Balance_spring
バランススプリング、又はひげゼンマイは、に取り付けられたスプリングであるバランスホイール機械的に時計。これにより、時計が動作しているときにテンプが共振周波数で振動し、時計のホイールが回転する速度、つまり針の動きの速度が制御されます。調整レバーは、多くの場合、スプリングの自由長を変化させ、それによって時計の速度を調整するために使用することができ、装着されています。
1950年代の
目覚まし時計のヒゲゼンマイ（1）とレギュレーター（2）を表示
ひげぜんまいは、機械式時計、目覚まし時計、キッチンタイマー、マリンクロノメーター、およびその他の計時機構でバランスホイールの振動速度を制御するために使用される微細ならせん状またはらせん状の ねじりばねです。ひげぜんまいは、ひげぜんまいの重要な付属物であり、前後に振動します。ひげぜんまいとひげぜんまいが一緒になって調和振動子を形成します。調和振動子は、外乱に抵抗する正確な周期または「ビート」で振動し、計時精度に責任が
ロバートフックとクリスティアーンホイヘンスが1657年頃にひげぜんまいをテンプホイールに追加したことで、携帯用時計の精度が大幅に向上し、初期のポケットウォッチが高価なノベルティから便利なタイムキーパーに変わりました。ひげぜんまいの改良により、それ以降、精度がさらに大幅に向上しています。最新のひげぜんまいは、温度変化による速度への影響を低減するために、ニバロックスなどの特殊な低温係数合金でできており、ぜんまいが停止するときの駆動力の変化の影響を最小限に抑えるように注意深く成形されています。1980年代以前は、ほぼすべての携帯型時計装置にひげぜんまいとひげぜんまいが使用されていましたが、ここ数十年で電子クォーツ時計技術が機械式時計仕掛けに取って代わり、ひげぜんまいの主な用途は機械式時計です。
ひげぜんまいの種類：（1）フラットスパイラル、（2）ブレゲオーバーコイル、（3）クロノメーターヘリックス、カーブした端を示す、（4）初期のひげぜんまい コンテンツ
1 歴史
2 レギュレーター
3 材料
4 温度の影響
4.1 エリンバー
5 等時性
6 振動の周期
7 も参照してください
8 参考文献
歴史
ひげぜんまいの発明者であるクリスティアーン・ホイヘンスによる、ひげぜんまいに取り付けられた彼の最初の
ひげぜんまいの1つの図は、1675年2月25日のJournaldesSçavantsの彼の手紙に掲載されました 1660年頃にイギリスの物理学者ロバートフックとオランダの科学者クリスティアーンホイヘンスのどちらによって発明されたのかについては議論がフックが最初にアイデアを思いついた可能性がありますが、ホイヘンスはひげぜんまいを使用した最初の機能的な時計を製造しました。 それ以前は、時計や時計にはバネのないテンプやフォリオが使われていましたが、駆動力の変動に非常に敏感で、ぜんまいがほどけると時計の速度が遅くなりました。ひげぜんまいの導入により、ポケットウォッチの精度が大幅に向上し、おそらく1日あたり数時間から1日あたり10分になり、初めて便利なタイムキーパーになりました。最初のひげぜんまいは数回転しかありませんでした。
いくつかの初期の時計にはウォームドライブを使用するバローレギュレーターがありましたが、最初に広く使用されたレギュレーターは1680年頃にトーマストンピオンによって発明されました。トンピオンレギュレーターでは、縁石ピンは調整された半円形の歯付きラックに取り付けられました歯車にキーを取り付けて回します。バランスホイールと同心円状に回転するレバーである最新のレギュレーターは、1755年にJoseph Bosleyによって特許を取得しましたが、19世紀初頭までTompionレギュレーターに取って代わることはありませんでした。
レギュレーター
レートを調整するために、ひげぜんまいには通常レギュレーターがレギュレーターは、天びんのコックまたはブリッジに取り付けられた可動レバーで、天びんと同軸に回転します。レギュレーターの一端には、縁石ピンと呼ばれる2つの下向きに突き出たピン、または縁石ピンとブーツと呼ばれる重い部分のあるピンによって狭いスロットが形成されます。ひげぜんまいの外側の回転の端は、ひげぜんまいに固定されているスタッドに固定されています。次に、スプリングの外側の回転がレギュレータースロットを通過します。スタッドとスロットの間のスプリングの部分は固定されているため、スロットの位置によってスプリングの自由長が制御されます。レギュレーターを動かすと、スロットがスプリングの外側の回転に沿ってスライドし、有効長が変わります。スロットをスタッドから離すと、ばねが短くなり、ばねが硬くなり、天びんの振動速度が上がり、時計のゲイン時間が長くなります。
レギュレーターはバネの動きをわずかに妨害し、不正確さを引き起こします。そのため、マリンクロノメーターや一部の高級時計などの精密時計は自由にバネが付いています。つまり、レギュレーターがありません。代わりに、それらの速度はバランスホイールのタイミングネジによって調整されます。
ヒゲゼンマイレギュレータには2つの主要なタイプが
カーブピンがセクターラックに取り付けられているトンピオンレギュレーターは、ピニオンによって動かされます。ピニオンには通常、目盛り付きのシルバーまたはスチールのディスクが取り付けられています。
上記のように、ピンが天びんと同軸に回転するレバーに取り付けられているボスリーレギュレーターでは、レバーの先端を段階的な目盛りで動かすことができます。レバーを回転させることができるスパイラルプロファイルのカムに対してレバーを跳ね上げる「カタツムリ」レギュレーター、レバーを動かすマイクロメーターなど、レバーを動かす精度を向上させるいくつかのバリエーションがウォームギア、およびレバーの位置が細いネジで調整される「白鳥の首」または「リード」レギュレーター。レバーは、湾曲した白鳥の首の形をしたバネによってネジと接触します。これは、1867年2月5日付けの米国特許第61，867号であるAmerican George P.Reedによって発明され特許を取得しました。
「Hog’sHair」または「Pig’sBristle」レギュレーターもこのレギュレーターでは、硬い繊維が天びんの弧の先端に配置され、ゆっくりと停止してから元に戻します。アークを短くすることで時計が加速します。これはひげぜんまいレギュレーターではなく、ひげぜんまいが発明される前の初期の時計で使用されていました。
バローレギュレーターもありますが、これは実際には、ぜんまいに「セットアップテンション」を与える2つの主要な方法のうちの早い方です。これは、Fuseeチェーンの張力を維持するために必要ですが、実際に時計を駆動するには不十分です。Verge Watchは、セットアップテンションを調整することで調整できますが、前述のレギュレーターのいずれかが存在する場合、通常はこれは行われません。
材料
ひげぜんまいには多くの材料が使用されています。初期には鋼が使用されていましたが、硬化や焼き戻しのプロセスは適用されていませんでした。その結果、これらのばねは徐々に弱まり、時計は時間を失い始めます。ジョン・アーノルドなどの一部の時計職人は、腐食の問題を回避しながら徐々に弱くなる問題を保持する金を使用していました。硬化および強化鋼は、ジョンハリソンによって最初に使用され、その後20世紀まで選択された材料でした。
1833年、EJデント（国会議事堂の大時計のメーカー）はガラス製ひげぜんまいを実験しました。これは鋼よりも熱の影響がはるかに少なく、必要な補償が少なく、錆びることもありませんでした。ガラスばねを使った他の試験では、それらを作るのは困難で費用がかかることが明らかになり、ガラス繊維や光ファイバー材料の時代まで続いた脆弱性の広範な認識に苦しんでいました。エッチングされたシリコンで作られたひげぜんまいは、20世紀後半に導入され、磁化の影響を受けません。
温度の影響
弾性率の材料は、温度に依存しています。ほとんどの材料では、この温度係数は十分に大きいため、温度の変化がひげぜんまいとひげぜんまいの計時に大きく影響します。ロバートフックやクリスティアーンホイヘンスなど、ひげぜんまいを備えた時計の初期のメーカーは、解決策を見つけることなくこの効果を観察しました。
ジョン・ハリソンは、マリン・クロノメーターの開発の過程で、「補償カーブ」（本質的にひげぜんまいの有効長を温度の関数として調整するバイメタル温度計）によって問題を解決しました。このスキームは、ハリソンが経度法によって設定された基準を満たすのに十分に機能しましたが、広く採用されていませんでした。
1765年頃、ピエール・ル・ロイ（ジュリアン・ル・ロイの息子）が補正天びんを発明しました。これは、時計やクロノメーターの温度補正の標準的なアプローチとなりました。このアプローチでは、温度に敏感なメカニズムによって、天びんの形状が変更されるか、調整用分銅が天びんのスポークまたはリム上で移動します。これにより、ヒゲゼンマイの慣性モーメントが変化し、ヒゲゼンマイの弾性係数の変化を補正するように変化が調整されます。バイメタルリムを備えたバランスホイールのみで構成されるトーマスアーンショーの補償バランス設計は、温度補償の標準ソリューションになりました。
エリンバー
ひげぜんまいの温度の影響を補正する方法として補正天びんは効果的でしたが、完全な解決策を提供することはできませんでした。基本設計には「中間温度誤差」が極端な温度で補正が正確になるように調整すると、これらの極端な温度の間の温度でわずかにずれます。これを回避するためにさまざまな「補助補償」メカニズムが設計されましたが、それらはすべて複雑で調整が難しいという問題が
1900年頃、エリンバーの発明者であるシャルルエドゥアールギヨームによって根本的に異なるソリューションが作成されました。これは、弾性率が本質的に温度の影響を受けないという特性を備えたニッケル鋼合金です。エリンバーひげぜんまいを備えた時計は、温度補償をまったく必要としないか、ほとんど必要としません。これによりメカニズムが簡素化され、中間温度エラーも排除されるか、少なくとも大幅に削減されます。
等時性
ひげぜんまいはフックの法則に従います。復元トルクは角変位に比例します。この特性が正確に満たされる場合、ひげぜんまいは等時性であると言われ、振動の周期は振動の振幅に依存しません。機械的な駆動列は絶対に一定の駆動力を提供できないため、これは正確な計時に不可欠な特性です。これは、ぜんまいを動力源とする時計や携帯時計に特に当てはまります。ぜんまいは、巻き戻し時に駆動力を低下させます。駆動力が変化するもう1つの原因は摩擦です。摩擦は、潤滑油が古くなるにつれて変化します。
初期の時計職人は、ひげぜんまいをアイソクロナスにするアプローチを経験的に見つけました。たとえば、ジョン・アーノルドは1776年に、ひげぜんまいのらせん状（円筒形）の特許を取得しました。このひげぜんまいでは、ばねの端が内側に巻かれていました。1861年にM.フィリップスは問題の理論的取り扱いを発表しました。彼は、重心がテンプホイールの軸と一致するヒゲゼンマイが等時性であることを実証しました。
一般的に、等時性を実現する最も一般的な方法は、ひげぜんまいの最も外側の回転の一部を残りのばねとは異なる平面に配置するブレゲオーバーコイルを使用することです。これにより、ひげぜんまいがより均等かつ対称的に「呼吸」できるようになります。オーバーコイルには、段階的なオーバーコイルとZベンドの2種類が段階的なオーバーコイルは、ひげぜんまいに2つの段階的なねじれを加え、円周の半分にわたって2番目の平面への上昇を形成することによって得られます。Zベンドは、相補的な45度の角度の2つのねじれを課すことによってこれを行い、約3つのばねセクションの高さで2番目の平面への上昇を実現します。2番目の方法は、審美的な理由で行われ、実行するのがはるかに困難です。オーバーコイルを形成するのが難しいため、最近の時計は、わずかに効果の低い「ドッグレッグ」を使用することがよく
振動の周期
バランススプリングとバランスホイール（通常は単に「バランス」と呼ばれる）を形成高調波発振器。ヒゲゼンマイは、テンプの動きを制限および逆転させて前後に振動させる復元トルクを提供します。その共振周期により、摂動力による変化に耐えることができるため、優れた計時装置になります。ばねの剛性、そのばね係数、 κ { kappa 、}