JP3160225B2 - 高精度時計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電子時計に関し、特
に高精度の周波数自動調整を実現せしめる高精度時計に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、時計の精度の調整方法は回路ブロ
ック状態で発振手段から出力される基準信号を分周手段
により分周し、分周出力を時計外部の周波数調整器(以降
歩度調整器と称す)にオンラインで入力する。 外部の歩
度調整器は時計からオンラインで出力された分周出力と
外部の基準信号を比較し、時計の回路ブロックの発振周
波数(以降歩度と称す)と基準歩度のずれ量を演算し、回
路ブロックに実装されたICに対し発振周波数の補正デー
タ(以降歩度緩急データと称す)を出力する方法がとられ
ていた。 歩度緩急データを入力したICはそのデータに基
づき発振手段の回路定数(主に発振容量)を可変(以降発
振容量緩急と称す)するか、もしくは分周手段の分周比を
可変(以降論理緩急と称す)し、その時計の歩度を外部基
準歩度に合わせ込むことで時計の精度を補償している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の時計の精度の調
整方法にあっては、回路ブロック状態で歩度を合わせ込
んでも回路ブロックをムーブメントに組み込んだ際に歩
度がシフトしてしまい、特に時計の精度が年間±10秒を
補償するような高精度時計においては、目標とする精度
に追い込みにくいという欠点を有していた。 ムーブメン
トへの組み込みによる歩度シフトの原因としては、発振
手段以外の浮遊容量の変化による発振周波数の発振容量
シフトと、ムーブメント組み込み時に水晶缶固定部材が
水晶缶に触れることによる水晶発振周波数の加圧シフト
などが主な原因と考えられている。また、ムーブメントか
ら時計の外装に組み込む際にも前述同様、水晶発振周波
数の加圧シフトや組み立て時の温度、湿度、光の強弱など
の外部環境により歩度がシフトする可能性がある。 水晶
振動子の特性や発振手段の回路構成、ムーブメントでの
水晶固定構造などにより若干の差はあるものの回路ブロ
ック状態で歩度を合わせ込んでから時計完成体(以降コ
ンプリート状態と称す)になるまでの歩度シフト量は、日
差(１日当たりの歩度のずれ量)にして数十msecから百数
十msecである。

【０００４】またこのシフト量は水晶振動子特性、ムー
ブメントでの水晶固定時のバラツキや組み立て時の外部
環境の若干の変化により、一定の量であることは少なく
したがって、回路ブロック状態での歩度調整時に予めシ
フト量を予想して歩度調整を行ったとしても、コンプリ
ート状態での精度を完全に補償することは難しかった。
また、このシフト量は精度が月間±15秒を補償するよう
な月差時計においてはほとんど問題とならないため、回
路ブロック状態で歩度を合わせ込んでからコンプリート
状態になって歩度がシフトしたとしても目標とする精度
に追い込むことが十分に可能である。 しかし時計の精度
が年間±10秒を補償するような高精度時計においては、
目標とする精度を達成するための歩度範囲が月差時計に
比較して非常に狭く、前述の数十msecから百数十msecの
歩度シフト量が精度検査歩留まりに大きな影響をあたえ
ている。 コンプリート状態において目標とする精度を達
成するための歩度範囲に入っていなかった場合、分解し
再度歩度を調整し直すという工程が必要となってしまっ
ていた。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、本発明は、時計外部からの外部基準信号を含む歩度
調整基準信号をオフラインで受信し、歩度調整するため
の歩度調整制御信号を出力する歩度調整制御手段と前記
歩度調整制御信号と発振手段の出力である時計の計時基
準信号と分周手段を介して出力される計時基準信号の分
周信号を入力し、発振手段の出力周波数と外部基準信号
の周波数の差をカウントし、歩度緩急データとして記憶
手段に出力する歩度緩急量測定手段を有する構成とし、
時計組み立て工程の最終段階であるコンプリート状態で
歩度の合わせ込みを行えるようにした。 コンプリート状
態で歩度の合わせ込みを行うことにより、前述の浮遊容
量による変化や加圧変化を包含した状態で歩度の合わせ
込みを行うことが出来る。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の一例を図面に基
づいて説明する。 本例では32,768Hzの水晶振動周波数を原振とする水晶電
子時計を例にしてみる。 発振手段から出力される固有の
発振周波数は正確に32,768Hzではなく、水晶振動子のバ
ラツキやIC内発振手段の発振容量のバラツキにより発振
周波数は変わってくる。 発振手段から出力された約32KH
zの原振信号は分周手段に入力され、分周される。 この分
周された分周信号からアナログ時計であればステップモ
ータを駆動するための駆動パルスやデジタル時計であれ
ば液晶等を表示する制御パルスを合成する。 同時に、前
記駆動パルスや前記制御パルスを出力するタイミング信
号を表示手段に対し出力する。 通常の秒針付きアナログ
時計であればその周期は1Hzとなり、これにより1秒周期
で秒針が駆動され時刻を表示する。 原振の発振周波数が
正確に32,768Hzであった場合、特に調整する事なく精度
の良い時計が実現できるが前述のように水晶振動子のバ
ラツキやIC内発振手段の発振容量のバラツキにより通常
は発振周波数は32,768Hzよりずれている。 正確に1秒周
期で時計の表示が行えるように発振容量緩急により発振
周波数を補正するか、もしくは分周手段の分周比を変更
する論理緩急によりこのずれ量を補正することを時計の
歩度緩急という。 ここでは分周手段の分周比を可変して
時計の歩度を調整する論理緩急方式を例にとって説明す
る。

【０００７】図１は本発明の機能ブロック図である。 約
32KHzの計時基準信号Dを出力する発振手段(101)と発振
手段(101)の出力を分周し、各手段に分周信号を出力する
分周手段(102)と分周信号を入力し駆動パルスや表示制
御パルスを合成し、転換機や液晶を駆動する表示手段(10
3)と時計の歩度を調整するために前記分周手段(102)の
分周比を可変し、論理緩急を行うための歩度緩急制御手
段(104)と歩度緩急制御手段(104)に出力するための歩度
緩急量データBを記憶する緩急データ記憶手段(105)と時
計の歩度調整モードを設定する外部入力手段(108)と外
部入力手段(108)で歩度調整モードのスイッチ設定がさ
れたときに歩度調整モード信号Iを出力するNOT回路(10
9)と外部からの歩度調整基準信号Cをオフラインで受信
し、歩度調整制御信号F,G,Hを出力する歩度調整制御手段
(106)と発振手段(101)の出力信号と分周手段(102)の出
力信号と歩度調整モード信号を入力とし、歩度差カウン
タ(116)にクロックを入力するAND回路(113)とAND回路(1
13)の出力と歩度調整制御信号Fを入力とし、歩度調整基
準信号C内に含まれる外部周波数基準信号と発振手段(10
1)の出力歩度のずれ量をカウントする歩度差カウンタ(1
16)とから構成されている。 歩度調整制御手段(106)は外
部周波数基準信号を含む歩度調整基準信号Cを受信し、 T
F/F(110)とAND回路(115)に出力する受信手段(112)と受
信手段(112)から出力される歩度調整基準信号Cを分周す
る立下がり動作のTF/F(110)と更にTF/F(110)の出力を分
周する立下がり動作のTF/F(111)と、TF/F(110)と TF/F(1
11)の出力信号と歩度調整モード信号Iを入力とし、分周
手段(102)にリセット信号Ｇを出力するNOR回路(114)と、
受信手段(112)の出力である歩度調整基準信号CとTF/F(1
11)の出力信号を入力とし、歩度差カウンタ(116)のデー
タを歩度緩急データとして歩度緩急データ記憶手段(10
5)に記憶するための制御信号Ｈを出力するAND回路(115)
から構成されている。

【０００８】次に機能ブロック図の動作を説明する。 通
常は回路ブロック状態又は、ムーブメント状態で歩度の
調整が行われるが、本発明では時計が組み立てられコン
プリートとなった時点で歩度の調整が行われる。 歩度が
調整されていないコンプリートに対し、外部より外部歩
度基準信号を含む歩度調整基準信号Cをコンプリートに
対し送信する。 この信号は電波もしくは磁界の有無によ
りデータを表現するものとする。 この外部信号の形態に
より受信手段(112)の回路構成は異なる。本例では磁界の
有無により歩度調整基準信号Cを表現するものとし、受信
手段(112)は第４図に示すアナログ時計の転換機のコイ
ル(417)及び、コイル(417)に接続された磁界検出用イン
バータ回路(418)から構成されるものとする。 従来、転換
機駆動時の周辺磁界の有無を検出するための磁界検出回
路であるが、ここでは歩度調整基準信号Cの受信回路とし
て用いる。 外部の磁界を変化させることで転換機用のコ
イル(417)には誘起電圧が発生する。 この誘起電圧を転
換機用ドライバー回路のPchトランジスタ(419)のON/OFF
を行うことにより、増幅させ磁界検出用インバータ回路
(418)の出力を歩度調整基準信号Cに同期して変化させる
ものである。

【０００９】図２の本発明の機能ブロック図のタイミン
グチャートをもとに動作を説明する。歩度調整モードの
設定入力を行う外部入力手段例えば竜頭等により、歩度
調整モードに時計が設定されるとNOT回路(109)は歩度調
整モード信号Iを出力する。歩度調整モード信号Iを入力
した受信手段(112)は受信動作を開始し、外部の磁界変化
を常時検出する状態に設定される。 同時に歩度調整モー
ド信号Iがリセット解除入力となっている歩度調整制御
手段(106)のTF/F(111)、TF/F(110)もリセット解除状態と
なる。

【００１０】一方、 TF/F(111)、TF/F(110)の出力信号と
歩度調整モード信号Iを入力とし、分周手段(102)をリセ
ットする歩度調整制御信号Gを出力するNOR回路(114)の
出力は歩度調整モード信号Iが出力されると歩度調整基
準信号Cがワンパルス入力されるまでの間、分周手段(10
2)をリセットする歩度調整制御信号Gを出力する。 NOR回
路(114)の出力である歩度調整制御信号Gにより分周手段
(102)はリセットされるので分周手段(102)の出力である
分周信号Ｅは"L"レベルとなる。 従って発振手段(101)か
ら出力される計時基準信号Dと分周手段(102)から出力さ
れる出力信号Ｅと歩度調整モード信号Iを入力とし、歩度
差カウンタ(116)にクロックを入力するAND回路(113)の
出力は"L"に固定されている。 また、歩度差カウンタ(1
16)は歩度調整制御手段のTF/F(111)の"L"出力によりリ
セット状態に維持されている。

【００１１】ここで第一番目の歩度調整基準信号が受信
手段(112)により受信されると歩度調整基準信号Cがワン
パルス出力される。受信手段(112)から出力された歩度
調整基準信号CによりのTF/F(110)の出力が"H"となり、N
OR回路(114)の出力が"L"となる。これにより分周手段(1
02)はリセットが解除され発振手段(101)の出力である計
時基準信号Dの信号の分周を開始する。 この状態で分周
手段(102)の出力信号Eが変化するまでは各手段の状態は
変化しない。 分周手段(102)の出力信号Eの分周周波数
は特に指定する必要はないが、遅ければ遅いほど精度良
く歩度緩急を行うことが出来る。

【００１２】本例では分周手段(102)の出力信号Eを1/64
0Hzとする。 前述の歩度調整基準信号Cがワンパルス入力
されてから計時基準信号Dを基準として320秒経過した時
点で分周出力信号Eが立上がり、AND回路(113)がイネー
ブルになり計時基準信号DがAND回路(113)から出力され
るようになる。 しかしながら歩度差カウンタ(116)は歩
度調整制御手段(106)内のTF/F(111)の"L"出力によりリ
セット状態に維持されつづけているためAND回路(113)の
出力は歩度差カウンタ(116)には入力されない。

【００１３】次に第二番目の歩度調整基準信号が受信手
段(112)により受信される。この第二番目の歩度調整基
準信号は前期分周出力信号Eと同じ周波数で出力される
必要がある。つまり本例では分周出力信号Eを1/640Hzと
したため、外部からの歩度調整基準信号も1/640Hzとな
る。外部からの歩度調整基準信号は絶対精度をもつ必要
があり、この信号に発振手段(101)の発振周波数もしく
は、分周手段(102)の分周比を調整して周波数を合わせ
込めば時計の精度が保証できる精度が必要となる。第一
番目の歩度調整基準信号から640秒経過後、第二番目の
歩度調整基準信号が受信手段(112)により受信されると
歩度調整基準信号Cが再びワンパルス出力される。これ
により歩度調整制御手段(106)内のTF/F(110)の出力が"
H"から"L"へ、TF/F(111)の出力が"L"から"H"へ変化す
る。 TF/F(111)の出力である歩度調整制御信号Fが"H"
に変化すると、歩度差カウンタ(116)はリセット状態を
解除される。 したがって歩度差カウンタ(116)はAND回路
(113)の出力である計時基準信号Dのカウントを開始す
る。

【００１４】図３に歩度差カウンタ(116)の詳細タイミ
ング図を示す。 本例では歩度差カウンタ(116)を5BITの
ダウンカウンタ構成としている。 TF/F(111)の出力であ
る歩度調整制御信号Fが"H"に変化する前からAND回路(11
3)は計時基準信号Dを出力しているがTF/F(111)の出力で
ある歩度調整制御信号Fが歩度差カウンタ(116)のリセッ
トに入力されているためにダウンカウントは行われな
い。第二番目の歩度調整基準信号CによりTF/F(111)の出
力が"L"から"H"へ変化するすると歩度差カウンタ(116)
はAND回路(113)の出力である計時基準信号Dをクロック
としてダウンカウントを開始する。 あらかじめ取り付
けた水晶振動子の周波数を前述の絶対精度より確実に遅
い周波数に設定しておく事により、歩度差カウンタ(11
6)のカウントが開始され後に分周出力信号Eが立ち下が
る事になる。

【００１５】分周出力信号Eが立ち下がるとAND回路(11
3)はデスエーブルとなり、計時基準信号Dをクロック入
力とした歩度カウンタ16のカウントが停止する。例え
ば、歩度差カウンタ(116)が計時基準信号Dをクロックと
してダウンカウントを開始してから11発目に分周信号E
が立下がったととすると、歩度差カウンタ(116)の1BIT目
は"H"、2BIT目は"H"、3BIT目は"L"、4BIT目は"H"、5BIT目
は"L"となりこの時のカウンタの値が絶対精度を持つ外
部からの歩度調整基準信号と発振手段(101)の出力する
計時基準信号Dの周波数のずれ量つまり時計の歩度のず
れ量に相当する。

【００１６】したがって分周出力信号Eと同じ周期で歩
度差カウンタ(116)の値に相当する分周比の可変を歩度
緩急制御手段(104)が分周手段(102)に対して実行する事
で時計としての精度を保証する事が出来るようになる。
分周出力信号Eが立ち下がる可能性のある時間帯から十
分な時間間隔をおいて第三番目の歩度調整基準信号が外
部から出力される。

【００１７】第三番目の歩度調整基準信号が受信手段(1
12)により受信されると、同様に歩度調整基準信号Cが再
びワンパルス出力される。このときAND回路(115)は歩度
調整制御手段(106)内のTF/F(111)の"H"出力によりイネ
ーブル状態となっているため歩度調整基準信号Cのワン
パルスに同期して緩急データ記憶手段(105)に対して緩
急データ記憶信号Hを出力する。

【００１８】緩急データ記憶手段(105)は緩急データ記
憶信号Hを入力すると歩度差カウンタ(116)のデータ値を
緩急量データとして読み込み記憶する。第三番目の歩度
調整基準信号が出力された後、外部入力手段(108)により
歩度調整モード解除操作が行われるとNOT回路(109)は歩
度調整モード信号Iを解除し、歩度調整動作が終了す
る。

【００１９】本例では歩度緩急手段として分周手段(10
2)の分周比を可変する論理緩急方式を例にとったが他に
歩度緩急データから発振手段の容量可変量を演算し、発
振周波数自体を可変させて歩度を合わせる発振容量緩急
でもかまわない。また、本例では外部からの歩度調整基
準信号を磁界の有無で表現し、アナログ時計の転換機駆
動用のコイルをアンテナとし、従来からある外部磁界検
出回路を歩度調整基準信号の受信回路としたが、外部か
らの歩度調整基準信号を電波とし、フェライト材を用い
たコイルをアンテナとし電波受信回路を歩度調整基準信
号の受信回路としてもかまわない。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したごとく、時計外部からの外
部基準信号を含む歩度調整基準信号をオフラインで受信
し、歩度調整するための歩度調整制御信号を出力する歩
度調整制御手段と前記歩度調整制御信号と発振手段の出
力である時計の計時基準信号と分周手段を介して出力さ
れる計時基準信号の分周信号を入力し、発振手段の出力
周波数と外部基準信号の周波数の差をカウントし、歩度
緩急データとして記憶手段に出力する歩度緩急量測定手
段を有することでコンプリート状態での歩度調整を行う
事が出来る。

【００２１】したがって水晶振動子を含む発振手段の発
振周波数が時計組立工程中にシフトすることに起因する
コンプリート状態での精度不良をなくす事が出来、特に
歩度シフトの量が歩度の合わせこみに多大な影響を及ぼ
す高精度時計の歩度調整あっては特に大きな効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の機能ブロック図である。

【図２】本発明の機能ブロック図のタイミングチャート
である。

【図３】本発明の歩度差カウンタの詳細タイミングチャ
ートである。

【図４】本発明の受信回路に使用する転換機構成であ
る。

【符号の説明】

１０１ 発振手段 １０２ 分周手段 １０３ 表示手段 １０４ 歩度緩急制御手段 １０５ 緩急データ記憶手段 １０６ 歩度調整制御手段 １０７ 歩度緩急量測定手段 １０８ 外部入力手段 １１２ 受信手段 １１６ 歩度差カウンタ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 計時基準信号を出力する発振手段と、前
   記発振手段の計時基準信号を分周する分周手段と前記分
   周手段の出力に応じた計時情報を表示する表示手段と前
   記発振手段もしくは前記分周手段に歩度緩急信号を出力
   する歩度緩急制御手段と前記歩度緩急制御手段に入力さ
   れる歩度緩急量データを記憶する緩急データ記憶手段を
   有する時計において、 時計外部からの外部基準信号を含む歩度調整基準信号を
   オフラインで受信し、歩度調整のための歩度調整制御信
   号を出力する歩度調整制御手段と、 前記歩度調整制御手段が第１番目の 前記歩度調整基準信
   号を受信すると、前記発振手段の計時基準信号の分周を
   開始し、前記歩度調整制御手段が第２番目の前記歩度調
   整基準信号を受信すると、前記発振手段から出力される
   前記計時基準信号及び前記分周手段から出力される分周
   信号を入力し、前記発振手段の出力周波数と前記外部基
   準信号の周波数の差をカウントし、前記分周手段の分周
   信号の立ち下がりで前記カウントを終了した後、前記歩
   度緩急量データを前記緩急データ記憶手段に出力する歩
   度緩急量測定手段を有することを特徴とする高精度時
   計。