JP2009258038A - 電子制御式機械時計 - Google Patents

Abstract

【課題】最小トルクTg0から最大ブレーキトルクTbのレンジを広く確保でき、持続時間を長くでき、かつ、効率も向上できる電子制御式機械時計を提供すること。
【解決手段】電子制御式機械時計１は、ぜんまいと、発電機７と、発電機７の回転周期を制御して輪列に制動をかけて調速する制御回路と、回転駆動装置９５とを備える。発電機７は、ロータ配置穴７５の周縁部に磁気抵抗極大部が設けられたステータ７２と、ロータ８と、ステータ７２とロータ８間に配置され、磁性材料で構成された補助磁気回路部材９３を備える回転ヨーク９０とを備える。回転駆動装置９５は、回転ヨーク９０を、ぜんまいが巻き解けたときは補助磁気回路部材９３が磁気抵抗極大部に近づく方向に回転し、ぜんまいが巻き上げられたときには補助磁気回路部材９３が磁気抵抗極大部から離れる方向に回転する。
【選択図】図３

Description

本発明は、電子制御式機械時計に関する。

従来、時計として、ぜんまいなどから解放された機械エネルギを電気エネルギに変換し、この電気エネルギによって輪列を調速する電子制御式機械時計が知られている。詳述すると、このような電子制御式機械時計では、ぜんまいにより輪列を介して駆動される磁石付きのロータと、ロータが回転可能に配置されるステータと、ステータの一部に巻き回されるコイルとを有する発電機（電磁変換機）が設けられている。ぜんまいから解放された機械エネルギによって輪列が回転すると、この回転運動がロータに伝達されてロータが回転し、電磁誘導によってコイルに起電力が発生する。そして、この起電力によって制御回路を駆動し、前記コイル両端をショートさせてショートブレーキを加えてロータの回転速度を調速することにより、輪列に制動をかけて当該輪列を調速する。

このような電子制御式機械時計において、発電機（調速機）に加えることができる最大ブレーキトルクTbはコイルAT（アンペアターン）と鎖交磁束量φにより決まり、発電機を駆動する最小トルクTg0は鎖交磁束量によって決まる。すなわち、鎖交磁束量φが低下すると、最大ブレーキトルクTbおよび最小トルクTg0は共に低下し、鎖交磁束量φが増加すると、最大ブレーキトルクTbおよび最小トルクTg0も増加する関係にある。

一方、時計を駆動するエネルギ源となるぜんまいの出力トルクTはある変動範囲を持っている。
そして、ぜんまいトルクＴが前記最小トルクTg0未満になれば、発電機を駆動することができない。
一方、ぜんまいトルクＴが最大ブレーキトルクTbを超えた場合は、発電機に十分なブレーキ力を加えることができない。このため、輪列を介してぜんまいで駆動される指針の運針速度を一定に維持できないため、時計として機能しなくなる。
従って、時計の持続時間は、最小トルクTg0＜ぜんまいトルクＴ＜最大ブレーキトルクTbが成立する範囲のぜんまい巻数になるため、最大ブレーキトルクTbから最小トルクTg0までのレンジが広いほど持続時間を延ばすことができる。このレンジを広げるには、最小トルクTg0を下げたり、最大ブレーキトルクTbを上げればよい。

そこで、最小トルクTg0を下げるために、磁気回路を構成する磁性材料にアモルファス金属を用いることで鉄損を減少させる手段が知られている（例えば特許文献１参照）。
また、最大ブレーキトルクTbを上げる手段としては、チョッピング信号を切り替えることで、ブレーキ実効値を切り替える手段が知られている（例えば特許文献２参照）。

特許第３５５１４３３号公報 特開２００５−２８３６０１号公報

しかしながら、上記特許文献１のように磁気回路内の鉄損を減少させて最小トルクTg0を下げる手段は、最大ブレーキトルクTbも下げる結果になるため、結果として持続時間に重要な最小トルクTg0から最大ブレーキトルクTbのレンジを広げることができないという問題があった。
また、特許文献２のような方法の場合でも、最大ブレーキトルクTbの最大値は鎖交磁束量φにより決まるため、それ以上に最大ブレーキトルクTbを上げる場合は鎖交磁束量φを大きくする必要がある。この場合、最小トルクTg0も上昇してしまうため、結果として最小トルクTg0から最大ブレーキトルクTbのレンジを広げることができないという問題があった。

本発明は、最小トルクTg0から最大ブレーキトルクTbのレンジを広く確保でき、持続時間を長くでき、かつ、効率も向上できる電子制御式機械時計を提供することを目的とする。

本発明の電子制御式機械時計は、ぜんまいと、前記ぜんまいに連結された輪列により駆動されて発電する発電機と、前記発電機が発電した電力により駆動され、前記発電機の回転周期を制御することにより前記輪列に制動をかけて前記輪列を調速する制御回路と、回転駆動装置とを備えた電子制御式機械時計であって、前記発電機は、巻線されたコイルおよびロータ配置穴を有し、かつ、前記ロータ配置穴の周縁部に磁気抵抗極大部が設けられた磁気回路形成部材と、前記磁気回路形成部材のロータ配置穴に配置され、かつ、永久磁石を有するロータと、前記磁気回路形成部材と前記ロータとの間に配置され、かつ、磁性材料で構成された補助磁気回路部材を備える回転部材とを備え、前記回転駆動装置は、前記回転部材をぜんまいの巻数と連動して回転するとともに、前記ぜんまいが巻き解けたときには、前記補助磁気回路部材が前記磁気回路形成部材の磁気抵抗極大部に近づく方向に、前記回転部材を回転し、前記ぜんまいが巻き上げられたときには、前記補助磁気回路部材が前記磁気抵抗極大部から離れる方向に、前記回転部材を回転することを特徴とする。

本発明によれば、ぜんまいが巻き上げ（巻き締め）られてぜんまいトルクが大きくなった場合は、補助磁気回路部材は磁気抵抗極大部から離れる方向に回転する。このため、磁気抵抗極大部の近くに補助磁気回路部材がある場合に比べると、磁気回路形成部材のコイル内を通る鎖交磁束量が増加し、その分、最大ブレーキトルクTbを大きくできる。
一方、ぜんまいが巻き解けたときは、補助磁気回路部材は磁気抵抗極大部に近づく方向に回転する。そして、磁気抵抗極大部に補助磁気回路部材が近づくと、磁気回路形成部材を通らずに磁気抵抗極大部を通ってループする磁束が増加するため、磁気回路形成部材に流れる鎖交磁束量が減少し、最小トルクTg0を小さくすることができる。
すなわち、回転駆動装置は、ぜんまいトルクの変動に従って、磁気抵抗極大部に対する補助磁気回路部材の位置を移動し、磁気回路形成部材のコイル内を通る鎖交磁束量を調整している。
これにより、本発明は、鎖交磁束量を調整しない場合に比べて、最小トルクTg0から最大ブレーキトルクTbのレンジを広くすることができ、時計の長持続化および高効率化を実現できる。

本発明において、前記磁気抵抗極大部は、前記ロータ配置穴の周縁部において、前記ロータの回転軸を挟んだ対称位置に一対設けられ、前記回転部材は、前記ロータ配置穴の内周面に沿って配置され、かつ、非磁性材料で構成された筒状部を備え、前記補助磁気回路部材は、前記筒状部において、前記ロータの回転軸を挟んだ対称位置に一対設けられていることが好ましい。

本発明によれば、回転部材に筒状部を設け、この筒状部をロータ配置穴の内周面に沿って配置しているので、回転部材を回転する際に、ロータ配置穴でガイドしながら移動でき、回転部材を安定して回転でき、回転部材に設けられた補助磁気回路部材も安定してスムーズに移動できる。

本発明において、前記回転駆動装置は、前記ぜんまいが巻き解けた状態および巻き上げられた状態の一方から他方に変化する間に前記回転部材を９０度回転し、前記ぜんまいが巻き解けた状態では前記各補助磁気回路部材が前記各磁気抵抗極大部に隣接する位置に前記回転部材を回転し、前記ぜんまいが巻き上げられた状態では前記各補助磁気回路部材が前記各磁気抵抗極大部から等距離となる位置に前記回転部材を回転することが好ましい。

本発明によれば、ぜんまいの巻き上げ状態に応じて前記回転部材を最大９０度回転できるので、ロータの回転軸を挟んだ対称位置に一対設けられ、つまりロータ配置穴に沿って１８０度間隔で配置された磁気抵抗極大部に対し、ロータの回転軸を挟んだ対称位置に一対設けられた補助磁気回路部材を、最も近接する位置から最も離れた位置まで移動することができる。このため、コイルに鎖交する磁束量の変化量を最大にでき、前記鎖交磁束量の変化量に応じた最小トルクTg0から最大ブレーキトルクTbのレンジも最大限広くでき、時計の長持続化および高効率化を実現できる。

本発明において、前記回転駆動装置は、前記ぜんまいにエネルギを蓄積するための巻き上げ輪列と、前記ぜんまいが巻き解けた時の回転が伝達される巻き戻り輪列と、前記巻き上げ輪列から伝達される回転力によって前記回転部材を第１方向に回転し、前記巻き戻り輪列から伝達される回転力によって前記回転部材を第１方向とは逆方向の第２方向に回転するぜんまい連動輪列とを備えることが好ましい。

本発明では、前記回転部材を回転するぜんまい連動輪列は、ぜんまいの巻き上げ輪列および巻き戻り輪列によって駆動されるため、回転駆動装置は、ぜんまいの巻き上げ状態（巻数）に確実に連動させて回転部材つまり補助磁気回路部材を回転することができる。
このため、鎖交磁束量をぜんまいの巻数に応じて確実に変化させることができ、最小トルクTg0から最大ブレーキトルクTbのレンジも広くできて時計の長持続化および高効率化を実現できる。
さらに、前記巻き上げ輪列および巻き戻り輪列は、ぜんまいの巻数に連動するパワーリザーブ表示機構輪列と兼用できるため、パワーリザーブ表示機構輪列を備えていれば、パワーリザーブ表示を行うことができるとともに、輪列を兼用できてコスト増を抑えることができる。

本発明において、前記回転部材は、前記ロータの回転軸の一方の端部を軸支する軸受部材を備えることが好ましい。

前記回転部材がロータの回転軸の一方の端部を軸支する軸受部材を備えていれば、回転部材を基準にロータが配置され、ロータと回転部材つまり補助磁気回路部材との位置関係を精度良く設定でき、回転部材を回転させた際に、ロータと補助磁気回路部材との間隔を一定に維持できる。このため、回転部材を回転させた際に、ロータと補助磁気回路部材の間隔の変動による影響を無くすことができ、磁気抵抗極大部と補助磁気回路部材との距離の変化のみで前記鎖交磁束量が変化するため、ロータと補助磁気回路部材の間隔も変動する場合に比べて鎖交磁束量の変化のばらつきを無くすことができ、安定した制御を行うことができる。

本発明において、前記回転部材は、円筒状の筒状部を備え、前記磁気回路形成部材は、２つのステータ本体を備えて構成され、前記各ステータ本体は、略半円状の凹部からなるロータ配置穴形成部を備え、かつ、前記ロータ配置穴形成部を前記回転部材の筒状部の外周面に当接させて位置決めされていることが好ましい。

本発明によれば、回転部材がステータ本体の位置決め部材を兼用しているので、別途、位置決め部材を設ける場合に比べて部品数を少なくでき、コストも低減できる。

以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以降の説明において、既に説明した構成と同様の構成については、同一符号を付して、説明を省略もしくは簡略化する。
〔第１実施形態〕
図１には、本発明の第１実施形態に係る電子制御式機械時計１の概略平面図が示されている。電子制御式機械時計１は、ぜんまい１０と、ぜんまい１０による機械的エネルギで駆動される駆動輪列２０と、ぜんまい１０の機械的エネルギの残量を表示するぜんまい残量表示機構３０とを備えている。

［ぜんまい］
ぜんまい１０は、香箱１１に収納されており、このぜんまい１０の外端は、時計１が手巻き時計の場合には、香箱１１の外周に形成された香箱歯車１２に固定されており、また時計１が自動巻時計の場合には、香箱１１の内周に当接され、所定値以上のトルクが付加されるとぜんまい１０が香箱１１内周に対して滑るように構成されている。また、ぜんまい１０の内端は、香箱１１の中心に設けられた香箱真１３に固定されており、香箱真１３は、角穴車（図示略）と一体的に回転可能な香箱真かな１４とともに、一体的に回転可能となっている。角穴車は、図示しない巻き上げ部に接続されており、巻き上げ部の一部である巻真を回転させると、角穴車が回転し、ぜんまい１０が巻き上げられるようになっている。

［駆動輪列］
駆動輪列２０は、香箱歯車１２と噛み合う二番車２、二番車２と噛み合う三番車３、二番車２と同軸上に配置されて三番車３と噛み合う四番車４、四番車４と噛み合う五番車５、五番車５と噛み合う六番車６により構成された増速輪列である。二番車２と一体の図示しない筒かなには分針が取り付けられ、筒かなから日の裏車を介して回転が伝達される筒車には時針が取り付けられる。また、四番車４の軸部先端には秒針が取り付けられる。さらに、本実施形態では、最も高速となる六番車６の回転は発電機７のロータ８に伝達される。

発電機７で発電された電気的エネルギは、回路基板１００に設けられたＩＣや水晶振動子等で構成された制御回路１０１に供給され、制御回路１０１を駆動している。制御回路１０１は、発電機７のコイルをショートさせることなどで、ロータ８の回転制御を行い、駆動輪列２０を調速するように構成されている。

［ぜんまい残量表示機構］
図２には、ぜんまい残量表示機構３０の部分拡大図が示されている。図１および図２に示されるように、ぜんまい残量表示機構３０は、巻き上げ輪列４０と、巻き戻り輪列５０と、パワーリザーブ表示輪列６０とを備えている。

巻き上げ輪列４０は、図２，３に示すように、香箱真かな１４に噛合される第一遊星伝え車４１と、この第一遊星伝え車４１に噛合する第二遊星伝え車４２と、第二遊星伝え車４２に噛合する第三遊星伝え車４３と、第三遊星伝え車４３に噛合する第二太陽車４４と、第二太陽車４４に噛合する第一の遊星車４５Ａおよびこの第一の遊星車４５Ａと一体とされた第二の遊星車４５Ｂを有する遊星車４５と、第二太陽車４４と同軸上に配置され、遊星車４５を遊星回転可能に固定する遊星中間車４６と、第二の遊星車４５Ｂに噛合する太陽車４７とを備えている。

一方、巻き戻り輪列５０は、出力車としての太陽車４７と、遊星車４５と、遊星中間車４６と、遊星中間車４６に噛合する第五遊星伝え車５１と、第五遊星伝え車５１に噛合する第四遊星伝え車５２とを備えて構成される。第四遊星伝え車５２は、香箱歯車１２に噛合されている。

パワーリザーブ表示輪列６０は、図３にも示すように、太陽車４７のかな４７Ａに噛合する円弧歯車６１と、円弧歯車６１に噛合するとともに、パワーリザーブ針６３が固定されるパワーリザーブ針車６２とを備えて構成される。円弧歯車６１は、中心軸６１Ａを中心とする仮想円上の二箇所に部分的に円弧状に複数の歯が形成されており、一方が太陽車４７のかな４７Ａに噛合され、他方がパワーリザーブ針車６２に噛合されている。このような円弧歯車６１によれば、太陽車４７の回転運動が円弧歯車６１を介してパワーリザーブ針車６２に伝達されることにより、パワーリザーブ針６３のレイアウトの自由度を高めることができる。

このような巻き上げ輪列４０、巻き戻り輪列５０、およびパワーリザーブ表示輪列６０によれば、ぜんまい１０の巻上げ操作で香箱真かな１４が回転されると、そのトルクは第一遊星伝え車４１から順次減速して第二遊星伝え車４２、第三遊星伝え車４３、第二太陽車４４、遊星車４５、および太陽車４７に伝達されるようになっている。ここで、ぜんまい１０の巻上げ時には香箱歯車１２は回転が遅くほぼ停止状態の為、遊星中間車４６から第四遊星伝え車５２までは固定状態とされ、遊星車４５はその場で回転して太陽車４７を回転させる。太陽車４７に伝達されたトルクは円弧歯車６１、およびパワーリザーブ針車６２に伝達され、パワーリザーブ針６３が回動するようになっている。

また、ぜんまい１０が巻戻る時には、香箱真かな１４が停止しているために、第一遊星伝え車４１から第二太陽車４４までは停止している。そして、香箱歯車１２が回転されると、そのトルクは第四遊星伝え車５２から順次減速して第五遊星伝え車５１、および遊星中間車４６に伝達される。この際、第二の遊星車４５Ｂが噛合している第二太陽車４４が停止しているため、遊星車４５は第二太陽車４４の回りを自転しながら公転する。これにより、第一の遊星車４５Ａに噛合している太陽車４７がぜんまい１０の巻上げ操作時とは逆方向に回転する。この太陽車４７に伝達されたトルクは、円弧歯車６１、およびパワーリザーブ針車６２に伝達され、パワーリザーブ針６３が巻き上げ操作時とは逆方向に回動するようになっている。

なお、本実施形態では、香箱歯車１２（香箱真かな１４）から太陽車４７まで減速比は１／２７に設定されており、ぜんまい１０の巻数が「７．５」の場合（回転角は３６０°×７．５＝２７００°）、太陽車４７つまりパワーリザーブ針６３は１００°回動するように設定されている。ここで、これらの減速比およびパワーリザーブ針６３の作動角の設定は、時計１の大きさや、仕様などによって適宜設定されればよい。

また、太陽車４７には、香箱真かな１４が回転するとぜんまい１０の巻上げ量に対応したトルクが伝達されて所定方向の回転として加算され、ぜんまい１０が巻き戻されて香箱歯車１２が回転するとぜんまい１０の巻戻し量に対応したトルクが伝達されて反対方向の回転として減算される。従って、太陽車４７を共通に含んだ巻き上げ輪列４０および巻き戻り輪列５０によりぜんまい１０の巻数が算出され、太陽車４７の回転位置によりぜんまい１０の巻数が示される。

［発電機］
以下に、本実施形態の時計１の発電機７について詳述する。
発電機７は、図１に示すように、ロータ８と、ロータ８が回転可能に配置されるステータ７２と、ステータ７２の一部に巻き回されるコイル７３Ａ，７３Ｂとを備えて構成されている。
ロータ８は、図３に示すように、２極の永久磁石であるロータ磁石８１と、六番車６に噛み合うロータかな８２と、ロータ８の回転ムラを抑制する慣性板８３と、回転軸８４とを備えて構成されている。

ステータ７２は、図１に示すように、ロータ８が一端側に配置される一対のステータ本体７２Ａ，７２Ｂを備えている。前記コイル７３Ａ，７３Ｂは、ステータ本体７２Ａ，７２Ｂにそれぞれ巻線されている。

ステータ本体７２Ａ，７２Ｂは、略並列に配置されている。このステータ本体７２Ａ，７２Ｂは、アモルファス（非晶質）合金の薄膜からなるアモルファス金属層が接着層を挟んで２０層程度に積層されたものであり、０．５０ｍｍの厚みの板状に構成されている。この厚みにより、ステータ本体７２Ａ，７２Ｂに囲まれるロータ８に外部からの磁束が影響するのを防止している。なお、各アモルファス金属層は、互いに接着層によって接着されている。

各ステータ本体７２Ａ，７２Ｂの一端側には、図４に示すように、それぞれ半円弧状のロータ配置穴形成部７５Ａ，７５Ｂが形成されている。そして、これらの各ロータ配置穴形成部７５Ａ，７５Ｂによって、円形のロータ配置穴７５が形成されている。

このロータ配置穴７５内には、図３〜５に示すように、回転部材としての回転ヨーク９０が配置されている。
回転ヨーク９０は、黄銅（ＢＳ）などの非磁性材料で構成され、地板に回転可能に支持されている。回転ヨーク９０は、底部９０Ａと、略円筒状の筒状部９０Ｂとを備えて構成されている。
回転ヨーク９０の底部９０Ａには、ロータ８の回転軸８４の一方の端部を軸支する軸受９１が設けられている。さらに、底部９０Ａには、後述する円弧歯車９６に噛み合う歯車９２が設けられている。

回転ヨーク９０の筒状部９０Ｂには、磁性材料からなる補助磁気回路部材９３が取り付けられている。この補助磁気回路部材９３は２つ設けられ、筒状部９０Ｂの開口に沿った１８０度位置つまり互いに対向する位置にそれぞれ取り付けられている。なお、図３においては、六番車６とロータかな８２の噛み合い部と、歯車９２と円弧歯車９６の噛み合い部を図示するため、回転ヨーク９０の断面は１８０度方向ではない。このため、補助磁気回路部材９３は一方のみが図示されている。

そして、前記ロータ配置穴形成部７５Ａ，７５Ｂは、前記回転ヨーク９０の筒状部９０Ｂの外周面に当接されて位置決めされている。この際、図５にも示すように、ステータ本体７２Ａ，７２Ｂ間に所定の間隔のギャップが形成されるように設定されている。これにより、各ロータ配置穴形成部７５Ａ，７５Ｂは、共に同一の円周上に配置され、ロータ配置穴７５を形成する。このロータ配置穴７５の中心に、ロータ８が配置される。

なお、ステータ本体７２Ａ，７２Ｂの他端側は、互いに密着されてステータ本体７２Ａ，７２Ｂ間の磁気導通部を構成している。
このようなステータ本体７２Ａ，７２Ｂの一端側および他端側には、それぞれ固定孔７６が形成され、これらの固定孔７６には固定ピン（図示略）が挿入される。この固定ピンは地板に圧入され、これによりステータ本体７２Ａ，７２Ｂも地板に取り付けられる。

このような本実施形態の発電機７では、ロータ磁石８１のＮ極から発生する磁束は、ステータ本体７２Ａおよびステータ本体７２Ｂのうち、一方のステータ本体から各ステータ本体７２Ａ，７２Ｂの他端側の磁気導通部を介して他方のステータ本体を通り、ロータ磁石８１のＳ極に到達する。このようにして、本実施形態の発電機７には、環状の磁気回路が形成される。なお、前記ギャップ（エアギャップ）は、ステータ本体７２Ａ，７２Ｂ同士が所定間隔離れているため、ステータ本体７２Ａ，７２Ｂで構成される磁気回路において最も磁気抵抗が大きな磁気抵抗極大部７７となる。

従って、本実施形態では、ステータ本体７２Ａ，７２Ｂと、これらのステータ本体７２Ａ，７２Ｂに巻線されたコイル７３Ａ，７３Ｂとで磁気回路形成部材が構成されている。
そして、この磁気回路形成部材には、ロータ配置穴７５が形成されるとともに、ロータ配置穴７５の周縁部には、エアギャップからなる磁気抵抗極大部７７が設けられている。
この際、磁気抵抗極大部７７は、ロータ磁石８１の回転中心を挟んだ対称位置に一対設けられている。
また、回転ヨーク９０の筒状部９０Ｂに設けられた補助磁気回路部材９３も、ロータ磁石８１の回転中心を挟んだ対称位置に一対設けられている。

［回転駆動装置］
電子制御式機械時計１は、ぜんまい１０の巻数に連動して前記回転ヨーク９０を回転する回転駆動装置９５を備えている。
回転駆動装置９５は、前記巻き上げ輪列４０と、巻き戻し輪列５０と、円弧歯車９６とを備えている。
円弧歯車９６は、図１〜４に示すように、中心軸９６Ａを中心とする仮想円上の二箇所に部分的に円弧状に複数の歯が形成されており、一方が太陽車４７のかな４７Ａに噛合され、他方が回転ヨーク９０の歯車９２に噛合されている。このような円弧歯車９６によれば、太陽車４７の回転運動が円弧歯車９６を介して回転ヨーク９０に伝達される。
この際、回転駆動装置９５は、前記ぜんまい１０が巻き上げられた状態および巻解けた状態のいずれか一方から他方に変化する間に、前記回転ヨーク９０が９０度回転するように設定されている。すなわち、回転駆動装置９５では、ぜんまい１０から回転ヨーク９０までの歯数比を、前記ぜんまい１０が巻き上げられた状態および巻解けた状態に変化した際に回転ヨーク９０が９０度回転するように設定されている。

［電子制御式機械時計の持続性能］
次に、前述のような構成の電子制御式機械時計１における持続性能に関し、説明する。
電子制御式機械時計１の持続性能は、ぜんまいトルクの変動範囲と調速機である発電機７のブレーキ性能による決まる。機械時計にも使われるぜんまい１０の出力トルクは、図６に示されるような変動範囲を持っている。たとえば、外径φ30mmのムーブメントにおいて、最大トルクThが1.1768Nm（120gcm）であり、このときの巻数Ｎが10.5であるとする。また、時計の最小トルクTg0が0.4413Nm（45gcm）、最大ブレーキトルクTbが最大トルクThと同じ1.1768Nm（120gcm）であるとする。この場合、持続時間は10.5-3.0＝7.5巻分となり、持続時間に換算すると７２時間となる。

ここで最小トルクTg0は、「軸受損失」、「磁気回路内の鉄損」、「ICを駆動するエネルギ」の合計値によって決まる。なかでも約５０%を鉄損が占めており、最小トルクTg0値を決定する大きな要因となっている。磁気回路の鉄損は、材料と磁束変化の振幅、磁束変化の周波数によって決まる。具体的には以下に示すとおりである。

鉄損＝ヒステリシス損失Wh＋渦電流損失We
Wh＝α×Bm^β×d⁻¹（α、β：材料により決まる定数，Bm：最大磁束密度，d：材料厚み)
We＝γ×(1／ρ)×d×f^0.75×Bm²(γ：材料により決まる定数，ρ：比抵抗，f：周波数)
Bm＝φ÷(コイル鉄心の断面積) (φ：磁束量)

一方、最大ブレーキトルクTbはコイルに流れる電流によって発生するジュール熱と鉄損の合計にほぼ等しい。
Tb＝N²×φ²×ω×R⁻¹＋鉄損(N：コイル巻数，φ：磁束量，ω：ロータ角速度，R：コイル抵抗)

上記の関係式より、ステータ材料やコイルの体積を変えずに最小トルクTg0を下げたり、最大ブレーキトルクTbを上げるにはφを変化させるしかないことが分かる。
しかし、図７に示すように、最小トルクTg0と最大ブレーキトルクTbは、連動して変化するため、従来の方式では最小トルクTg0および最大ブレーキトルクTb間のレンジを広げるためには、φを大きな値に設定する必要があった。しかし、この場合はトルクが全体的に上昇してしまうため、エネルギ源であるぜんまいを大きくしなくてはならず、時計の大型化が必要になってしまうという致命的な欠点を持っていた。

これに対し、本実施形態では、前記ぜんまい１０の状態に応じて回転ヨーク９０を回転させて、磁気抵抗極大部７７に対する補助磁気回路部材９３の位置を変えることで、ステータ７２に流れる磁束量φを変化させることができるため、回転ヨーク９０を回転させることで、最小トルクTg0を下げたり、最大ブレーキトルクTbを上げることができ、最小トルクTg0および最大ブレーキトルクTbのレンジを大きくすることができる。

すなわち、従来、ロータ８の周辺の磁束は、図８のようになっており、ステータ７２に設けられた磁気抵抗極大部７７（エアギャップ）によってコイルに鎖交する磁束量が決まることが分かる。すなわち、ロータ磁石８１からの磁束は、ステータ本体７２Ａ，７２Ｂを通ってコイル７３Ａ，７３Ｂに鎖交する磁束と、ロータ磁石８１の周囲でループし、ステータ本体７２Ａ，７２Ｂを通らない磁束とに分かれる。ここで、ロータ磁石８１の周囲でループする磁束量は、磁気抵抗極大部７７を通るため、磁気抵抗極大部７７の磁気抵抗、具体的には磁気抵抗極大部７７において磁気回路を構成する部材の断面積によって制御される。

すなわち、本実施形態では、磁気抵抗極大部７７は、ステータ本体７２Ａ，７２Ｂ間に所定寸法のギャップ（間隔）が設けられているため、磁気抵抗極大部７７には磁気回路を構成する磁性部材は配置されておらず、その断面積もゼロとなる。
この磁気抵抗極大部７７は、ステータ７２に流す磁束量に応じて設定すればよく、本実施形態のようなエアギャップ(断面積ゼロ)からロータ磁石８１の持つ磁束量が飽和しない範囲(断面積0.05mm²程度)に設計される。

そして、本実施形態では、回転ヨーク９０を回転させて磁気抵抗極大部７７に対する補助磁気回路部材９３の位置を移動させることで、磁気抵抗極大部７７の断面積を変化させることと同等の効果を得ることができる。
すなわち、ぜんまい１０が巻き締まったとき、つまりぜんまいトルクが大きなときには、図９に示すように、回転ヨーク９０の補助磁気回路部材９３を磁気抵抗極大部７７から離れた位置に移動しているので、鎖交磁束量を増やすことができ、ブレーキトルクTbを大きくできる。
一方、ぜんまい１０が巻き解けたとき、つまりぜんまいトルクが小さなときには、図１０に示すように、回転ヨーク９０の補助磁気回路部材９３を磁気抵抗極大部７７に隣接する位置に移動しているので、補助磁気回路部材９３を通ってロータ磁石８１の周囲でループする磁束量が増加し、その分、ステータ７２を通る鎖交磁束量を減らすことができ、駆動最小トルクTg0を小さくできる。

このような本実施形態によれば、次のような効果が得られる。
（１）補助磁気回路部材９３を備える回転ヨーク９０を設け、この回転ヨーク９０をぜんまい１０の巻き上げ状態に応じて回転して、ステータ７２の磁気抵抗極大部７７に対する補助磁気回路部材９３の位置を移動できるようにしたので、ぜんまい１０の巻き上げ状態に応じて磁気抵抗極大部７７の磁気抵抗を変化でき、ステータ７２を流れる磁束量φを変化させることができる。
このため、ぜんまい１０を巻き上げてぜんまいトルクが大きなときには、鎖交磁束量を増やして最大ブレーキトルクTbを大きくすることができ、ぜんまい１０が巻き解けてぜんまいトルクが小さくなったときは、鎖交磁束量が小さくなるので駆動最小トルクTg0を小さくすることができる。
以上の効果により最小トルクTg0および最大ブレーキトルクTb間のレンジを大きくすることができ、その分、電子制御式機械時計１の持続時間を長くすることができる。また、従来の電子制御式機械時計と同じ持続時間でよい場合には、ぜんまい１０のサイズつまり電子制御式機械時計１のサイズを小さくでき、小型の電子制御式機械時計１を実現することができる。

（２）また、ぜんまい１０が巻き解けてぜんまいトルクが小さくなったときは、鎖交磁束量が小さくなるので、起動時のコギングトルクを下げることができ、ロータ８の起動性を改善することができる。すなわち、ステータ７２を鎖交する磁束量が大きいと、ロータ８のコギングトルクが大きくなり、ぜんまいトルクが小さくなるとロータ８を起動できないおそれがある。
これに対し、本実施形態では、ぜんまいトルクが小さい場合には、同時にステータ７２を通る鎖交磁束量も小さくなるため、コギングトルクも小さくなる。従って、ぜんまいトルクが小さい場合でも、ロータ８を起動することができ、その起動性を改善することができる。

（３）回転ヨーク９０を回転する回転駆動装置９５として、パワーリザーブ機構にも用いられる巻き上げ輪列４０、巻き戻し輪列５０を利用しているので、ぜんまい１０の巻き上げ状態（巻数）に連動して回転ヨーク９０を確実に回転することができる。その上、パワーリザーブ機構を備えている電子制御式機械時計１に対しては、回転ヨーク９０と円弧歯車９６とを追加するだけで実現できるため、コスト増も最小限に抑えることができ、低コストで持続時間などの性能を向上することができる。

（４）前記回転ヨーク９０は、磁気回路形成部材であるステータ本体７２Ａ，７２Ｂの位置決め部材を兼ねているので、ステータ本体７２Ａ，７２Ｂの位置決め部材（位置決めピン）を別途設ける必要が無く、部品点数やコストの増加を抑えることができる。

（５）前記回転ヨーク９０は、ロータ８の軸受けを兼ねているので、別途ロータ８の軸受けを設ける場合に比べて部品点数を減少できる。
その上、ステータ本体７２Ａ，７２Ｂを回転ヨーク９０に当接させて位置決めしており、かつ、回転ヨーク９０がロータ８の軸受けを兼ねているので、ステータ本体７２Ａ，７２Ｂおよびロータ８を共に回転ヨーク９０を基準に位置決めできる。このため、ステータ本体７２Ａ，７２Ｂおよびロータ８を正確にかつ容易に位置決めして設置することができる。

〔変形例〕
なお、本発明は、前記各実施形態に限らない。
例えば、前記実施形態では、回転ヨーク９０はパワーリザーブ機構を利用して回転していたが、回転ヨーク９０を回転する専用の輪列を設けて実現してもよい。要するに、ぜんまい１０の巻数に応じて回転ヨーク９０を回転できるものであればよい。

また、前記回転ヨーク９０は、磁気回路形成部材であるステータ本体７２Ａ，７２Ｂの位置決め部材を兼ねていたが、ステータ本体７２Ａ，７２Ｂの位置決め部材を別途設けてもよい。
さらに、回転ヨーク９０は、ロータ８の軸受けを兼ねていたが、ロータ８の軸受けは別途設けてもよい。

磁気回路形成部材は、前記実施形態のように、２つのステータ本体７２Ａ，７２Ｂで構成されるものに限らず、前記磁気抵抗極大部７７が連結された一体のステータで構成されたものでもよい。

さらに、回転駆動装置９５は、前記実施形態では、回転ヨーク９０を９０度回転させるものであったが、その回転角度は９０度回転させるものに限定されない。例えば、回転駆動装置９５としては、回転ヨーク９０を４５度回転させるものでもよいし、６０度程度回転させるものでもよく、要するに、補助磁気回路部材９３を磁気抵抗極大部７７に近づく方向および離れる方向に移動できて、ステータ７２の鎖交磁束量を変化できるものであればよい。但し、回転角度が小さいと、鎖交磁束量の変化量も小さくなるため、回転駆動装置９５としては、回転ヨーク９０を最大４５〜９０度程度回転できるものが好ましい。

回転部材は、前記回転ヨーク９０のように筒状部９０Ｂを備えるものに限らず、例えば歯車９２が取り付けられた底部９０Ａから一対の腕部をステータ本体７２Ａ，７２Ｂまで延長して構成してもよい。この場合、前記腕部のみがステータ本体７２Ａ，７２Ｂに沿って移動するため、回転部材全体を磁性材料で構成することもできる。

本発明の実施形態に係る電子制御式機械時計の輪列構成を示す平面図である。 前記実施形態の巻き上げ輪列、巻き戻り輪列、パワーリザーブ表示輪列を示す平面図である。 前記実施形態の要部を示す断面図である。 前記実施形態の要部を示す平面図である。 前記実施形態の回転部材およびロータを示す平面図である。 ぜんまいの巻数と出力トルクとの関係を示すグラフである。 鎖交磁束量と最小トルク、最大ブレーキトルクの関係を示すグラフである。 従来のステータにおける鎖交磁束量を説明する説明図である。 前記実施形態のぜんまいが巻き上げられた状態の鎖交磁束量を説明する説明図である。 前記実施形態のぜんまいが巻き解けた状態の鎖交磁束量を説明する説明図である。

符号の説明

１…電子制御式機械時計、７…発電機、８…ロータ、１０…ぜんまい、４０…巻き上げ輪列、５０…巻き戻し輪列、７２…ステータ、７２Ａ，７２Ｂ…ステータ本体、７３Ａ，７３Ｂ…コイル、７５…ロータ配置穴、７５Ａ，７５Ｂ…ロータ配置穴形成部、７７…磁気抵抗極大部、８１…ロータ磁石、９０…回転ヨーク、９０Ｂ…筒状部、９３…補助磁気回路部材、９５…回転駆動装置、９６…円弧歯車、１０１…制御回路。

Claims (6)

1. ぜんまいと、
   前記ぜんまいに連結された輪列により駆動されて発電する発電機と、
   前記発電機が発電した電力により駆動され、前記発電機の回転周期を制御することにより前記輪列に制動をかけて前記輪列を調速する制御回路と、
   回転駆動装置とを備えた電子制御式機械時計であって、
   前記発電機は、
   巻線されたコイルおよびロータ配置穴を有し、かつ、前記ロータ配置穴の周縁部に磁気抵抗極大部が設けられた磁気回路形成部材と、
   前記磁気回路形成部材のロータ配置穴に配置され、かつ、永久磁石を有するロータと、
   前記磁気回路形成部材と前記ロータとの間に配置され、かつ、磁性材料で構成された補助磁気回路部材を備える回転部材とを備え、
   前記回転駆動装置は、
   前記回転部材をぜんまいの巻数と連動して回転するとともに、
   前記ぜんまいが巻き解けたときには、前記補助磁気回路部材が前記磁気回路形成部材の磁気抵抗極大部に近づく方向に、前記回転部材を回転し、
   前記ぜんまいが巻き上げられたときには、前記補助磁気回路部材が前記磁気抵抗極大部から離れる方向に、前記回転部材を回転する
   ことを特徴とする電子制御式機械時計。
2. 請求項１に記載の電子制御式機械時計において、
   前記磁気抵抗極大部は、前記ロータ配置穴の周縁部において、前記ロータの回転軸を挟んだ対称位置に一対設けられ、
   前記回転部材は、前記ロータ配置穴の内周面に沿って配置され、かつ、非磁性材料で構成された筒状部を備え、
   前記補助磁気回路部材は、前記筒状部において、前記ロータの回転軸を挟んだ対称位置に一対設けられている
   ことを特徴とする電子制御式機械時計。
3. 請求項２に記載の電子制御式機械時計において、
   前記回転駆動装置は、前記ぜんまいが巻き解けた状態および巻き上げられた状態の一方から他方に変化する間に前記回転部材を９０度回転し、
   前記ぜんまいが巻き解けた状態では前記各補助磁気回路部材が前記各磁気抵抗極大部に隣接する位置に前記回転部材を回転し、
   前記ぜんまいが巻き上げられた状態では前記各補助磁気回路部材が前記各磁気抵抗極大部から等距離となる位置に前記回転部材を回転する
   ことを特徴とする電子制御式機械時計。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の電子制御式機械時計において、
   前記回転駆動装置は、
   前記ぜんまいにエネルギを蓄積するための巻き上げ輪列と、
   前記ぜんまいが巻き解けた時の回転が伝達される巻き戻り輪列と、
   前記巻き上げ輪列から伝達される回転力によって前記回転部材を第１方向に回転し、前記巻き戻り輪列から伝達される回転力によって前記回転部材を第１方向とは逆方向の第２方向に回転するぜんまい連動輪列とを備える
   ことを特徴とする電子制御式機械時計。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の電子制御式機械時計において、
   前記回転部材は、前記ロータの回転軸の一方の端部を軸支する軸受部材を備える
   ことを特徴とする電子制御式機械時計。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の電子制御式機械時計において、
   前記回転部材は、円筒状の筒状部を備え、
   前記磁気回路形成部材は、２つのステータ本体を備えて構成され、
   前記各ステータ本体は、略半円状の凹部からなるロータ配置穴形成部を備え、かつ、前記ロータ配置穴形成部を前記回転部材の筒状部の外周面に当接させて位置決めされている
   ことを特徴とする電子制御式機械時計。

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