DE2166739B2

DE2166739B2 - Quartz crystal wrist watch with an electromechanical converter

Info

Publication number: DE2166739B2
Application number: DE19712166739
Authority: DE
Inventors: Satoshi Suwa Nagano Yamazaki
Original assignee: Suwa Seikosha KK
Current assignee: Suwa Seikosha KK
Priority date: 1971-06-24
Filing date: 1971-06-24
Publication date: 1981-11-05
Also published as: DE2166739C3; DE2166739A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Armbanduhr laut Oberbegriff des Anspruches 1.The invention relates to a wristwatch according to the preamble of claim 1.

Bei dieser bekannten Uhr ist der eigentliche elektro-mechanische Wandler in einer flachen Spule und in dem mit dem Spulenfeld verknüpften, hin- und hergehenden Anker zu sehen. Um die erforderliche umlaufende Bewegung zu erhalten, findet ein zusätzlicher Bewegungstransformator in Gestalt der Klauen 12 des Ankers und des Klinkenrades Verwendung, was umständlich und zu einer verschleißanfälligen Anordnung führt. Die Anbringung der Spule und der mit dieser verknüpften Ankereinrichtung ist derart getroffen, daß die beiden Teile in Dickenrichtung der Uhr übereinander liegen. Dies ist im Sinne einer dünn auszuführenden Uhr grundsätzlich ungünstig und des weiteren ist die bekannte Uhr insgesamt relativ dick ausgeführt, da sich zwischen der Spule und der Ziffernblatt-Abschlußwand der Uhr noch ein erheblicher Freiraum befindet; oberhalb der Uhr erstreckt sich eine Brücke, die die Achsen der Zahnräder abstützt. Die Spule des elektro-mechanischen Wandlers dieser bekannten Uhr kann also nicht in Richtung der Dicke der Uhr voluminöser gemacht werden, um den Wirkungsgrad der Uhr zu verbessern oder eine Batterie einzusparen, was nicht nur vom Raumbedarf her interessant ist, sondern auch Folgen für die Unterhaltskosten der Uhr hat, deren Batterien in regelmäßigen Abständen ausgewechselt werden müssen.In this known clock, the actual electro-mechanical converter is in a flat coil and seen in the reciprocating armature associated with the coil field. To the required To obtain revolving motion, there is an additional motion transformer in the form of the claws 12 the armature and the ratchet wheel use, which is cumbersome and a wear-prone arrangement leads. The attachment of the coil and the armature device linked to it is such that the two parts are on top of each other in the thickness direction of the clock. This is in the sense of a thin line The clock is generally unfavorable and, moreover, the known clock is made relatively thick overall because it is there is still a considerable amount of free space between the coil and the end wall of the clock face; Above the clock there is a bridge that supports the axes of the gears. The coil of the Electro-mechanical converter of this known clock can not therefore in the direction of the thickness of the clock be made more voluminous in order to improve the efficiency of the watch or to save a battery, which is not only interesting in terms of space requirements, but also has consequences for the maintenance costs of the watch whose batteries must be replaced at regular intervals.

Des weiteren ist ein elektro-mechanischer Wandler in Gestalt eines sogenannten Schrittmotors bekannt (DE-OS 19 55 698), bei welchem Änderungen des von der Antriebsspule hervorgerufenen Magnetflusses unmittelbar in eine schrittweise Drehung in gleicher Richtung eines Rotors umgesetzt werden. Damit erreicht man bereits den Vorteil, daß die Umsetzung von einer pendelnden mechanischen Bewegung auf eine schrittweise drehende Bewegung wie bei dem eingangs geschilderten elektro-mechanischem Wandler entfällt. Auch bildet der Motor dieses Schrittmotors unmittelbar ein Glied des Zeigergetriebezuges, das neben der Reduzierung von Teilen auch zu einem entsprechendenFurthermore, an electro-mechanical converter in the form of a so-called stepper motor is known (DE-OS 19 55 698), in which changes in the magnetic flux generated by the drive coil are immediate can be converted into a step-by-step rotation in the same direction of a rotor. In order to one already achieves the advantage that the implementation of a pendulum mechanical movement on a Step-by-step rotating movement, as in the case of the electro-mechanical converter described at the beginning, is no longer necessary. The motor of this stepper motor also forms a link in the pointer gear train, which, in addition to the Reduction of parts also to a corresponding one

ίο Platzbedarf fehlt Zwar ist bei diesem bekannten Schrittmotor die Antriebsspule in zweckmäßiger Weise in einer Ebene mit dem Rotor angeordnet, was dem flachen Aufbau einer Uhr zugute kommen kann. Die allerdings nur schematisch dargestellte Antriebsspule dieses bekannten Schrittmotors ist jedoch um einen Kernteil eines einstückig ausgebildeten Ankerblockes gewickelt und befindet sich relativ nahe am Rotor. Von daher gesehen, kann die Spule nicht groß gewählt werden, ohne störend in den Raum einzugreifen, in dem der Zeiger-Getriebezug liegt.ίο Missing space is indeed known in this case Stepper motor, the drive coil is conveniently arranged in a plane with the rotor, what the flat structure of a watch can benefit. The drive coil, however, only shown schematically however, this known stepper motor is around a core part of an integrally formed armature block wound and is located relatively close to the rotor. From this point of view, the coil cannot be made large without interfering with the space in which the pointer gear train is located.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Armbanduhr laut Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, die möglichst geringe Ausmaße aufweist und insbesondere flach ausgebildet werden kann, wobei die für die Funktion erforderlichen einzelnen Teile gleichzeitig gut zugänglich sein sollen.The invention is based on the object of providing a wristwatch according to the preamble of claim 1 create, which has the smallest possible dimensions and in particular can be made flat, the The individual parts required for the function should be easily accessible at the same time.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung laut Oberbegriff des Anspruchs 1 erfindungsgemäß durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.This object is achieved according to the invention in a device according to the preamble of claim 1 its distinguishing features solved.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung und Ausbildung des elektromechanischen Wandlers kann eine Armbanduhr geringer Größe, insbesondere sehr flach ausgebildet werden. Hinzu kommt, daß der Rotor des Schrittmotors räumlich sehr eng dem Getriebezug zugeordnet werden kann, ohne daß die voluminösere Antriebsspule dabei im Wege steht, weil diese seitlich entsprechend versetzt angeordnet ist. Somit ergibt sich insgesamt eine raumsparende und wartungsfreundliche Anordnung, insbesondere der als elektromechanischen Wandler ausgebildeten Baueinheit.The inventive arrangement and design of the electromechanical transducer can Wristwatch small in size, especially very flat. In addition, the rotor of the Stepper motor can be spatially assigned very closely to the gear train without the more voluminous The drive coil stands in the way because it is arranged laterally offset accordingly. Thus it results overall a space-saving and maintenance-friendly arrangement, especially the electromechanical one Converter trained assembly.

Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.Appropriate refinements of the invention are characterized in the subclaims.

Die Erfindung wird anhand des in der Zeichnung schematisch wiedergegebenen Ausführungsbeispieles nachstehend näher erläutert. Es zeigtThe invention is based on the embodiment shown schematically in the drawing explained in more detail below. It shows

F i g. 1 das Ausführungsbeispiel, in Draufsicht,
F i g. 2 einen Teilschnitt senkrecht zur Platinenebene gemäß F i g. 1, in größerem Maßstab.
Wie das Ausführungsbeispiel zeigt, ist die Batterie rund ausgebildet, und der Vibrator befindet sich in einer zylindrischen Kapselung. Der Schrittmotor ist unter Berücksichtigung des Wirkungsgrades dieses elektromechanischen Wandlers mit einer relativ großen zylindrischen Spule versehen, die in dem zur Verfügung stehenden, rund berandeten Uhrwerkraum entsprechend viel Platz beansprucht und darüber hinaus auch eine nicht unerhebliche Dicke aufweist, so daß es nicht mehr möglich ist, andere Bauteile in Richtung der Dicke der Uhr über oder unter der Antriebsspule anzuordnen.F i g. 1 the embodiment, in plan view,
F i g. 2 shows a partial section perpendicular to the board plane according to FIG. 1, on a larger scale.
As the embodiment shows, the battery is round and the vibrator is located in a cylindrical enclosure. The stepper motor is provided with a relatively large cylindrical coil, taking into account the efficiency of this electromechanical converter, which takes up a lot of space in the available, round-edged clockwork space and also has a not inconsiderable thickness, so that it is no longer possible to to arrange other components in the direction of the thickness of the clock above or below the drive coil.

Ähnliches gilt für die Batterie und die zylinderische Kapselung des Vibrators. Weiterhin dürfen der Vibrator als Zeitnormal und die ihm zugeordneten elektronischen Schaltungseinheiten Leitungen für die Zuführung elektrischer Energie und für die Abgabe des elektrisehen Ausgangssignals. Die einfache und platzsparende Anordnung jeder dieser Leitungen und ihrer Verbindungen ist für die Raumgestaltung der elektrischen Uhr von Bedeutung.The same applies to the battery and the cylindrical enclosure of the vibrator. Furthermore, the vibrator is allowed as a time standard and the electronic circuit units assigned to it, lines for the supply electrical energy and for the delivery of the electrical output signal. The simple and space-saving Arrangement of each of these lines and their connections is essential for the interior design of the electric clock Meaning.

Auf einer runden Platine 25 der Uhr des Ausführungsbeispiels befindet sich ein Schaft 24 für die Anzeigekorrektur etwa im Bereich der Drei-Uhr-Anzeige. Die Batterie 26 befindet sich im Bereich der Zwc!f-Uhr-Anzeige, wodurch die Batterie abgedeckt ist Eine Anschlußplatte 27 ist mit dem negativen Pol der Batterie verbunden. Ein Gehäuse 8 nimmt den Vibrator und die diesem zugeordneten elektronischen Schaltkreis auf und ist als eine Baueinheit ausgebildet Wie dies insbesondere Fig.2 erkennen läßt, ist die zylindrische Kapselung 9 des Vibrators in einer Aussparung des Gehäuses 8 untergebracht. Eine Feinjustiereinrichtung 13 bis 16 für die Frequenz enthält einen stufenweise einstellbaren Kondensator und ein Temperaturkompensationselement 11, welches wiederum mit einem BaTiO3-Kondensator versehen ist Die elektronischen Schaltkreise 17 sind in einem Hohlraum des Gehäuses 8 völlig eingebettet Mit 18a bis 18e sind Eingangs- und Ausgangsanschlüsse für elektrische Signale der elektronischen Schaltkreise bezeichnet, wobei die Anschlüsse 18a für das Signal zum Antrieb des Impulsmotors und ein Erdanschluß 186 an der linken Seite des Gehäuses 8 (Seite der Antriebsspule) angeordnet sind, während Verbindungsanschlüsse 18c für die Oszillatorschaltung, ein Anschluß 18</ für die Vsrbindung mit der Batterie und ein Rückstellanschluß 18e sich an der rechten Seite des Gehäuses (Batterieseite) befinden. Mit 10 sind elektrische Signal- und Ausgangsanschlüsse des Vibrators bezeichnet, der als Stimmgabel-Kristalloszillator ausgebildet ist Die Anschlüsse 10 befinden sich an der selben Seite wie die Anschlüsse 18c, wodurch sich eir;e kurze und einfache Verbindung zu den elektronischen Schaltkreisen der Oszillatorschaltung ergibt. Die Anschlüsse 12 verbinden den stufenweise schaltbaren Kondensator mit dem BaTiO3-Kondensator. Mit 28a bis 28c ist der als Schrittmotor ausgebildete elektromechanische Wandler bezeichnet, der das elektrische Ausgangssignal der elektrischen Schaltkreise in Rotationsbewegungen des Rädergetriebes umsetzt. Die Antriebsspule 28a dieses Impulsmotors ist etwa zylindrisch ausgebildet; auf ihren Kern aus magnetischem Werkstoff sind etwa 15 000 Windungen eines Kupferdrahtes mit einem Durchmesser von 2,5/100 mm aufgewickelt.A shaft 24 for the display correction is located on a round plate 25 of the watch of the exemplary embodiment around the three o'clock display. The battery 26 is located in the area of the Zwc! F clock display, whereby the battery is covered. A terminal plate 27 is connected to the negative pole of the Battery connected. A housing 8 houses the vibrator and the electronic circuit associated therewith and is designed as a structural unit like this in particular Fig.2 can be seen, is the cylindrical Encapsulation 9 of the vibrator housed in a recess in the housing 8. A fine adjustment device 13 to 16 for the frequency contains a step-adjustable capacitor and a temperature compensation element 11, which in turn is provided with a BaTiO3 capacitor The electronic Circuits 17 are completely embedded in a cavity of the housing 8. With 18a to 18e are input and Output connections for electrical signals of the electronic circuits denoted, the connections 18a for the signal to drive the pulse motor and a ground connection 186 on the left side of the housing 8 (Drive coil side) are arranged, while connection terminals 18c for the oscillator circuit, a connection 18 </ for the connection with the battery and a reset terminal 18e are located on the right side of the case (battery side). With 10 are electrical signal and output connections of the vibrator called the tuning fork crystal oscillator The connections 10 are located on the same side as the connections 18c, whereby eir; e short and simple connection to the electronic circuits of the oscillator circuit results. The connections 12 connect the stepwise switchable capacitor with the BaTiO3 capacitor. With 28a to 28c is the electromechanical converter designed as a stepper motor, which generates the electrical output signal converts the electrical circuits into rotational movements of the gear train. The drive coil 28a of this pulse motor is approximately cylindrical educated; on its core made of magnetic material are about 15,000 turns of copper wire wound with a diameter of 2.5 / 100 mm.

Der in Sekundenabstand auftretende Schaltimpulsstrom fließt von der Treiberschaltung gesteuert durch die Antriebsspule des Impulsmotors. Das dadurch in der Spule erzeugte magnetische Feld wirkt in den Statorteilen 2Sb und 28c, wodurch sich der Rotor 29 um einen vorbestimmten Winkel dreht Der Rotor 29 ist aus einem PtCO-Werkstoff hergestellt und mit sechs abwechselnd als Nord- und Südpole ausgebildeten Magnetpolen ausgerüstet. Die Rotationsbewegung des Rotors 29 wird zunächst auf ein viertes Rad 30, dann weiter auf ein drittes Rad und an ein Zentralrad weitergegeben. Ein Sekundenzeigerverbinder 31 ist dem vierten Rad 30 zugeordnet, um den Stand des Sekundenzeigers anzugeben. Das eine Ende eines Regulierhebels 32 für den Sekundenzeiger greift an dem einen Ende des Einstellschaftes 24 an, während das andere Ende dieses Hebels mit einem Ende des Verbinders 31 zusammen setzt Der insoweit nicht dargestellte Rückstellmechanismus, der nahe dem Einstellschaft angeordnet ist, weist einen Schaltmechanismus, der mit einer Krone und mit einem Regulierhebel zusammenarbeitet. Mit Hilfe dieses Schaltmechanismus kann ein Teil der Teilerschaltung abgeschaltet werden, so daß das Ausgangssignal des Teilers verschwindet.The switching pulse current, which occurs every second, flows through the drive coil of the pulse motor, controlled by the driver circuit. The magnetic field thus generated in the coil acts in the stator parts 2Sb and 28c, whereby the rotor 29 rotates through a predetermined angle. The rotor 29 is made of a PtCO material and equipped with six magnetic poles alternating as north and south poles. The rotational movement of the rotor 29 is first passed on to a fourth wheel 30, then on to a third wheel and to a central wheel. A second hand connector 31 is associated with the fourth wheel 30 to indicate the position of the second hand. One end of a regulating lever 32 for the second hand engages one end of the setting shaft 24, while the other end of this lever connects to one end of the connector 31. which works with a crown and a regulating lever. With the help of this switching mechanism, part of the divider circuit can be switched off so that the output signal of the divider disappears.

Der Vibrator ist als Stimmgabel-Schwingkristall mit einer Oszillatorfrequenz oberhalb 16 kHz ausgebildet. Der Stimmgabeltyp wurde gewählt, weii der weiterhin mögliche Blattfedertyp zuviel Raum beansprucht Berücksichtigt man die notwendigen Abdämpfungsmaßnahmen gegen Stoßbeeinflussungen von außen und legt man eine Frequenz von Ί6 kHz zugrunde, so benötigt der Blattfedervibrator eine Länge von 23 mm. Wird diese Länge unterschritten, so wird der Vibrator in erheblichem Umfange durch den Tragdraht beeinflußt und ist als Zeitnormal für eine Armbanduhr nicht mehr tauglich. Zieht man über dies eine besondere Art der Anbringung und eine hermetisch abgeschlossene Unterbringung in Betracht, so kommt man auf eine Länge einer entsprechender. Vibratorkapselung von etwa 28 rnoi Eine solche Ausbildung ist daher für kompakte und runde Uhrwerke nicht geeignet Geht man von einer gleichen Dämpfungseigenschaft gegenüber von Stoßbeeinflussungen von außen aus, so wird für einen Vibrator vom Stimmgabeltyp lediglich eine Länge von 13 mm erforderlich. Schützt man den Vibrator in bevorzugter Ausführung in dieser Weise gegen Störungen durch äußere Stoßbelastungen und schließt ihn hermetisch ab, so reicht insgesamt eine 16 mm large Kapselung, beispielsweise in Form des Metallzylinders 9, aus. Der vorgesehene Vibrator läßt sich demnach auf kleinem Raun innerhalb des Gehäuses unterbringen. Der Innenraum der Kapselung 9 ist evakuiert.The vibrator is designed as a tuning fork oscillating crystal with an oscillator frequency above 16 kHz. The tuning fork type was chosen because the leaf spring type, which is still possible, takes up too much space If one takes into account the necessary damping measures against impact influences from outside and assuming a frequency of Ί6 kHz, the leaf spring vibrator needs a length of 23 mm. If this length is not reached, the vibrator is influenced to a considerable extent by the support wire and is no longer suitable as a time standard for a wristwatch. If you pull over this a special kind of Attachment and hermetically sealed accommodation are considered, so one comes to a length a corresponding. Vibrator encapsulation of about 28 mm. Such a training is therefore for compact and round clockworks not suitable Assuming the same damping properties compared to Impact influences from the outside, so for a vibrator of the tuning fork type only a length of 13 mm required. If the vibrator is protected against in a preferred embodiment in this way Disturbances caused by external shock loads and hermetically seal it, a total of 16 mm large is sufficient Encapsulation, for example in the form of the metal cylinder 9, from. The intended vibrator can therefore be opened a small space inside the housing. The interior of the encapsulation 9 is evacuated.

Der Vorteil der Verwendung eines Schrittmotors als elektro-mechanischer Wandler ergibt sich aus folgendem: Bei einem elektromechanischen Wandler mit gabelartiger Hemmungseinrichtung, der ebenfalls in jeder Sekunde einen Schritt ausführt, wird die Form eines Gangrades so kompliziert, daß der Außendurchmesser etwa 5 bis 7 mm beträgt; dies ist für die angestrebte kleine Baugröße der Uhr nicht zugänglich. Der Rotor des Schrittmotores bzw. Impulsmotores ist rund und einfach, sein Außendurchmesser beträgt lediglich etwa 3 mm. Auch diese Maßnahme dient somit der raumsparenden Ausbildung der Uhr.The advantage of using a stepper motor as an electro-mechanical converter results from the following: In the case of an electromechanical converter with a fork-like escapement device, which is also shown in takes a step every second, the shape of a gear becomes so complicated that the outer diameter is about 5 to 7 mm; this is not accessible for the small size of the clock sought. The rotor of the stepper motor or pulse motor is round and simple, its outside diameter is only about 3 mm. This measure also serves to save space in the clock.

Wie oben erwähnt, ist bei dem dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel jedes Bauteil auf der runden Platine derart angeordnet, daß der Einstellschaft vorteilhafterweise nahe bei der Anzeigeposition »Drei-Uhr« liegt, während die Batterie im Anzeigebereich »Zwölf-Uhr« angeordnet ist. Das Gehäuse für den zeitstabilen Oszillator als Zeitnormal, in welchem der Vibrator und die ihm zugeordneten elektronischen Schaltkreise eine Baueinheit bilden, ist der Batterie benachbart angeordnet Die Antriebsspule des Impulsmotors liegt zwischen dem Gehäuse für den Oszillator und dem Einstellschaft. Damit wird der Randbereich der Platine von dem Einstellschaft, der Batterie, dem Gehäuse für den Oszillator und der Aiitriebsspule eingenommen. Der Regulier- bzw. Einstellmechanismus und der Rückstellmechanismus sind in einem Bereich um das Zentrum des restlichen Raumes der Platine angeordnet, so daß jede Baueinheit in einer Ebene unter Vermeidung von Übereinanderanordnungen vorgesehen ist.As mentioned above, in the illustrated and preferred embodiment, each component is on the round plate arranged in such a way that the setting shaft is advantageously close to the display position "three o'clock" while the battery is located in the "twelve o'clock" display area. The housing for the time-stable oscillator as a time standard in which the vibrator and its associated electronic Circuits form a unit, the battery is arranged adjacent to the drive coil of the pulse motor lies between the housing for the oscillator and the adjustment shaft. The edge area of the Circuit board for the adjustment shaft, the battery, the housing for the oscillator and the drive coil taken. The regulating or adjusting mechanism and the reset mechanism are in one area arranged around the center of the remaining space of the board, so that each structural unit is in a plane below Avoidance of stacking is provided.

Eine solche Anordnung ermöglicht eine flache und klein bemessene Ausführung einer rundberandeten Uhr. Darüber hinaus ergibt sich eine einfache Verbindung der elektrischen Eingänge und Ausgänge. Entsprechend der oben ausgeführten Zuordnung kann man von drei Baueinheiten, nämlich dem Batterieblock für die Energieversorgung, dem Gehäuseblock für den Oszillator als Zeitnormal und dem mechanischen Block reden,Such an arrangement enables a flat and small-sized design of a round-edged watch. In addition, there is a simple connection between the electrical inputs and outputs. Corresponding the above assignment can be of three structural units, namely the battery block for the Talk about energy supply, the housing block for the oscillator as a time standard and the mechanical block,

die in dem Raum des Uhrwerkes angeordnet sind. Die Arbeitsweise eines jeden einzelnen dieser Blöcke kann für sich einjustiert werden; jeder Block kann eingebaut und entfernt werden lediglich durch ein entsprechendes Verbinden bzw. Lösen der Anschlüsse, was mit Hilfe von Schraubverbindungen geschieht. Auf diese Weise ist das Ausführungsbeispiel sehr wartungsfreundlich.which are arranged in the space of the clockwork. The operation of each of these blocks can be adjusted individually; each block can be installed and removed with just a corresponding one Connect or loosen the connections, which is done with the help of screw connections. This is the way it is Embodiment very easy to maintain.

Im Rahmen des Ausführungsbeispiels erhält man somit ein hochpräzises rundes Uhrwerk mit einer Vielzahl der zum Teil großen Elemente in sehr raumsparender Anordnung bei gleichzeitiger vorzüglicher Eignung für eine Massenfertigung.In the context of the exemplary embodiment, a high-precision round clockwork with a Large number of the sometimes large elements in a very space-saving arrangement while at the same time being excellent Suitability for mass production.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Quartz crystal wristwatch with a mechanical block, which has a pointer gear train and a drive wheel and is arranged approximately in the center of the plate of the round-edged clockwork case, in the edge area of which the mechanical block immediately a drive coil of an electromechanical converter, a battery block and a carrier device , on which an oscillator and frequency divider circuit and a driver circuit executed in integrated circuit technology are held, characterized in that the electromechanical converter is designed as a stepper motor (28a-28c; 29) with a rotor designed as a drive wheel, the north and south poles and lies in a plane with the drive coil (2 & a) , whose magnetic field impressed on a coil core is fed to the rotor associated stator parts (28ft, 2 & c) and whose installation space, viewed in the thickness direction of the clock, is kept free of any components of one of the structural units

2. Clock according to claim 1, characterized in that the drive coil (28a; cylindrical with a core made of magnetic material is formed

3. Clock according to claim 1, characterized in that the electromechanical transducer is with none of the structural units overlapped in one above the other.