形成することができる。

また、二番軸部５１の四角形状とした結合部５１Ｃの外周面は、放電仕上げ、ブラスト加工、切削荒仕上げ等により粗い面として形成されているので、この結合部５１Ｃの外周全域を囲んで一体に形成された金属ガラス合金からなる二番歯部５２とのアンカー効果を高めることができる。
さらに、第２プレート３２に形成したゲート部３５の横断面の断面を非常に狭くし、しかも、キャビティ３４を形成している第１及び第２プレート３１，３２の内壁面を、第１プレート３１の内壁面の面積が第２プレート３２の内壁面の面積より大きく設定したので、第１及び第２プレート３１，３２の型開きを行うだけで、不要部（ゲート部３５に存在していた金属ガラス合金）を二番歯部５２から簡単、且つ確実に除去することができるので、製造後に不要部を切り離すなどの仕上げ加工を省略して効率良く二番車５を製造することができ、製造コストの低減化を図ることができる。

次に、図６及び図７で示した三番車６の製造方法について図１２及び図１３を参照して説明する。
三番車６は、図１２に示すように、相対的に型閉め型開き自在に設けられた第１プレート４１、第２プレート４２及び第３プレート４３を有する成形型４０を使用し、結晶金属からなる三番歯部６２を配置した成形型４０内に金属ガラス合金からなる溶融材料を充填することでインサート形成される。

三番歯部６２は、熱電導性の高い真鍮、Ｃｕを含有した結晶金属、鋼等の結晶金属で形成されている。そして、三番歯部６２の中心位置に設けられている四角形状の結合孔６２Ｂの内周面は、放電仕上げ、ブラスト加工、切削荒仕上げ等により粗い面として形成されている。
第１〜３プレート４１〜４３は、例えば耐熱鋼、超硬合金で形成されており、第１及び第２プレート４１，４２の間のパーティング面４７には、三番歯部６２の外周を囲む歯部収納凹部４２ａが形成されている。

第１プレート４１には、形成すべき三番軸部６１の三番カナ６１Ａ側と同形状の空間とした第１キャビティ４４ａが形成されているとともに、第２プレート４２には、三番軸部６１の三番カナ６１Ａ側以外の部分と同形状の空間とした第２キャビティ４４ｂが形成されている。これら第１及び第２キャビティ４４ａ，４４ｂは、歯部収納凹部４２ａに配置される三番歯部６２の四角形状の結合孔６２Ｂを介して同軸に連通するように形成されている。ここで、第１キャビティ４４ａを形成している第１プレート４１の内壁面の面積は、第２キャビティ４４ｂを形成している第２プレート４２の面積より大きく設定されている。

また、第２プレート４２には、出口が第２キャビティ４４ｂに対して上部から開口し、上下方向に沿って形成されたゲート部４５と、このゲート部４５の出口と反対側の端部に連続し、ゲート部４５よりも横断面積の面積が大きいランナー部４６とが形成されている。ゲート部４５の内周面は、図１２に示すように円筒形状とされ、その横断面の面積は７５００〜７５０００μｍ²程度となるように形成されている。また、ランナー部４６の内周面は、ゲート部４５に向かうに従い徐々に縮径したテーパ形状とされ、このテーパ形状の内周面の抜きテーパの角度は１０〜３０°程度に設定されている。
また、第３プレート４３には、図示しないが、ランナー部４６に連通するスプルー部が連結されており、このスプルー部に、溶融した金属ガラス合金を供給する供給源（不図示）が連結されている。

次に、上記構成の成形型４０を用いて三番車６を製造する手順について説明する。
先ず、歯部収納凹部４２ａ内に三番歯部６２を配置する。そして、成形型４０を型閉め状態とし、減圧手段（不図示）により、第１及び第２キャビティ４４ａ，４４ｂを減圧する。
次いで、Ｚｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基等を組成とした金属ガラス合金を所定温度に加熱して溶湯を生成し、供給源からスプルー部、ランナー部４６、ゲート部４５を介して第１及び第２キャビティ４４ａ，４４ｂに溶湯を射出する。

第１及び第２キャビティ４４ａ，４４ｂ内に射出された溶湯は、これら第１及び第２キャビティ４４ａ，４４ｂを画成する第１及び第２プレート４１，４２の内壁面及び熱電導性の高い結晶金属からなる三番歯部６２の結合孔６２Ｂの内周面に接触することにより急速に冷却される。溶湯中にランダムに存在している各原子は、そのランダムな配置を保存した状態で固化に至る。その結果、第１及び第２キャビティ４４ａ，４４ｂ内及び三番歯部６２の結合孔６２Ｂ内の溶湯は、原子がランダムに配置した金属ガラス合金となり、三番歯部６２の結合孔６２Ｂに一体化された状態で金属ガラス合金からなる三番軸部６１として形成される。

次いで、第２プレート４２に対して第１プレート４１を下方に移動させる。この際、第１プレート４１と第２プレート４２の間のパーティング面４７が開くと、第１プレート４１に形成した第１キャビティ４４ａの内壁面の面積が第２プレート４２に形成した第２キャビティ４４ｂの内壁面の面積より大きく設定されているので、第２キャビティ４４ｂ内に成形された三番軸部６１の上部（三番カナ６１Ａ以外の部分）が第２プレート４２から離間した状態となる。そして、第１プレート４１が下方に移動すると、ゲート部４５に存在する金属ガラス合金が、テーパ形状のランナー部４６に存在する金属ガラス合金から引張応力が作用して破断し、三番軸部６１から金属ガラス合金の不要部（ゲート部４５に存在していた金属ガラス合金）が除去される。これにより、結晶金属からなる三番歯部６２と金属ガラス合金からなる三番軸部６１とが一体に形成された三番車６が製造される。

したがって、上述した製造方法によると、結晶金属と金属ガラス合金とからなる複合金属の三番車６を容易に製造することができる。
また、三番歯部６２を熱電導性の高い結晶金属で形成したことで、第１及び第２キャビティ４４ａ，４４ｂ内に射出された溶湯は、三番歯部６２の結合孔６２Ｂに接触して冷却速度が早くなるので、高品質の金属ガラス合金からなる三番軸部６１を形成することができる。

また、三番歯部６２の中心位置に設けられている四角形状の結合孔６２Ｂの内周面は、放電仕上げ、ブラスト加工、切削荒仕上げ等により粗い面として形成されているので、この結合孔６２Ｂの内周全域に囲まれて一体に形成された金属ガラス合金からなる三番軸部６１とのアンカー効果を高めることができる。
さらに、第２プレート４２に形成したゲート部４５の横断面の断面を非常に狭くし、しかも、第１プレート４１に形成した第１キャビティ４４ａの内壁面の面積が第２プレート４２に形成した第２キャビティ４４ｂの内壁面の面積より大きく設定されているので、第１及び第２プレート４１，４２の型開きを行うだけで、不要部（ゲート部４５に存在していた金属ガラス合金）を三番軸部６１から簡単、且つ確実に除去することができるので、製造後に不要部を切り離すなどの仕上げ加工を省略して効率良く三番車６を製造することができ、製造コストの低減化を図ることができる。

なお、図１０から図１３で示した歯車の製造方法では、第１プレート、第２プレート及び第３プレートを備えた成形型について説明したが、本発明に係る腕時計用歯車の製造方法は、前記成形型に限るものではない。
また、二番車５及び三番車６の製造は上述したインサート成形に限るものではなく、結晶金属からなる歯車部品と金属ガラス合金からなる歯車部品とを、摩擦攪拌接合、抵抗溶接、ロウ付け等の機械的接合により一体化して歯車を形成してもよい。その場合、結晶金属からなる歯車部品及び金属ガラス合金からなる歯車部品の互いに嵌合状態で結合する結合孔及び結合部の表面を、放電仕上げ、ブラスト加工、切削荒仕上げ等により粗い面で形成すると、結晶金属からなる歯車部品及び金属ガラス合金からなる歯車部品の固着力を高めることができる。

さらに、本発明に係る腕時計用歯車の用途としては、電子制御式機械腕時計の輪列機構に限らず、機械式時計やクォーツ時計の輪列機構に適用してもよい。

本発明に係る電子制御式機械腕時計の実施形態の輪列機構を示す平面図である。 輪列機構の要部を断面で示した図である。 図２とは異なる方向において輪列機構の要部を断面で示した図である。 輪列機構を構成する二番車の構成を示す図である。 図４のＡ−Ａ線矢視図である。 輪列機構を構成する三番車の構成を示す図である。 図６のＢ−Ｂ線矢視図である。 図４と異なる構成の二番車を示す図である。 輪列機構の歯車の軸と軸受の構造を示す図である。 輪列機構を構成する二番車の製造方法を示す図である。 図１０の符号Ｃで示す部位の拡大図である。 輪列機構を構成する三番車の製造方法を示す図である。 図１２の符号Ｄで示す部位の拡大図である。

符号の説明

１…香箱車、１Ａ…ゼンマイ、１Ｂ…香箱歯車、２…発電機、３…輪列機構、５…二番車、６…三番車、７…四番車、８…五番車、９…六番車、２５…二番歯部、２５ａ…歯部内径部、２５ｂ…歯部外周部、２６…歯、２７…軸部、２７ａ…軸本体、２７ｂ…軸補強部、２８…軸受部、３０，４０…成形型、３１，４１…第１プレート（第１の型）、３１ａ…軸部収納凹部、３２，４２…第２プレート（第２の型）、３２ａ…軸部収納凹部、３３，４３…第３プレート、３４…キャビティ、３５，４５…ゲート部、３６，４６…ランナー部、３７，４７…パーティング面、４４ａ…第１キャビティ、４４ｂ…第２キャビティ、５１…二番軸部、５１Ａ…二番カナ、５１Ｂ…支持孔、５１Ｃ…結合部、５２…二番歯部、５２Ａ…歯、６１…三番軸部、６１Ａ…三番カナ、６１Ｂ…軸、６２…三番歯部、６２Ａ…歯、６２Ｂ…結合孔、７１…四番軸部、７１Ａ…四番カナ、７２…四番歯部、８１…五番軸部、８１Ａ…五番カナ、８２…五番歯部、９１…六番軸部、９１Ａ…六番カナ、９２…六番歯部

Claims (10)

1. 互いに同軸に一体形成されたカナ及び軸部と、当該軸部の外周に一体形成され前記カナより大径な歯部とを備えた腕時計用歯車において、
   他の歯車との噛み合いによって応力が加わる部位を金属ガラス合金で形成し、前記部位以外を結晶金属で形成したことを特徴とする腕時計用歯車。
2. 前記歯部を前記金属ガラス合金で形成し、前記カナ及び前記軸部を前記結晶金属で形成したことを特徴とする請求項１記載の腕時計用歯車。
3. 前記歯部の歯が形成されている外周部を前記金属ガラス合金で形成し、前記歯部の内周部、前記カナ及び前記軸部を前記結晶金属で形成したことを特徴とする請求項１記載の腕時計用歯車。
4. 前記カナ及び前記軸部を前記金属ガラス合金で形成し、前記歯部を前記結晶金属で形成したことを特徴とする請求項１記載の腕時計用歯車。
5. 前記軸部の一部を前記金属ガラス合金で形成し、前記軸部の前記一部以外、前記カナ及び前記歯部を前記結晶金属で形成したことを特徴とする請求項１記載の腕時計用歯車。
6. 前記歯部の軸中心に結合孔が形成され、前記軸部の外周に前記結合孔に内嵌して結合する結合部が形成されているとともに、前記結合孔及び前記結合部を同一形状の多角形状、或いは楕円形状として、互いの内周面及び外周面の全周が当接するようにしたことを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項に記載の腕時計用歯車。
7. 前記金属ガラス合金は、Ｚｒ基、Ｃｏ基、Ｆｅ基、Ｎｉ基を組成とした金属ガラス合金であることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項に記載の腕時計用歯車。
8. 請求項１乃至７の何れか１項に記載の腕時計用歯車を製造する方法であって、
   成形型内に、結晶金属で形成した歯車の所定の部位を配置しておき、前記成形型内に設けたキャビティに金属ガラス合金となる溶湯を充填し、前記キャビティ内の前記溶湯を冷却・固化させて成形された前記金属ガラス合金の成形体を、前記歯車の残りの部位として結晶金属で形成した前記歯車の所定の部位と一体化させることを特徴とする腕時計用歯車の製造方法。
9. 前記結晶金属は、熱電導性の高い特性を有する材料であることを特徴とする請求項８記載の腕時計用歯車の製造方法。
10. 前記成形型は、相対的に型閉め型開き自在に設けられた第１の型及び第２の型と、当該第１及び第２の型の型閉め状態において両型間に設けた前記キャビティと、前記第２の型内に形成され、前記溶湯を前記キャビティ内に供給するゲート部とを備えており、
    前記ゲート部の前記キャビティに開口する開口面積を７５００〜７５０００μｍ²とし、且つ、前記第１の型と前記成形体との間の固着力が、前記第２の型と前記成形体との間の固着力より大きく設定され、前記成形体を成形した後、前記第１及び第２の型の型開き状態において、前記成形体が前記第１の型側に固着するとともに、前記成形体が前記ゲート部で破断して前記第２の型側から離脱するようにしたことを特徴とする請求項８又は９記載の腕時計用歯車の製造方法。

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