JP2019219181A

JP2019219181A - 電子時計

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Publication number: JP2019219181A
Application number: JP2018114473A
Authority: JP
Inventors: 祐田京; Hiroshi Takyo; 加藤　明; Akira Kato; 加藤　　明
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2018-06-15
Filing date: 2018-06-15
Publication date: 2019-12-26
Anticipated expiration: 2038-06-15
Also published as: JP7045940B2

Abstract

【課題】指針の動作速度の過度の低下を抑制できる電子時計１００を提供する。【解決手段】電子時計１００は、パルス生成回路４０と、ステップモータ１が単位回転したか否かを判定する回転検出回路５０と、制御回路３０と、を含み、制御回路３０は、ステップモータ１が単位回転しない確率に関するデータを取得するデータ取得手段３１と、該データに応じて、通常パルス信号ＳＰを出力し、ステップモータ１が該通常パルス信号ＳＰにより単位回転しないと判定された場合に、ステップモータ１を強制的に単位回転させる補正パルス信号ＦＰを続いて出力する第１信号出力パターンを含む第１運針モードと、通常パルス信号ＳＰを出力することなく、補正パルス信号ＦＰを出力する第２信号出力パターンを含む第２運針モードと、を切り替える切替手段３２と、を含み、第２信号出力パターンの期間は第１信号出力パターンの期間より短い。【選択図】図１

Description

本発明は、電子時計に関する。

従来、指針を高速運針させる際に、通常パルス信号を出力し、ステップモータが通常パルス信号により単位回転しない場合に、ステップモータを強制回転させる補正パルス信号を続いて出力することで、ステップモータを駆動させる電子時計が知られている。

国際公開第２０１５／１４１５１１号

ここで、上記のような電子時計においては、電池電圧、内部温度、ステップモータの負荷などにより、補正パルス信号の発生確率が高くなる場合があり、この場合には、ステップモータの単位回転を完了するまでの時間が長くなり、結果として指針の動作速度が過度に遅くなってしまうおそれがある。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、指針の動作速度の過度の低下を抑制できる電子時計を提供することにある。

上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下の通りである。

（１）指針を駆動するステップモータと、前記ステップモータを単位回転させるため、通常パルス信号を含むパルス信号を生成するパルス生成回路と、前記ステップモータが前記通常パルス信号により単位回転したか否かを判定する回転検出回路と、制御回路と、を含み、前記制御回路は、前記ステップモータが前記通常パルス信号により単位回転しない確率に関するデータを取得するデータ取得手段と、前記データに応じて、前記通常パルス信号を出力し、前記ステップモータが該通常パルス信号により単位回転しないと判定された場合に、前記ステップモータを強制的に単位回転させる補正パルス信号を続いて出力する第１信号出力パターンを含む第１運針モードと、前記通常パルス信号を出力することなく、前記ステップモータを強制的に単位回転させる強制パルス信号を出力する第２信号出力パターンを含む第２運針モードと、を切り替える切替手段と、を含み、前記第２信号出力パターンの期間は前記第１信号出力パターンの期間より短い、電子時計。

（２）（１）において、前記強制パルス信号は、前記補正パルス信号と同じである、電子時計。

（３）（１）又は（２）において、前記データは、電池電圧を含む、電子時計。

（４）（１）〜（３）のいずれかにおいて、前記データは、電子時計の内部温度を含む、電子時計。

（５）（１）〜（４）のいずれかにおいて、前記データは、前記ステップモータの負荷を含む、電子時計。

（６）（１）〜（５）のいずれかにおいて、前記ステップモータの数は２以上であり、前記データは、同時に駆動する前記ステップモータの数を含む、電子時計。

（７）（１）〜（６）のいずれかにおいて、受信動作を行うことにより信号を受信する受信回路を含み、前記データ取得手段は、直近の前記受信動作の動作時間、及び前記受信動作の完了タイミングからの経過時間の少なくともいずれかに基づいて前記データを取得する、電子時計。

上記本発明の（１）〜（７）の側面によれば、指針の動作速度の過度の低下を抑制できる。

本実施形態に係る電子時計の概略構成を示すシステム構成図である。ステップモータの構成を示す図である。通常パルス信号の波形と、コイルに流れる電流波形を示す波形図である。ステップモータの回転状態の検出動作について説明する図である。通常パルス信号によりステップモータが単位回転したと判定された場合の信号出力パターンを示す図である。本実施形態における第１信号出力パターンを示す図である。本実施形態における第２信号出力パターンを示す図である。本実施形態における制御回路の動作を示すフローチャートである。切替手段が運針モードを第１運針モードに切り替えた際の制御回路の動作を示すフローチャートである。切替手段が運針モードを第２運針モードに切り替えた際の制御回路の動作を示すフローチャートである。ステップモータが回転判定された場合における、コイルに誘起される電流の波形、及び出力端子における電圧波形の一例を示す図である。ステップモータが回転判定された場合における、コイルに誘起される電流の波形、及び出力端子における電圧波形の一例を示す図である。ステップモータが回転判定された場合における、コイルに誘起される電流の波形、及び出力端子における電圧波形の一例を示す図である。ステップモータが回転判定された場合における、コイルに誘起される電流の波形、及び出力端子における電圧波形の一例を示す図である。ステップモータが回転判定された場合における、コイルに誘起される電流の波形、及び出力端子における電圧波形の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態（以下、本実施形態という）について図面に基づき詳細に説明する。

［本実施形態に係る電子時計の概略構成：図１］
図１を参照して、本実施形態に係る電子時計１００の概略構成について説明する。図１は、本実施形態に係る電子時計の概略構成を示すシステム構成図である。電子時計１００は、指針２によって時刻を表示するアナログ表示式時計である。なお、以下の説明において、各構成の符号に添えた添え字ａは分針用の構成を示し、添え字ｂは時針用の構成を示す。なお、いずれ指針用であるかを区別して説明する必要がない場合は、添え字を省略して示す。

電子時計１００は、図１に示すように、電源である電池１０と、基準信号源２０と、制御回路３０と、パルス生成回路４０と、回転検出回路５０と、セレクタ６０と、ドライバ回路７０と、受信回路８０と、電圧検出回路９１と、温度検出回路９２と、ステップモータ１と、指針２とを備えている。指針としては一般的に、秒針、分針、時針があるが、本実施形態においては、分針２ａと時針２ｂに関する駆動について説明をする。

制御回路３０は、メモリ等を内蔵するマイクロコンピュータであって、メモリに記憶されるプログラムに従って、電子時計１００に含まれる各種回路等の動作を制御するものである。また、制御回路３０は、データ取得手段３１及び切替手段３２を含むものであるが、その詳細については後述する。

電池１０は、例えば、太陽電池等の発電デバイスで発生する電力を蓄える二次電池であるとよい。基準信号源２０は、不図示の水晶振動子によって所定の基準信号を出力する発信回路２１と、その基準信号を入力しタイミング信号を制御回路３０に出力する分周回路２２とを備えている。このタイミング信号に基づいて後述の各パルス信号が出力される。

パルス生成回路４０は、通常パルス生成回路４１と、補正パルス生成回路４２と、回転検出パルス生成回路４３とを含む。

通常パルス生成回路４１は、分針用通常パルス生成回路と、時針用通常パルス生成回路とを含むとよい。分針用通常パルス生成回路は、分針用ステップモータ１ａを駆動するための分針用の通常パルス信号ＳＰを生成する。時針用通常パルス生成回路は、時針用ステップモータ１ｂを駆動するための時針用の通常パルス信号ＳＰを生成する。

補正パルス生成回路４２は、分針用補正パルス生成回路と、時針用補正パルス生成回路とを含むとよい。分針用補正パルス生成回路は、分針用の通常パルス信号ＳＰよりも駆動力の大きい分針用の補正パルス信号ＦＰを生成する。時針用補正パルス生成回路は、時針用の通常パルス信号ＳＰよりも駆動力の大きい時針用の補正パルス信号ＦＰを生成する。なお、本実施形態においては、分針用ステップモータ１ａ及び時針用ステップモータ１ｂのいずれに対しても補正パルス信号ＦＰを出力可能な構成について説明するが、少なくともいずれか一方のステップモータ１に補正パルス信号ＦＰを出力可能な構成であってもよい。

なお、時針用の通常パルス信号ＳＰと、分針用の通常パルス信号ＳＰとは、同じものであってもよいし異なるものであってもよい。同様に、時針用の補正パルス信号ＦＰと、分針用の補正パルス信号ＦＰとは、同じものであってもよいし異なるものであってもよい。
なお、補正パルス信号ＦＰは、後述の図５等でも示すように、後半部分がチョッパーパルスにより構成されるとよい。これにより、ステップモータ１の回り過ぎを抑制することが可能となる。

回転検出パルス生成回路４３は、分針用検出パルス生成回路及び時針用検出パルス生成回路（不図示）を含むとよい。分針用検出パルス生成回路及び時針用検出パルス生成回路は、それぞれ第１検出パルス信号ＤＰ１及び第２検出パルス信号ＤＰ２の２種類の検出パルスを生成する。

具体的には、分針用検出パルス生成回路は、分針用の通常パルス信号ＳＰで分針用ステップモータ１ａを駆動したときに後述するコイル１３に発生する逆起電力で、分針用の通常パルス信号ＳＰと異なる側（逆極性）に発生する逆起電力を検出する分針用の第１検出パルス信号ＤＰ１を生成する。また、分針用検出パルス生成回路は、分針用の通常パルス信号ＳＰと同じ側（同極性）で逆起電力を検出する分針用の第２検出パルス信号ＤＰ２を生成する。

同様に、時針用検出パルス生成回路は、時針用の通常パルス信号ＳＰで時針用ステップモータ１ｂを駆動したときに後述するコイル１３に発生する発生する逆起電力で、時針用の通常パルス信号ＳＰと異なる側（逆極性）に発生する逆起電力を検出する時針用の第１検出パルス信号ＤＰ１を生成する。また、時針用検出パルス生成回路は、時針用の通常パルス信号ＳＰと同じ側（同極性）で逆起電力を検出する時針用の第２検出パルス信号ＤＰ２を生成する。

なお、本実施形態においては、より高精度に回転検出を行うため、回転検出パルス生成回路４３が第１検出パルス信号ＤＰ１及び第２検出パルス信号ＤＰ２という２種類の検出パルスを生成可能な構成について説明するが、ステップモータ１の回転、非回転を判定可能な構成であればこれに限られるものではなく、１種類の検出パルス信号ＤＰのみを生成可能な構成であっても構わない。

また、回転検出回路５０は、分針用回転検出回路及び時針用回転検出回路（不図示）を含むとよい。分針用回転検出回路は、分針用の第１検出パルス信号ＤＰ１により発生する分針用の第１検出信号ＤＳ１の検出発数を検出する分針用の第１検出カウンタと、分針用の第２検出パルス信号ＤＰ２により発生する分針用の第２検出信号ＤＳ２の検出発数を検出する分針用第２検出カウンタとを含むとよい。時針用回転検出回路は、時針用の第１検出パルス信号ＤＰ１により発生する時針用の第１検出信号ＤＳ１の検出発数を検出する時針用の第１検出カウンタと、時針用の第２検出パルス信号ＤＰ２ｂにより発生する時針用の第２検出信号ＤＳ２の検出発数を検出する時針用の第２検出カウンタとを備えている。なお、これら複数の検出カウンタは、検出パルス信号ＤＰの検出発数をカウントすると共に、検出された各検出パルス信号ＤＰの検出位置も検出するとよい。

回転検出回路５０は、上述の複数のカウンタにより検出した検出信号ＤＳの検出発数に応じて、ステップモータ１が単位回転したか否かを判定する。その判定結果に基づいて、セレクタ６０が特定の周波数や駆動力を選択し、その選択された周波数及び駆動力をドライバ回路７０が出力するとよい。

ドライバ回路７０は、図示しないがバッファ回路を内蔵し、出力端子Ｏ１、Ｏ２から通常パルス信号ＳＰ、または補正パルス信号ＦＰを出力し、ステップモータ１を駆動する。また、ドライバ回路７０は、第１検出パルス信号ＤＰ１及び第２検出パルス信号ＤＰ２に対しては、その短いパルス幅の期間だけ二つの出力端子Ｏ１、Ｏ２を共にオープン（高インピーダンス）とするように動作する。これにより、ステップモータ１のコイルの両端が、第１検出パルス信号ＤＰ１及び第２検出パルス信号ＤＰ２によって短期間オープン状態となるので、そのオープン期間にコイルに発生する逆起電力が現れ、そのパルス状の逆起電力を第１検出信号ＤＳ１及び第２検出信号ＤＳ２として回転検出回路５０に入力する。すなわち、第１検出信号ＤＳ１及び第２検出信号ＤＳ２は、第１検出パルス信号ＤＰ１及び第２検出パルス信号ＤＰ２によって同一タイミングに発生するパルス状の信号である。

［ステップモータの構成と基本動作の説明：図２Ａ、図２Ｂ］
次に、ステップモータ１の構成と基本動作を図２Ａ、図２Ｂを用いて説明する。図２Ａは、ステップモータの構成を示す図である。図２Ｂは、通常パルス信号の波形と、コイルに流れる電流波形を示す波形図である。なお、本実施形態においては、各ステップモータ１がロータ１１やコイル１３等をそれぞれ備える例について説明するが、これに限られるものではなく、各ステップモータ１においてそれら部品を共通にしても構わない。それにより、各ステップモータ１に対して出力される通常パルス信号ＳＰや補正パルス信号ＦＰも共通に出力でき、回路規模を小さくすることが可能となる。

図２Ａに示すように、ステップモータ１は、ロータ１１、ステータ１２、コイル１３などによって構成される。ロータ１１は２極磁化された円盤状の回転体であり、径方向にＮ極、Ｓ極に着磁されている。ステータ１２は、軟磁性材により成り、ロータ１１を囲む半円部１２ａ、１２ｂがスリットで分割されている。なお、スリットはコイル１３から発生した磁束を効率よくロータ１１に導くため空隙となっているが、スリットの代わりに非磁性材料を使用しても構わないし、ステータ１２を分割せず、スリットに対応する領域に狭窄部を設けて磁気を通りにくくするような構成をとっても構わない。また、半円部１２ａ、１２ｂが結合している基部１２ｅに単相のコイル１３が巻装されている。単相とはコイルが１個であり、通常パルス信号ＳＰを入力する入力端子が２個（入力端子Ｃ１、Ｃ２）であることを意味している。

また、ステータ１２の半円部１２ａ、１２ｂの内周面の対向する所定の位置に、凹状のノッチ１２ｈ、１２ｉが形成されている。このノッチ１２ｈ、１２ｉによって、ステータ１２の電磁的安定点（直線Ａで示す）に対してロータ１１の静的安定点（制止時の磁極の位置：斜線Ｂで示す）がずれることになる。このずれによる角度差を初期位相角θｉと称し、この初期位相角θｉによって、ロータ１１が所定の方向に回転しやすいように癖付けされることになる。

次に、ステップモータ１の基本動作を図２Ａ、図２Ｂを用いて説明する。図２Ｂにおいて、横軸は時間であり、通常パルス信号ＳＰは図示するように、断続的に出力される複数の単パルスによって構成される。この通常パルス信号ＳＰがステップモータ１の入力端子Ｃ１、Ｃ２へ交互に供給されることで、ステータ１２が交互に反転磁化されてロータ１１が回転する。そして、通常パルス信号ＳＰの繰り返し周期を可変することで、ロータ１１の回転速度を増減できる。また、パルス信号の駆動力（デューティ比）を可変することで、ステップモータ１の駆動力（回転力）を調整することもできる。

ここで、図２Ａにおいて、ステップモータ１のコイル１３に通常パルス信号ＳＰが供給されると、ステータ１２は磁化され、ロータ１１は静的安定点Ｂから１８０度回転（図面上左回転）するが、その位置で直ちに停止することはなく、実際には１８０度の位置をオーバーランして振動し、しだいに振幅が小さくなり停止する（曲線矢印Ｃで軌跡を示す）。このときのロータ１１の減衰振動はコイル１３への磁束変化となり、電磁誘導による逆起電力が発生してコイル１３に誘起電流が流れる。

図２Ｂの電流波形ｉ１は、ロータ１１が通常パルス信号ＳＰによって正常に１８０度回転したときのコイル１３に流れる誘起電流の一例である。ここで、通常パルス信号ＳＰが供給されている駆動期間Ｔ１での電流波形ｉ１は、複数の単パルス群による駆動電流と誘起電流が重なった電流波形となり、通常パルス信号ＳＰ終了後の減衰期間Ｔ２では、ロータ１１の減衰振動による誘起電流が発生する。

また、図２Ａの曲線矢印Ｄは、ステップモータ１が何らかの影響によって、通常パルス信号ＳＰが供給されたのにもかかわらず、ロータ１１が回転できずに元の位置に戻ってしまう場合の軌跡を示している。そして、図２Ｂの電流波形ｉ２は、ロータ１１が正常に回転できなかったときのコイル１３に流れる誘起電流の一例である。ロータ１１が回転できなかった場合の減衰期間Ｔ２における電流波形ｉ２は、ロータ１１が回転しないために、前述した電流波形ｉ１と比較して振幅が小さく周期も異なる。

［ステップモータ（ロータ）の回転検出の基本動作の説明：図３］
次に図３のタイミングチャートを用いて、前述した図２Ｂの正常回転した場合の電流波形ｉ１を例として、ステップモータ１（ロータ１１）の回転状態の検出の基本動作を説明する。図３は、ステップモータの回転状態の検出動作について説明する図である。

図３において、通常パルス信号ＳＰがステップモータ１に供給されると、ロータ１１が矢印Ｃのように１８０度回転して、その後、減衰振動する（図２Ａ、図２Ｂ参照）。駆動期間Ｔ１の終了後、ロータ１１の減衰振動によって、通常パルス信号ＳＰと反対側（ＧＮＤに対してプラス側）に誘起電流が流れる。この電流の山形状を「裏の山」と称する。

また、ロータ１１の減衰振動によって、通常パルス信号ＳＰと同じ側（ＧＮＤに対してマイナス側）に誘起電流が流れる。この電流の山形状を「表の山」と称する。本実施形態においては、この裏の山と表の山の位置や期間を、複数の検出区間でなる第１検出パルス信号ＤＰ１及び第２検出パルス信号ＤＰ２によってサンプリングし、詳細に検出することでロータ１１の回転状態を高精度に把握できる。

ここで一例として、裏の山を検出する第１検出パルス信号ＤＰ１による回転検出を説明する。図３の第１検出パルス信号ＤＰ１は、一つの検出区間の中で３発のパルス（ＤＰ１１〜ＤＰ１３）が出力されたことを示している。この第１検出パルス信号ＤＰ１が出力される区間を第１検出区間Ｇ１と称する。

ここで、前述したように、第１検出パルス信号ＤＰ１によってコイル１３が短期間オープンとなり、入力端子Ｃ１、Ｃ２から第１検出信号ＤＳ１が発生するが、１発目の第１検出パルス信号ＤＰ１１によって発生する第１検出信号ＤＳ１１は、ＧＮＤよりマイナス側となって、裏の山は検出されない。

また、２発目と３発目の第１検出パルス信号ＤＰ１２、ＤＰ１３は、電流波形ｉ１の裏の山の領域で出力されるので、この第１検出パルス信号ＤＰ１２、ＤＰ１３によって発生する第１検出信号ＤＳ１２、ＤＳ１３は、ＧＮＤよりプラス側となってＶｔｈを超えるので、裏の山が検出されたと判定される。すなわち、図３に示す例では、第１検出区間Ｇ１の第１検出信号ＤＳ１の２発目と３発目で裏の山が検出されたことになる。

このように、裏の山を検出する第１検出区間Ｇ１は、裏の山が発生する可能性のある期間（すなわち、第１検出信号ＤＳ１が検出可能な期間）に設定される。なお、ステップモータ１から発生する逆起電力による電流波形ｉ１の検出は、実際には回転検出回路５０の内部で電流波形ｉ１を電圧波形に変換し、その電圧波形が予め設定したＶｔｈ（図３参照）を超えたか否かで判定される。第１検出区間Ｇ１は、第１検出信号ＤＳ１によって所定回数の裏の山が検出されたときに終了するように設定されてもよい。

また、ここでは図示せず詳細は後述するが、表の山が発生する可能性のある期間に第２検出区間を設定して所定の第２検出パルス信号ＤＰ２を出力し、表の山を検出する。第２検出区間は、第１検出信号ＤＳ１によって所定回数の裏の山が検出されたタイミングと同時に開始されるように設定してもよい。

なお、各検出区間は、さらに細かい区間に分けてもよい。たとえば図示しないが、裏の山を検出する第１検出区間Ｇ１を前半と後半に分け、その分けられた検出区間での検出結果に応じて、通常パルス信号ＳＰの駆動間隔等を選択してもよい。これにより、ロータ１１の回転状態に応じたきめ細かい駆動制御を実現できる。

また、各検出区間での検出パルス信号ＤＰの繰り返し周期ｔ１（図３参照）は、検出する電流波形に応じて任意に選択してよく、周期ｔ１が短ければ電流波形のサンプリングを細かくでき、周期ｔ１を長くすれば電流波形のサンプリングが粗くなる。また、検出パルス信号ＤＰのパルス幅も限定されないが、検出信号ＤＳが発生するために必要なパルス幅を設定する。

なお、以上説明した回転検出動作については一例であり、これに限られるものではなく、本実施形態においては、少なくともステップモータ１が単位回転したか否かが判定できるものであればよい。

［本実施形態おけるパルス信号の信号出力パターン：図４〜図６］
図４〜図６を参照して、本実施形態における信号出力パターンについて説明する。図４は、通常パルス信号によりステップモータが単位回転したと判定された場合の信号出力パターンを示す図である。図５は、本実施形態における第１信号出力パターンを示す図である。図６は、本実施形態における第２信号出力パターンを示す図である。なお、図４〜図６において、（ａ）は通常パルス信号ＳＰを示し、（ｂ）は第１検出パルス信号ＤＰ１を示し、（ｃ）は第２検出パルス信号ＤＰ２を示し、（ｄ）は補正パルス信号ＦＰを示す。すなわち、図５に示す第１信号出力パターンにおいては、通常パルス信号ＳＰ、第１検出信号パルスＤＰ１、第２検出信号パルスＤ２、及び補正パルス信号ＦＰが出力されることを示しており、図６に示す第２信号出力パターンにおいては、補正パルス信号ＦＰのみが出力されることを示している。以下、詳細について説明する。

通常運針時においては、周波数を１Ｈｚとして通常パルス信号ＳＰが出力される。一方、指針２を高速に動かす高速運針時においては、例えば、周波数を１２８Ｈｚとして通常パルス信号ＳＰが出力される。なお、通常パルス信号ＳＰのデューティ比は任意に設定してよく、例えば、１６／３２、２０／３２、２４／３２等とするとよい。なお、ここで、デューティ比とは、所定の期間内で通常パルス信号ＳＰ等が出力される割合を示す。また、ここで、周波数とは、単位時間当たりにパルス信号が出力される回数であり、例えば、周波数１２８Ｈｚのパルス信号は約８．０ｍｓ毎に出力され、周波数６４Ｈｚのパルス信号は約１６ｍｓ毎に出力され、周波数１６Ｈｚのパルス信号は約６４ｍｓ毎に出力される。

図４に示すように、電子時計１００においては、通常パルス信号ＳＰを出力し、その後、検出パルス信号ＤＰを出力することにより、ステップモータ１が単位回転したか否かを判定する。ステップモータ１が単位回転したと判定された場合、続けてステップモータ１を単位回転させるために、通常パルス信号ＳＰを出力する。すなわち、図４に示す信号出力パターンを繰り返す。本実施形態においては、この際の周波数は１２８Ｈｚとなり、この周波数での運針を高速運針と呼ぶこととする。

一方、図５に示すように、電子時計１においては、ステップモータ１が単位回転しないと判定された場合、ステップモータ１を強制的に回転させる補正パルス信号ＦＰを出力する。補正パルス信号ＦＰは、通常パルス信号ＳＰと比較してパルス幅が広い分、駆動力が大きいが、高速性には不向きなパルス信号である。このように補正パルス信号ＦＰを出力することにより、少なくとも補正パルス信号ＦＰを出力する期間分、図４に示した例よりも運針速度は遅くなるが、確実にステップモータ１を単位回転させることができる。本実施形態においては、この際の周波数は１６Ｈｚとなり、この周波数での運針を低速運針と呼ぶこととする。

このように、ステップモータ１が非回転であると判定された場合、補正パルス信号ＦＰの出力期間が生じる分、指針２の運針速度が低下してしまう。このような第１信号出力パターンが連続して行われると、指針２の運針速度が過度に低下することとなってしまう。指針２の運針速度が低下すると、指針２が目的位置へ移動するのに長時間を要してしまい、ユーザにストレスを与えることとなってしまう。

ここで、ステップモータ１が単位回転するか否か、すなわち、図５で示したように補正パルス信号ＦＰが出力されるか否かは、電池１０の電圧（以下、単に電池電圧ともいう）に依存する。例えば、電池電圧が所定の閾値未満の場合、通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が単位回転しない確率は高く、補正パルス信号ＦＰが出力される可能性が高くなる。すなわち、運針速度が低下する可能性が高くなる。

そこで、本実施形態においては、データ取得手段３１が、ステップモータ１が通常パルス信号ＳＰにより単位回転しない確率に関するデータを取得し、切替手段３２が、データ取得手段３１が取得したデータに基づいて、第１運針モードと第２運針モードとを切り替えることとした。

本実施形態において、第１運針モードとは、図４で示す信号出力パターン又は図５で示す第１信号出力パターンを出力するモードであって、第２運針モードとは、図６に示す第２信号出力パターンを出力するモードである。

また、本実施形態においては、第１信号出力パターンとは、通常パルス信号ＳＰを出力し、ステップモータ１が単位回転しない場合に、ステップモータ１を強制的に単位回転させる補正パルス信号ＦＰを続いて出力する信号出力パターンである。上述のように、第１信号出力パターンにおける周波数は１６Ｈｚとなっている。

また、本実施形態においては、第２信号出力パターンとは、通常パルス信号ＳＰ及び回転検出パルスＤＰを出力することなく、ステップモータ１を強制的に単位回転させる強制パルス信号の信号出力パターンである。強制パルス信号は、先に説明した補正パルス信号ＦＰと同じ信号出力パターンであってもよい。第２信号出力パターンにおける周波数は、通常パルス信号ＳＰ及び検出パルス信号ＤＰを出力しない分、第１信号出力パターンにおける周波数よりも高く、６４Ｈｚとなっている。この周波数での運針を中速運針と呼ぶこととする。

すなわち、第２信号出力パターンの期間は、第１信号出力パターンの期間よりも短い。そのため、第２信号出力パターンの場合の方が、第１信号出力パターンの場合よりも、運針速度が速い。

本実施形態においては、ステップモータ１が通常パルス信号ＳＰにより単位回転しない確率に関するデータとして、電池電圧を用いた。具体的には、本実施形態においては、データ取得手段３１は、電圧検出回路９１が検出した電池電圧を取得する。そして、切替手段３２が、電圧検出回路９１により検出された電池電圧が所定の閾値未満の場合、運針モードを第２運針モードに切り替える。例えば、電池電圧が２．７Ｖ未満の場合、運針モードを第２運針モードに切り替えるとよい。閾値電圧は、特に限定されず、電子時計１００の有する機能に制限がかかる電圧、またはそれ以下であって高速運針動作にともなう電圧降下によってシステムダウンする電圧値以上の範囲内で設定してもよい。閾値は、例えば、受信禁止電圧以下や、充電警告電圧以下や、電池容量が全体容量の１０％未満となる範囲での電圧値としてもよい。

なお、本実施形態においては、ステップモータ１が通常パルス信号ＳＰにより単位回転しない確率に関するデータとして、電池電圧を用いたが、これに限られるものではなく、電子時計１００の内部温度を示す電池１０の環境温度を用いてもよいし、電池電圧と環境温度の双方を用いてもよい。この場合、データ取得手段３１が、温度検出手段９２により検出された電池１０の環境温度を取得するとよい。電池１０の環境温度が低いほど、電池電圧の降下量が大きくなり、ステップモータ１が通常パルス信号ＳＰにより単位回転しない確率が高くなるため、電池１０の環境温度が所定の閾値よりも低い場合、切替手段３２が運針モードを第２運針モードに切り替えるとよい。閾値温度は、特に限定されず、電子時計１００の有する機能に制限がかかる温度範囲とすることが望ましい。例えば、氷点下以下としてもよいし、電池の充放電が禁止とされる温度範囲としてもよい。

ステップモータ１が通常パルス信号ＳＰにより単位回転しない確率に関するデータとして、電池電圧及び環境温度を用いる場合、電池電圧が２．７Ｖよりも高い場合、例えば、２．８Ｖであっても、環境温度が所定の閾値未満の場合は、運針モードを第２運針モードに切り替えることとするとよい。このように、電池１０の電圧及び環境温度に基づいて、より緻密な制御を行い、運針速度が過度に低下することを抑制できる。

［本実施形態における制御回路の動作：図７〜図９］
さらに、図７〜図９を参照して、本実施形態における制御回路３０の動作について説明する。図７は、本実施形態における制御回路の動作を示すフローチャートである。

まず、制御回路３０のデータ取得手段３１が、通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が単位回転しない確率に関するデータを取得する（ステップＳ１）。ステップモータ１が単位回転しない確率が高くない場合（ステップＳ２のＮＯ）、切替手段３２が運針モードを第１運針モードに切り替える（ステップＳ３、図８）。一方、ステップモータ１が単位回転しない確率が高い場合（ステップＳ２のＹＥＳ）、切替手段３２が運針モードを第２運針モードに切り替える（ステップＳ４、図９）。

ここで、図８を参照して、切替手段３２が運針モードを第１運針モードに切り替えた際の制御回路３０の動作について説明する。図８は、切替手段が運針モードを第１運針モードに切り替えた際の制御回路の動作を示すフローチャートである。

第１運針モードに切り替えた後、制御回路３０は、通常パルス信号ＳＰを出力するようにドライバ回路７０を制御する（ステップＳ５）。その後、制御回路３０は、検出パルス信号ＤＰを出力するようドライバ回路７０を制御する（ステップＳ６）。そして、回転検出回路５０が検出した検出信号ＤＳの検出数に基づいて、ステップモータ１が単位回転したか否かを判定する（ステップＳ７）。ステップモータ１が単位回転したとの判定を行った場合（ステップＳ７のＹＥＳ）、続けて図７で示した動作を継続する。

一方、制御回路３０は、ステップモータ１が単位回転しなかったとの判定を行った場合（ステップＳ７のＮＯ）、続けて補正パルス信号ＦＰを出力するようにドライバ回路７０を制御する（ステップＳ８）。その後、図７で示した動作を継続する。

また、図９を参照して、切替手段３２が運針モードを第２運針モードに切り替えた際の制御回路３０の動作について説明する。図９は、切替手段が運針モードを第２運針モードに切り替えた際の制御回路の動作を示すフローチャートである。

図９に示すように、第２運針モードに切り替えた後、制御回路３０は、通常パルス信号ＳＰ及び検出パルス信号ＤＰを出力することなく、補正パルス信号ＦＰを出力するようにドライバ回路７０を制御する（ステップＳ９）。その後、図７で示した動作を継続する。

以上説明したように、本実施形態においては、ステップモータ１が単位回転しない確率に基づいて、第１運針モードと第２運針モードとを切り替えることにより、指針２の運針が過度に低下することを抑制することができる。

なお、データ取得手段３１によるデータの取得及び切替手段３２による運針モードの切り替えは、高速運針開始時のみ判断してもよいし、１運針毎に判断してもよい。また、運針を所定回数行う毎に、又は所定期間行う毎に、運針モードを切り替えるか否かを判断するようにしてもよい。

なお、本実施形態においては、第１信号出力パターンにおいても、第２信号出力パターンにおいても、補正パルス信号ＦＰを出力することとしたが、第２信号出力パターンにおいて出力されるパルス信号は、ステップモータ１を強制的に回転させるものであればよく、パルス幅やデューティ比等が補正パルス信号ＦＰと異なる固有のパルス信号であっても構わない。また、当該固有のパルス信号は、複数種類あってもよい。すなわち、第２運針モードは、複数の信号出力パターンを含んでもよい。そして、電池電圧や環境温度に応じて、固有のパルス信号のうちステップモータ１を強制的に回転させるのに最適なパルス信号を選択して出力する構成としてもよい。

また、本実施形態においては、電池電圧が低い場合、運針モードを第２運針モードに切り替える例について説明したが、電池電圧が過度に高い場合、運針モードを第２運針モードに切り替えることとしてもよい。同様に、環境温度が過度に高い場合、運針モードを第２運針モードに切り替えることとしてもよい。

さらには、ステップモータ１の負荷に基づいて、データ取得手段３１が通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が単位回転しない確率に関するデータを取得し、そのデータに基づいて、切替手段３２が、第１運針モードと第２運針モードとを切り替えることとしてもよい。例えば、電子時計１００において、ステップモータ１が指針２の駆動に加えて日車等を所定の期間毎に駆動させる構成を採用した場合、日車等を駆動させる際、ステップモータ１の負荷が大きくなり、通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１を単位回転させることができない確率が高くなる。そのため、高速運針中にステップモータ１が指針２と同時に日車等を駆動させる期間の開始タイミングとなった場合、その開始タイミングにおいて、切替手段３２が運針モードを第２運針モードに切り替えることとするとよい。さらに、同時に日車等を駆動させる期間が終了した場合、切替手段３２が運針モードを第１運針モードに切り替えることとするとよい。

同じように、ステップモータ１が複数の指針を同時に運針させる場合も、負荷が大きくなり電圧降下の量が増えるため、通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１を単位回転させることができない確率が高くなる。駆動する指針が単体と複数とを切り替えられる場合には、それぞれの場合におけるデータ（例えば閾値電圧や閾値温度）を用意して切り替えるようにしてもよい。なお、指針の形状や重量も運針負荷に影響するため、ステップモータ１に接続される針の形状や重量に対応し最適化されたデータを電子時計１００が有する記憶部に記憶させておくとよい。その場合、モータコイルに生じる誘導起電力を利用した外部装置との非接触通信を用いて、データを記憶部に記憶することができる。

さらには、第１信号出力パターンの出力が行われた回数に基づいて、データ取得手段３１が通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が単位回転しない確率に関するデータを取得し、そのデータに基づいて、切替手段３２が第１運針モードと第２運針モードとを切り替えることとしてもよい。第１信号出力パターンが複数回連続して行われた場合、その後も通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が単位回転する確率は低いといえる。そのため、第１信号出力パターンが行われた回数が所定の回数を超えた際に、切替手段３２が運針モードを第２運針モードに切り替えることとするとよい。また、第２運針モードによる第２信号出力パターンを複数回実施した場合、もしくは、連続運針が終了した場合は、次回の出力パターンを第１運針モードに戻すとよい。

さらには、高速運針の運針時間に基づいて、データ取得手段３１が通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が単位回転しない確率に関するデータを取得し、そのデータに基づいて、切替手段３２が第１運針モードと第２運針モードとを切り替えることとしてもよい。運針を長時間行うと、電池電圧が低下するため、通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が単位回転する確率が低くなる。そのため、高速運針の運針時間が所定時間以上となった場合、切替手段３２が運針モードを第２運針モードに切り替えることとするとよい。

さらには、分針用ステップモータ１ａと時針用ステップモータ１ｂなど複数のステップモータが同時に駆動している駆動時間やステップモータの数に基づいて、データ取得手段３１が通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が単位回転しない確率に関するデータを取得し、そのデータに基づいて、切替手段３２が第１運針モードと第２運針モードとを切り替えることとしてもよい。ステップモータ１が複数同時に駆動していると、電池電圧が大きく低下するため、通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が単位回転する確率が低くなる。複数同時駆動しているステップモータ数が所定数以上の時や、複数同時駆動しているステップモータ１の駆動時間が所定時間以上となった場合、切替手段３２が運針モードを第２運針モードに切り替えることとするとよい。なお、第1運針モードと第２運針モードとの選択切替えはステップモータ１ごとに設定できることとしてもよく、例えば、ステップモータ１の駆動力がステップモータ１毎に異なる場合、ステップモータ１が単位回転しない確率が高いステップモータから順に第２運針モードに切り替えるようなことをしてもよい。

なお、高速運針は、ユーザが手動で電子時計１００に設けられるボタン等を操作することにより開始されるものであってもよいし、受信回路８０がＧＰＳ衛星などからの時刻情報を含む信号を受信することにより開始されるものであってもよい。なお、受信動作は、時刻情報を含む信号を受信する動作に限られず、位置情報を含む信号を受信する動作であってもよい。

受信回路８０による受信結果に基づいて高速運針させる場合においては、例えば、直近の受信動作の動作時間及び受信動作の完了タイミングからの経過時間の少なくともいずれかに基づいて、データ取得手段３１が通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が単位回転しない確率に関するデータを取得し、そのデータに基づいて、切替手段３２が第１運針モードと第２運針モードとを切り替えることとしてもよい。

受信動作時間が長い程電池電圧は低下するため、通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が単位回転する確率が低くなる。そのため、受信動作時間が所定時間以上となった場合、切替手段３２が運針モードを第２運針モードに切り替えることとするとよい。一方、受信動作の直後は電池電圧が過度に低下し、その後電池電圧はなだらかに回復するため、受信動作の完了タイミングからの経過時間が長いほど通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が単位回転する可能性が高くなる。そのため、受信動作の完了タイミングからの所定時間以上経過した場合、切替手段３２が運針モードを第１運針モードに切り替えることとするとよい。

また、受信動作の直後、電池電圧を測定し、その測定された電池電圧の値に基づいて運針モードを切り替えてもよい。あるいは電池電圧が回復する時間は温度等の外部要因によって異なり、電池電圧の差が大きければ電池電圧が回復しておらず、ステップモータ１が単位回転する確率が低くなる。よって受信動作の直後、電池電圧を複数回測定し、測定された電池電圧の差に基づいて運針モードを切り替えるようなことをしてもよい。

また上記は、受信動作の完了タイミングからの所定時間以上経過した場合、切替手段３２が運針モードを第１運針モードに切り替えるとしたが、受信動作の直後、第２運針モードでの高速運針中あるいは高速運針を一時的に停止させ電池電圧を測定し、測定された電池電圧に基づいて第１運針モードに切り替えるようなことをしてもよい。なお、受信動作時間だけでなく、電池電圧が低下する他の動作の動作時間、例えば、アラームの鳴動時間やスマートフォン等の別媒体への接続した時間に基づいて、運針モードを切り替えることとしてもよい。

さらには、コイル１３に誘起される電流の波形、及び出力端子Ｏ１、Ｏ２における電圧波形に基づいて、データ取得手段３１が通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が単位回転しない確率に関するデータを取得し、そのデータに基づいて、切替手段３２が、第１運針モードと第２運針モードとを切り替えることとしてもよい。以下、そのような場合の例について、図１０〜図１４を参照して説明する。

図１０〜図１４は、ステップモータが回転判定された場合における、コイルに誘起される電流の波形、及び出力端子における電圧波形の一例を示す図である。なお、図１０〜図１４は、回転検出回路５０によってステップモータ１が単位回転したと判定された場合の波形を示すが、実際にステップモータ１が単位回転したか否かについては不明であり、図１０に示す波形がステップモータ１が単位回転した可能性が最も高い波形であり、図１４に示す波形がステップモータ１が単位回転した可能性が最も低い波形である。

電池電圧に応じて、コイル１３に誘起される電流の波形、及び出力端子Ｏ１、Ｏ２における電圧波形は変動する。電池電圧が高いほど、ステップモータ１が単位回転したと判定される波形となる確率が高く、電池電圧が低いほど、ステップモータ１が非回転であると判定される波形となる確率が高い。また、ステップモータ１が単位回転したと判定される波形において、電池電圧が高いほど、検出パルス信号ＤＰの出力終了位置（第２検出パルス信号ＤＰ２が最後に出力される位置）が速くなる。

なお、図１０〜図１４において、例えば、Ｖ３．１２５は、通常パルス信号ＳＰの出力開始時点から３．１２５ｍｓ後の位置において出力される検出パルス信号ＤＰを示す。また、検出パルス信号ＤＰの長さは電圧の大きさを示し、通常パルス信号ＳＰの同極性側で所定の閾値Ｖｔｈ以上の大きさの電圧が発生している位置において、検出信号ＤＳが検出されることとなる。

また、図１０〜図１４のｃ１は、図３で示した駆動期間Ｔ１での電流波形ｉ１を示し、ｃ２、ｃ４は図３で示した表の山を示し、ｃ３、ｃ５は図３で示した裏の山を示す。出力端子Ｏ１側の波形と出力端子Ｏ２側の波形が交互に切り替わり、それに応じて、コイル１３に誘起される電流の値の正負が反転する。なお、図１０〜図１４で示す波形においては、第１検出信号ＤＳ１が３回検出された場合に、第２検出信号ＤＳ２の検出を開始することとしたが、これは一例であり、第２検出信号ＤＳ２の検出を開始するまでの第１検出信号ＤＳ１の検出回数については適宜変更しても構わない。

図１０においては、電圧検出回路９１により検出された電池電圧が３．１Ｖであって、第１検出パルス信号ＤＰ１が３回出力されて第１検出信号ＤＳ１が３回検出された後、第２検出パルス信号ＤＰ２が２回出力されて第２検出信号ＤＳが２回検出され、第２検出信号ＤＳが最後に検出された位置が通常パルス信号ＳＰの出力開始時点から３．３７５ｍｓ後の場合の波形を示す。

図１１においては、電圧検出回路９１により検出された電池電圧が３．０Ｖである場合であって、第１検出パルス信号ＤＰ１が３回出力されて第１検出信号ＤＳ１が３回検出された後、第２検出パルス信号ＤＰ２が３回出力されて第２検出信号ＤＳ２が２回検出され、第２検出信号ＤＳ２が最後に検出された位置が通常パルス信号ＳＰの出力開始時点から３．６２５ｍｓ後の場合の波形を示す。

図１２においては、電圧検出回路９１により検出された電池電圧が２．９Ｖであって、第１検出パルス信号ＤＰ１が４回出力されて第１検出信号ＤＳ１が３回検出された後、第２検出パルス信号ＤＰ２が４回出力されて第２検出信号ＤＳ２が２回検出され、第２検出信号ＤＳ２が最後に検出された位置が通常パルス信号ＳＰの出力開始時点から４．１２５ｍｓ後の場合の波形を示す。

図１３においては、電圧検出回路９１により検出された電池電圧が２．７Ｖであって、第１検出パルス信号ＤＰ１が７回出力されて第１検出信号ＤＳ１が３回検出された後、第２検出パルス信号ＤＰ２が４回出力されて第２検出信号ＤＳ２が２回検出され、第２検出信号ＤＳ２が最後に検出された位置が通常パルス信号ＳＰの出力開始時点から４．８７５ｍｓ後の場合の波形を示す。

図１４においては、電圧検出回路９１により検出された電池電圧が２．５Ｖであって、第１検出パルス信号ＤＰ１が１０回出力されて第１検出信号ＤＳ１が３回検出された後、第２検出パルス信号ＤＰ２が４回出力されて第２検出信号ＤＳ２が２回検出され、第２検出信号ＤＳ２が最後に検出された位置が通常パルス信号ＳＰの出力開始時点から５．６２５ｍｓ後の場合の波形を示す。

電子時計１００においては、例えば、データ取得手段３１が、第２検出パルス信号ＤＰ２が最後に出力された位置に基づいて、通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が回転しない確率に関するデータを取得するとよい。上述のように、第２検出信号ＤＳ２が最後に検出された位置が、通常パルス信号ＳＰの出力開始時点から遠いほど、通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が回転しない確率が高い。そのため、例えば、第２検出信号ＤＳ２が最後に検出された位置が４．８７５ｍｓよりも遠い場合、すなわち、図１４に示すような波形が得られた場合、切替手段３２が運針モードを第２運針モードに切り替えることとするとよい。また、通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が回転しない確率に関するデータとして、第１検出信号ＤＳ１の検出が終了してから第２検出信号ＤＳ２が検出されるまでの期間や、回転検出が終了するまでの第２検出パルス信号ＤＰ２の出力回数や、第１検出パルス信号ＤＰ１の出力回数や、第１検出パルス信号ＤＰ１が最後に出力された位置などを用いてもよい。また、それらを適宜組み合わせて用いてもよい。

なお、通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が回転しない確率に関するデータは、上述の電池電圧、環境温度、ステップモータ１の負荷、受信動作の動作時間等、及びコイル１３に誘起される電流の波形、及び出力端子Ｏ１、Ｏ２における電圧波形の少なくともいずれかを含むものであり、それらの組み合わせに基づくものであってもよい。例えば、制御回路３０が、電池電圧とステップモータ１の負荷とを関連付けて通常パルス信号ＳＰによりステップモータ１が回転しない確率に関するテーブルをメモリに記憶しており、そのテーブルに基づいて、切替手段３２が運針モードを切り替える構成としてもよい。

なお、図４に示す信号出力パターンを用いて高速運針を行う必要のない場合、例えば、ユーザがボタンや竜頭などの操作部を操作することにより高速運針を行うことを規制する設定を行っている場合、ステップモータ１が通常パルス信号ＳＰにより単位回転しない確率に関するデータに関わらず、図６に示す第２信号出力パターンを連続して出力し、中速運針を行うこととしてもよい。また、指針２の運針量が極端に少ない場合、例えば、数分分のみ指針２が回転する場合は、高速運針を行う必要性が低いため、中速運針を行うこととしてもよい。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、この実施形態に示した具体的な構成は一例として示したものであり、本発明の技術的範囲をこれに限定することは意図されていない。当業者は、これら開示された実施形態を適宜変形してもよく、本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。

１ステップモータ、１１ロータ、１２ステータ、１３コイル、２指針、１０電池、２０基準信号源、２１発振回路、２２分周回路、３０制御回路、３１データ取得手段、３２切替手段、４０パルス生成回路、４１通常パルス生成回路、４２補正パルス生成回路、４３回転検出パルス生成回路、５０回転検出回路、６０セレクタ、７０ドライバ回路、８０受信回路、９１電圧検出回路、９２温度検出回路、１００電子時計。

Claims

指針を駆動するステップモータと、
前記ステップモータを単位回転させるため、通常パルス信号を含むパルス信号を生成するパルス生成回路と、
前記ステップモータが前記通常パルス信号により単位回転したか否かを判定する回転検出回路と、
制御回路と、
を含み、
前記制御回路は、
前記ステップモータが前記通常パルス信号により単位回転しない確率に関するデータを取得するデータ取得手段と、
前記データに応じて、前記通常パルス信号を出力し、前記ステップモータが該通常パルス信号により単位回転しないと判定された場合に、前記ステップモータを強制的に単位回転させる補正パルス信号を続いて出力する第１信号出力パターンを含む第１運針モードと、前記通常パルス信号を出力することなく、前記ステップモータを強制的に単位回転させる強制パルス信号を出力する第２信号出力パターンを含む第２運針モードと、を切り替える切替手段と、
を含み、
前記第２信号出力パターンの期間は前記第１信号出力パターンの期間より短い、
電子時計。
前記強制パルス信号は、前記補正パルス信号と同じである、
請求項１に記載の電子時計。
前記データは、電池電圧を含む、
請求項１又は２に記載の電子時計。
前記データは、電子時計の内部温度を含む、
請求項１〜３のいずれかに１項に記載の電子時計。
前記データは、前記ステップモータの負荷を含む、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の電子時計。
前記ステップモータの数は２以上であり、
前記データは、同時に駆動する前記ステップモータの数を含む、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の電子時計。
受信動作を行うことにより信号を受信する受信回路を含み、
前記データ取得手段は、直近の前記受信動作の動作時間、及び前記受信動作の完了タイミングからの経過時間の少なくともいずれかに基づいて前記データを取得する、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の電子時計。