JP2013525778A - 時計仕掛用制御機構及びそれに対応する方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明による制御機構は、従来のテンプ30と、圧電式ひげぜんまい20(図4、5a及び5b)と、圧電式ひげぜんまいを備えた機械式時計仕掛の動作精度を制御するための電子回路40とを備えている。この制御機構は、必要なエネルギーを供給するとともに、それにより動作を制御するように、従来の通り、図示されていない調速機構を介して、機械式時計仕掛の歯車仕掛と接続されている。
一方では、テンプと圧電式ひげぜんまい20の振動周波数を制御することができ、そのためには、圧電式ひげぜんまい20が大きな電力を出力しなければならない。それは、例えば、圧電式ひげぜんまいに対して並列にオーム抵抗を接続するか、或いは圧電式ひげぜんまいから整流器23を介して電力を供給する第一のコンデンサ24に対して並列にオーム抵抗を接続することによって行なうことができる。しかし、この解決策の欠点は、一方では周波数の変化がほんの僅かであり、0.5%以下の範囲であり、他方では、オーム抵抗を介して絶えずエネルギーが無駄に消費されるので、テンプの振動振幅が非常に小さいことである。
理想的には、圧電式ひげぜんまい20の出力に誘導される電圧が非常に低いか、或いは0である場合にのみ、コンデンサ222,224,226,228は断続される。その一つの利点は、それによって、電気損失を最小化できることである。別の利点は、コンデンサの極性を決める必要が無いか、或いは予め保存しておく必要が無いことである。更に別の利点は、そのようにしてコンデンサ222,224,226又は228毎に、並列に接続された、一つのpチャンネル又はnチャンネルトランジスタから成る一つのスイッチ221,223,225又は227だけが必要なことである。これらのコンデンサの一方の電気端子を全て一緒に切り換えることができ、他方の端子の各々に関して、コンデンサ毎に一つのスイッチだけが必要となる。即ち、一方では電気抵抗を最小化できるとともに、他方ではスイッチングトランジスタ221,223,225,227のために少ない出力を配備するだけである。それによって、小さいプリント回路の構成と、少ない端子パッドのチップ40の使用とが可能となる。
一方では、前述した通りの比較論理回路4のカウンターを第二の小さいカウンターと組み合わせることによって、更に絶妙な制御手法を実現することができる。大きいカウンターのカウンター状態が0〜7の場合には、更にコンデンサ222〜228を並列に接続しない。7と8の間のカウンター状態の場合に、並列に接続するコンデンサの数を小さいカウンターによって決定する。そして、大きなカウンターのカウンター状態が8より大きくなった場合には、全ての使用可能なコンデンサを圧電式ひげぜんまい20に対して並列に接続する。
一つのコンデンサ21,222,224,226又は228が圧電式ひげぜんまいに対して並列に接続されると、前述した通り、圧電式ひげぜんまい20の出力における誘導電圧が影響を受ける。圧電式ひげぜんまい20に対して並列に大きなコンデンサが接続された場合には、整流器23の入力に小さい誘導電圧が発生し、小さいコンデンサが接続された場合又はコンデンサが接続されない場合には、大きな誘導電圧が発生する。即ち、圧電式ひげぜんまい20によって誘導される電圧Vgen A,Vgen Bは、圧電式ひげぜんまい20に対して並列に接続されたコンデンサ21によって調整することができる。それは、一方では誘導電圧を電子回路40に関して有利な範囲内とするために必要な場合もある。誘導電圧を高くすると、IC40の入力に保護ダイオードを挿入することとなり、それによって、エネルギー損失が発生するので、誘導電圧を高くし過ぎてはならない。他方では、誘導電圧は、電子回路の確実な動作に必要な最小限の動作電圧よりも高くする。
電子回路40は、最小限のエネルギー消費で動作できなければならない。それは、能動素子ユニット(例えば、比較器7又は8を用いて制御されるスイッチ)230’,231’,232’,233’によって、整流回路23の少なくとも一つの受動素子(例えば、整流器用のダイオード)を少なくとも時間毎に電流が流れる方向に対して、より小さい電気抵抗に置き換えることによって実現される。
機械式時計のテンプの振動振幅は、比較的大きく変動する場合がある。ぜんまいを完全に巻いた場合、がんぎ車からアンクルを介して大きな駆動トルクがテンプに伝達される。この場合、テンプの振動振幅は大きい。この場合、圧電式ひげぜんまいによって、比較的大きな電圧が生成される。僅かな小さい駆動トルクがテンプに伝達される場合、例えば、駆動用ぜんまいを僅かしか巻かなかった場合、それに対応して、テンプの振動振幅が比較的小さくなり、そのため圧電式ひげぜんまいが発生する電圧も比較的小さくなる。
電子回路の一部における電子回路素子/トランジスタ230’,231’,232’,233’を制御するための制御信号をより高い電圧で使用できるためには、これらの電子回路40の一部からの低い電圧の信号をレベルシフター10を用いて高い電圧Vdcとしなければならない。
コンデンサ222,224,226,228を断続するスイッチ221,223,225,227による抵抗が大き過ぎる、例えば、1MΩ以上となる場合、電気損失が大きくなり、テンプの振動振幅が小さくなり過ぎる。その場合、時計仕掛の確実な動作は最早保証されない。
自動巻きの時計仕掛の場合、ぜんまいを強く巻き過ぎて、それに応じて大き過ぎる回転トルクが時計仕掛に加わることが起こり得る。ぜんまいの大きな回転トルクは、テンプに大きな振幅を発生させる。しかし、大き過ぎる振幅は望ましいことではない。圧電式ひげぜんまい20を備えた時計仕掛の場合、大きな振幅は、大きな誘導電圧を発生させ、そのため整流器23から電力を供給されるコンデンサ24の電圧を比較的大きくする。しかし、例えば、コンデンサに対して並列に抵抗を接続することによって、このコンデンサに電圧を印加すると、コンデンサの電圧が低下して、圧電式ひげぜんまいの負担が更に大きくなる。その結果、テンプの振動振幅が小さくなり、この場合には、それは望ましいことである。即ち、整流器23後の第一のコンデンサ24の電圧を測定して、所定の電圧を上回った場合、図示されていない抵抗をコンデンサ24に対して並列に接続し、そのようにして振幅を制限すれば十分である。
比較器は、様々な信号の測定に使用されている。このシステムは、機械的な振動子によって、既に著しく安定化しているので、様々な値とする必要のある時間が分かっている。即ち、動作させる比較器の数を減らすことが可能である。そして、比較器の入力及び出力は、段階に応じて様々な形で切り換えられる。
図示されていないPOR回路(短縮して、POR)によって、電子制御回路40が確実に始動でき、大き過ぎる始動電力を必要とせず、始動プロセスにも留まらないことが保証される。この場合、始動プロセスの各段階で必要な構成素子を徐々に起動するか、その時点で不要な構成素子を停止するか、或いは幾つかの構成素子を始動モードに移行する。
電子回路は、有利には、時計仕掛内のブリッジの下に難なく配置して隠すことができるように、小さく構成される。
水晶1 1x 2.0x.0x0.6mm
コンデンサ 2x 1.0x0.5x0.5mm
コンデンサ 3x 0.4x0.2x0.2mm
テンプの周波数が最早電子回路の制御範囲内に無いことを制御電子回路により表示する手法が時計メーカーにとって有用な場合がある。テンプの振動が遅くなり過ぎた場合、電子回路は、例えば、水晶の振動周波数の変更によって制御範囲を使い果たしてしまったことを表示することができる。それは、集積回路40の内部コンデンサを水晶発振器1の端子と断続させることによって行なうことができる。正確には、それは、テンプが速く振動し過ぎて、最早制御範囲内に無い場合に行なうことができる。例えば、テンプの振動が遅くなり過ぎて、電子回路の制御範囲外となった場合に、水晶発振器の周波数を上昇させることができる。それと反対に、テンプの振動が速くなり過ぎて、電子回路の範囲外となった場合には、水晶発振器の周波数を遅くすることができる。即ち、時計メーカーは、水晶発振器の周波数の簡単な測定によって、電子回路がテンプの振動周波数を正しく制御できるか否かを決定することができる。
圧電式ひげぜんまい20と電子回路40の電気接続部300は、それらの接続部がテンプの振動によって機械的な負荷を受けないように構成しなければならない。
これらは別個に製作されるので、テンプとひげぜんまいを互いに組み立てなければならない。テンプの慣性モーメントとひげぜんまいのモーメントが互いに一致できるように、ひげぜんまいとテンプを精密に製作することが非常に重要である。
Claims (22)
- 時計仕掛の圧電式ひげぜんまい(20)の振動周波数を制御する方法において、
ひげぜんまいと並列に接続されるコンデンサ(22)を調整することによって、圧電式ひげぜんまいの振動周波数を制御することを特徴とする方法。 - 当該のコンデンサ(22)を一定数の断続可能なコンデンサ(222,224,226,228)から構成することを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 個々のコンデンサ(222,224,226,228)を個別に断続することによって、振動周波数を制御することを特徴とする請求項2に記載の方法。
- 接続するコンデンサの組合せをテンプ(30)の周波数と基準周波数の間の位相差の大きさによって決定することを特徴とする請求項3に記載の方法。
- ひげぜんまい(20)によって誘導される電圧が所定の閾値よりも小さくなった場合に漸くコンデンサ(222,224,226,228)を接続することを特徴とする請求項1から4までのいずれか一つに記載の方法。
- ひげぜんまい(20)によって生成される電流が所定の閾値よりも小さくなった場合に漸くコンデンサ(222,224,226,228)を接続することを特徴とする請求項1から4までのいずれか一つに記載の方法。
- 各コンデンサ(222,224,226,228)を個別のスイッチ(221,223,225,227)によって個々に接続することを特徴とする請求項1から6までのいずれか一つに記載の方法。
- 当該のスイッチの制御電圧を接続する電圧とほぼ同じ高さとすることを特徴とする請求項7に記載の方法。
- 当該のスイッチ(221,223,225,227)をレベルシフター(9)を介して接続することを特徴とする請求項7又は8に記載の方法。
- 当該のスイッチを電子回路によって制御し、当該のスイッチ(221,223,225,227)の制御電圧(Vdc)を電子回路の大部分のデジタル部品の供給電圧(Vdd)よりも高くすることを特徴とする請求項7から9までのいずれか一つに記載の方法。
- 圧電式ひげぜんまい(20)の出力電圧が所定の範囲内となるように、一つのコンデンサ(21)を固定的に圧電式ひげぜんまい(20)と並列に接続することを特徴とする請求項1から10までのいずれか一つに記載の方法。
- ひげぜんまい(20)によって誘導される電圧を整流器(23)によって整流することと、
当該の整流器が、始動後にスイッチ(230’〜233’)によって置き換えられるダイオードを有することと、
当該の整流器のスイッチの制御電圧が整流された電圧とほぼ同じであることと、
を特徴とする請求項1から11までのいずれか一つに記載の方法。 - ひげぜんまい(20)によって誘導される電圧を整流器(23)によって整流することと、
当該の整流器が、始動後にスイッチ(230’〜233’)によって置き換えられるダイオードを有することと、
当該の整流器のスイッチをレベルシフター(10)によって切り換えることと、
を特徴とする請求項1から12までのいずれか一つに記載の方法。 - 比較論理回路(4)の一方の入力を電子基準回路(1,2)と接続し、比較論理回路の他方の入力を圧電式ひげぜんまい(20)と接続して、
この比較論理回路が、電子基準回路から出力されるクロック信号とひげぜんまいから出力されるクロック信号を比較して、その比較結果に応じた圧電式ひげぜんまいと並列に接続されるコンデンサ(222,224,226,228)の数によって、電子制御回路(22)のインピーダンスの大きさを制御し、そのようにインピーダンスを制御することによって、時刻表示部の動作を制御するとともに、各周期中に少なくとも一つの比較器(5)をスイッチオフする、
ことを特徴とする請求項1から13までのいずれか一つに記載の方法。 - 電子回路の始動時に、パワーオンリセット(POR)信号によって、コンデンサ(222,224,226,228)の所定の組合せを圧電式ひげぜんまい(20)と並列に接続して、電子回路の始動に有利な圧電式ひげぜんまいの誘導電圧を生成することを特徴とする請求項1から12までのいずれか一つに記載の方法。
- 当該の位相差を第一の大きなカウンターと第二の小さなカウンターにより検出することを特徴とする請求項4から15までのいずれか一つに記載の方法。
- ダウンパルスの入力後の小さなカウンターの出力におけるカウンター状態を一時的に保存して、その後当該のコンデンサを断続するために使用することを特徴とする請求項1から16までのいずれか一つに記載の方法。
- テンプの軸の回りを振動周波数で振動するテンプ(30)と、
テンプ及びひげぜんまいの振動と無関係な電圧を生成する、テンプと接続された圧電式ひげぜんまい(20)と、
圧電式ひげぜんまい(20)の剛性を調整することによりテンプの振動周波数を制御する補助制御機構としての電子回路と、
を備えた時計仕掛のための制御機構において、
この電子回路がひげぜんまい(20)と並列に接続された少なくとも一つのコンデンサを有することを特徴とする制御機構。 - 当該のコンデンサが複数の個々に切換可能なコンデンサ(222,224,226,228)で構成されることを特徴とする請求項18に記載の制御機構。
- 当該の補助制御機構が、ひげぜんまいによって生成された電圧を整流する整流器(23)を備えており、
少なくとも一つの第一の容量素子が少なくとも時計仕掛の最初の始動直後に受動素子又は能動素子を介して電圧を印加され、
この第一の容量素子の電圧が能動素子ユニットを動作させるのに十分な高さとなったら、この能動素子ユニットによって、この受動素子又は能動素子を置き換えることが可能であり、この能動素子ユニットが、電流が流れる方向に関して受動素子よりも小さい電気抵抗を有する、
ことを特徴とする請求項18又は19に記載の制御機構。 - 当該のコンデンサを切り換えるためのスイッチ(221,223,225,227)と、
前記のスイッチを増幅した電圧で駆動するためのレベルシフター(9)と、
を特徴とする請求項19又は20に記載の制御機構。 - 圧電式ひげぜんまい(20)を電子回路(40)と接続するための柔軟な回路基板を特徴とする請求項18から21までのいずれか一つに記載の制御機構。
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