JP2000002775A - アナログ式電子時計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 指針飛び現象を防止しながら低消費電力のア
ナログ式電子時計を実現すること 【解決手段】 運針のための成立条件範囲内で指針等価
慣性モ−メントを増加することにより外乱エネルギ−を
減少し、この結果として保持エネルギ−の小さなステッ
プモ−タの使用を可能とする。これによりアナログ式電
子時計のさらなる低消費電力化が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、指針を用いて時刻
表示を行うアナログ式電子時計に関し、特にアナログ式
電子時計のさらなる低消費電力化を図るための技術に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】時計の時刻表示方式としては、正確性に
加えて装飾性が要求されており表示品質およびデザイン
性の高さなどからアナログ表示が優位であり、アクチュ
エ−タにステップモ−タを用いたものが広く普及してい
る。

【０００３】図２は、従来のアナログ式電子時計におい
て、ステップモ−タから輪列を経て指針に力が伝達され
る様子を示す模式的斜視図である。通常の三針時計にお
いてはこの図２に示すように、ステップモ−タ１のロ−
タ１ａ、五番車２、四番車３、三番車４、二番車５、日
の裏車６、筒車７が順次小歯車（カナ）１１から１６を
介して連結されている。それによって四番車３および小
歯車１３と一体の秒針８、二番車５および小歯車１５と
一体の分針９、および筒車７と一体の時針１０が所定の
運針動作を行う。なお、実際には秒針８と分針９と時針
１０は互いに嵌合して同軸上で回転するがわかりやくす
するために展開して示している。

【０００４】ロ−タ１ａ、ステ−タ１ｂ、およびコイル
１ｃからなるステップモ−タ１は、各指針８、９、１０
を運針させるために必要な駆動エネルギ−の他に、各指
針８、９、１０が外部衝撃に対して針飛び現象を起こさ
ないようにするための保持エネルギ−を必要とする。こ
の両エネルギ−値が時計仕様を満たすようにステップモ
−タ１は設計されている。

【０００５】通常、ステップモ−タにおいては磁気ポテ
ンシャル（静止点から動くことに対する抵抗力）という
形で保持ポテンシャルが常に存在しており、入力エネル
ギ−のうちこの磁気ポテンシャルを越えた分のみが実効
的な駆動エネルギ−となる。そのため、定性的には消費
電力を小さくするためには保持エネルギ−値を小さくす
ることが有効と考えられているが、従来のアナログ式電
子時計においては指針の保持性能を満たすことと消費電
力値と保持エネルギ−値との相関の理解が不十分であっ
たために保持エネルギ−値を十分に小さくすることはで
きていなかった。

【０００６】ここで、駆動エネルギ−値とは一般的にい
われる与えた全エネルギ−値ではなく、指針がある設定
時間内に一定角度を非定常回転運動する際に必要とされ
る実効的なエネルギ−値（全エネルギ−値から保持エネ
ルギ−値を減じた値）のことである。この値を超える駆
動力がないと予定した回転運動が得られないことにな
る。また、保持エネルギ−値とは指針が外部衝撃を受け
て保持ポテンシャルを乗り越えて針飛び現象を起こさな
いように保持するために必要なエネルギ−値のことであ
る。

【０００７】近年の電子時計においては、数年に一度の
電池交換の煩わしさが指摘されており、電池交換を不要
にすることが望まれている。この対策として電池容量の
増加や低消費電力化などが考えられるが、腕時計として
の外形寸法の制約から大型の電池は使用できない、ステ
ップモ−タ自身の改善も限界に近づいており飛躍的な消
費電力の低減はできないなど、従来のやり方では大きな
期待はできない状況ににある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このような状況下、い
かにして電子時計のさらなる低消費電力化を進め、電池
交換が不要なシステムを実現するかが大きな課題であ
る。その低消費電力化を図るためには上述したように保
持エネルギ−値を小さくすることが必要である。そのた
めにはステップモ−タの保持エネルギ−値が小さくても
針飛び現象が生じないようにすることが課題となる。

【０００９】本発明は、これらの課題を解決して時計仕
様を満たしながら上述した保持エネルギ−値を小さくし
て、電子時計のさらなる低消費電力化を達成することを
目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、時刻表示する
ための指針と、静止時に指針を保持するための保持エネ
ルギ−を有し運針時にはその保持エネルギ−を越えるよ
うに駆動エネルギ−を発生するステップモ−タと、その
ステップモ−タの動きを指針に伝達するための輪列とを
有するアナログ式電子時計において、外部衝撃を受けた
際にステップモ−タが有する保持エネルギ−値よりも大
きな外乱エネルギ−を発生する指針および輪列を含む回
転体に対して、指針から輪列を介してステップモ−タの
ロ−タに至る指針等価慣性モ−メントを大きくすること
により回転体で発生する外乱エネルギ−値を保持エネル
ギ−値よりも小さくなるようにする。

【００１１】（作用）本発明者らは、アナログ式電子時
計において外部衝撃時の指針保持を維持しながらステッ
プモ−タの有する保持エネルギ−を下げることでさらな
る低消費電力化が可能となる方法を見いだし国際出願Ｐ
ＣＴ／ＪＰ９８／０００３３において開示した。この中
で各構成要素が運動を行う際のエネルギ−分配はロ−タ
等価慣性モ−メントの考え方でうまく説明されることを
示した。すなわち、回転機構の構成全体としてのロ−タ
等価慣性モ−メントと各構成要素の慣性モ−メントとの
相関は次に示す数式（１）で表わされる。 Ｊ≒Ｊｒ＋Ｊ5 ／36＋（Ｊ4 ＋Ｊs ）／900 ……（１）

【００１２】ここで三針のアナログ式電子時計を想定す
ると、Ｊは回転機構全体としてのロ−タ等価慣性モ−メ
ントを表わし、Ｊｒ、Ｊ5 、Ｊ4 、Ｊs はそれぞれロ−
タ、五番車、四番車および秒針の慣性モ−メントを表わ
す。これより、回転機構全体としてのロ−タ等価慣性モ
−メントＪが小さい方が全駆動エネルギ−は小さくなる
ことが示唆された。

【００１３】また、外乱エネルギ−値とは外部衝撃を受
けた際に、指針と、その指針と嵌合した歯車、カナおよ
び軸からなる回転体に発生する回転エネルギ−値のこと
であり、その発生メカニズムを考察することから次式
（２）を導出した。 Ｅ＝（ｖ² ／２）×（Ｍ² ／Ｉ） ……（２）

【００１４】ここで、Ｅは外部衝撃時に回転体に発生す
る外乱エネルギ−値、ｖは時計が外部衝撃を受けて並進
運動を行う際の速度、Ｍは回転体の有するモ−メント、
Ｉは指針等価慣性モ−メントであり指針から見たステッ
プモ−タのロ−タとの間の回転力伝達用の輪列を含む回
転体全体の等価慣性モ−メントを表わし次式（３）で示
される。 I=J4 ＋Ｊs ＋25×Ｊ5 ＋900 ×Ｊr ……（３）

【００１５】数式（２）および（３）よりＥｐ＞（ｖ²
／２）×（Ｍ² ／Ｉ）を満たす範囲において針飛び現象
が防止されることが示され、実際のハンマ−試験結果と
もよく一致することが確認された。

【００１６】従来のアナログ式電子時計においては、回
転機構の構成要素がサイズ的に大きいために運針動作に
多量のエネルギ−が必要となり低消費電力化には不適で
あった。このため構成要素を小さくするという考え方は
低消費電力化に対しては有効であるが、ただ単に構成要
素を小さくすると従来に比して指針等価慣性モ−メント
Ｉが小さくなるためにＭ² ／Ｉの値が大きくなりＥｐ＜
（ｖ² ／２）×（Ｍ²／Ｉ）となってしまうために結果
として外部衝撃に対して針飛び現象が発生してしまい時
計仕様を満たせなくなってしまう。これを防止するため
にはＥｐを大きくすることが必要となるが、これは低消
費電力化の方向とは全く逆である。

【００１７】これに対して本発明では従来に比して小さ
な構成要素からなる回転機構において小さくなった保持
エネルギ−Ｅｐに対してもＥｐ＞（ｖ² ／２）×（Ｍ²
／Ｉ）が成立するように指針等価慣性モ−メントＩを大
きくすることにより針飛び現象を防止し、併せてＥｐが
小さくなったことにより全エネルギ−が小さくても運針
動作ができるようになるためシステムとして低消費電力
化が達成される。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。図１は本発明の実施の形態を説明す
るための三針のアナログ式電子時計の模式断面図であ
り、基本的な構成要素は図２に示した従来の電子時計と
同じである。このため図１においても図２と同じ部材に
は同一符号を付してある。

【００１９】すなわち、秒針８の動きに注目するとステ
ップモ−タ１のロ−タ１ａと五番車２、四番車３が順次
小歯車（カナ）１１、１２を介して連結されることによ
り四番車３と秒針軸１８によって一体に結合された秒針
８が運針動作を行う。ここでは三番車４以降の説明は省
略するが分針９および時針１０についても図２に示した
ものと同様である。

【００２０】図１における２１は地板、２２は輪列受
板、２３は文字板であり地板２１と輪列受板２２との間
にステップモ−タ１のロ−タ１ａ、五番車２、四番車
３、三番車４、二番車５および日の裏車（図示せず）を
それぞれ軸支している。図示しないが筒車７は地板２１
とその上側に設けられた文字板２３との間に支持され秒
針軸１８を回転自在に嵌挿させた分針軸２４の外側に回
転自在に嵌合されている。

【００２１】図１に示す構成において、回転機構のそれ
ぞれの構成要素の有する慣性モ−メント、モ−メント、
保持エネルギ−および外部衝撃時の針飛びの有無などを
男持電子時計を従来例として、比較例および本発明につ
いて表１に示す。本実施の形態においては指針部長さが
１０．５ｍｍの通常の男持秒針を用いた。この表中のＥ
−１３は×１０^-13 を意味する。また、「←」は左欄と
同じであることを意味する。

【００２２】

【表１】

【００２３】ここで従来例としては通常の男持電子時計
の回転機構に用いられている構成要素の数値を使用し
た。比較例としては低消費電力化を図るために従来構成
要素に比して一回り小さなロ−タ、五番車、四番車（三
番車以降は省略）を作製した。本発明による男持電子時
計においては比較例と同一構成要素を基にして、図１に
示すようにロ−タ１ａの上部に比重の大きな部材１９を
付加することにより慣性モ−メントＪｒを増加させ数式
（３）に従って指針等価慣性モ−メントＩを増加させた
構成を用いた。

【００２４】今回、比較例として作製したステップモ−
タを用いて男持秒針が従来と同様に運針可能なロ−タ等
価慣性モ−メントの成立条件範囲を調べＪ≦２．２Ｊｒ
であれば運針動作に問題ないことを確認した。さらに、
秒針の運針速度が若干遅くなっても目視上は判別し難く
ほとんど支障ないため運針のための成立条件範囲として
はＪ≦２．５Ｊｒならば十分と言える。

【００２５】表１から明らかなように、従来例において
は針飛びは発生しないものの回転機構全体としてのロ−
タ等価慣性モ−メントＪが大きく、かつ保持エネルギ−
が大きいことから秒針を１秒分移動させるのに必要な入
力エネルギ−が１４５０ｎＪと非常に大きくなってしま
う。これに対して比較例のようにロ−タ等価慣性モ−メ
ントＪおよび保持エネルギ−を小さくすることにより入
力エネルギ−は６３０ｎＪと従来の半分以下に低減でき
るが外部衝撃時に外乱エネルギ−値が２３０ｎＪと保持
エネルギ−値の１６０ｎＪより大きくなるために針飛び
が発生してしまい時計仕様を満足しない状況となった。
この比較例に対して本発明による男持電子時計において
はロ−タ部に比重の大きな部材を付加することにより表
１に示したようにロ−タの慣性モ−メントＪｒを大きく
することで指針等価慣性モ−メントＩを大きくした。

【００２６】上記のようにロ−タの慣性モ−メントを大
きくすることにより指針等価慣性モ−メントＩは２．１
６Ｅ−１０kg・m² から３．２４Ｅ−１０kg・m² へと
１．５倍増加した。この結果、数式（２）の関係から外
乱エネルギ−値は２／３に減少し、本発明による男持電
子時計においては外部衝撃時に発生する外乱エネルギ−
値は１５０ｎＪと保持エネルギ−値の１６０ｎＪに比し
て小さくなり、針飛び現象は防止できた。また、この時
のＪの値は３．５Ｅ−１３kg・m²と当初Ｊｒの値１．６
Ｅ−１３kg・m²の２．２倍以下であり先の運針のための
成立条件範囲内であることからも明らかなように従来と
遜色無い運針が実現できた。

【００２７】本実施の形態のおいてはロ−タ部に部材を
付加することでＪｒを増加させたが、他にも寸法や形状
変更あるいは材質変更などによっても可能である。ま
た、Ｊｒを増加させることで数式（３）に従って指針等
価慣性モ−メントＩを増加させたがこれに限るものでは
なく他の構成要素の慣性モ−メントを大きくしてもよく
最終的に指針等価慣性モ−メントＩが大きくできれば良
い。

【００２８】システムとしての低消費電力化を図るため
に、回転機構全体としてのロ−タ等価慣性モ−メントが
小さな構成要素を作製し、ついで運針のための成立条件
から導出される範囲内で構成要素の慣性モ−メントを大
きくすることにより指針等価慣性モ−メントを大きくで
き、この結果外乱エネルギ−値を小さくできる。従来に
比して小さな値に設定された外乱エネルギ−値を上回る
保持エネルギ−値であれば指針の保持が保証されるため
従来に比して大幅な低消費電力化が達成できる。

【００２９】本実施の形態においては三針時計の秒針を
例に説明したが、二針時計の分針についても同様に適用
できる。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば、指針等価慣性モ−メン
トを大きくすることによって外部衝撃時の外乱エネルギ
−値を小さくでき、この結果、低消費電力化を図りなが
ら針飛び現象を防止できる。この手法によれば秒針部に
は何ら細工する必要がないため従来に比して外観品質や
デザインに制約が加わることもない。

【００３１】また、数式（２）から明らかなように（Ｍ
² ／Ｉ）の値を小さくできれば小さな外乱エネルギ−値
が得られ、結果として小さな保持エネルギ−値で済むた
めにより低消費電力化できる。このことからモ−メント
Ｍを小さくする工夫と本発明を組み合わせることにより
さらに大きな効果が得られることは明らかである。ある
いは本発明を用いることでさらに大きなモ−メントＭを
有する指針を使用することも可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す三針アナログ式電子時
計の断面模式図。

【図２】従来のアナログ式電子時計におけるステップモ
−タから輪列を経て針に力が伝達される様子を示す模式
斜視図。

【符号の説明】

１ ステップモ−タ １ａ ロ−タ １ｂ ステ−タ １ｃ コイル ２ 五番車 ３ 四番車 ４ 三番車 ５ 二番車 ６ 日の裏車 ７ 筒車 ８ 秒針 ９ 分針 １０ 時針 １１ ロ−タナカ １２ 五番カナ １３ 四番カナ １４ 三番カナ １５ 二番カナ １６ 日の裏カナ １８ 秒針軸 １９ 付加部材 ２１ 地板 ２２ 輪列受板 ２３ 文字板 ２４ 分針軸

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 一男 埼玉県所沢市大字下富字武野840番地 シ チズン時計株式会社技術研究所内 (72)発明者 島内 岳明 埼玉県所沢市大字下富字武野840番地 シ チズン時計株式会社技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 時刻表示するための指針と、静止時に前
   記指針を保持するための保持エネルギ−を有し運針時に
   はその保持エネルギ−を越えるように駆動エネルギ−を
   発生するステップモ−タと、前記ステップモ−タの動き
   を前記指針に伝達するための輪列とを有するアナログ式
   電子時計において、外部衝撃により前記ステップモ−タ
   が有する保持エネルギ−値よりも大きな外乱エネルギ−
   を発生する前記指針および輪列を含む回転体に対して、
   前記指針から輪列を介して前記ステップモ−タのロ−タ
   に至る指針等価慣性モ−メントを大きくすることにより
   前記回転体で発生する外乱エネルギ−値を前記保持エネ
   ルギ−値よりも小さくなるようにしたことを特徴とする
   アナログ式電子時計。
2. 【請求項２】 請求の範囲第１項記載のアナログ式電子
   時計において、前記回転体の有するモ−メントをＭ、前
   記指針から輪列を介して前記ステップモ−タのロ−タに
   至る指針等価慣性モ−メントをＩ、時計が外部衝撃を受
   けて並進運動を行う際の速度をｖ、前記ステップモ−タ
   の有する保持エネルギ−をＥｐとした時に、Ｅｐ＞（ｖ
   ² ／２）×（Ｍ² ／Ｉ）の関係を満足するように、前記
   Ｉが設定されていることを特徴とするアナログ式電子時
   計。