JP3423691B2

JP3423691B2 - アナログ式電子時計

Info

Publication number: JP3423691B2
Application number: JP2000558435A
Authority: JP
Inventors: 一男鈴木; 任康町田; 孝典南谷; 重之高橋; 岳明島内
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1998-07-03
Filing date: 1999-07-02
Publication date: 2003-07-07
Anticipated expiration: 2019-07-02
Also published as: WO2000002099A1; DE69911419D1; EP1096342B1; DE69911419T2; CN1307695A; EP1096342A1; US6434086B1; EP1096342A4

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、指針によって時
刻表示を行なうアナログ式電子時計に関し、特にその低
消費電力化を図るための技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】時計は単に正確な時刻を知らせるための
ものだけでなく、装飾品という面も兼ねている。殆どす
べての時計において、外観デザインは重要な位置を占め
る。現在の腕時計等の時計の殆どは、水晶発振器を用い
た電子時計であるが、時刻を数字で表示するデジタル式
と、時刻を文字板と指針で表示するアナログ式とがあ
る。そのアナログ式電子時計においては、同時に満たさ
れなければならない次の２つの機能がある。その一つ
は、指針を設定時間内に一定角度だけ回転駆動させる機
能であり、もう一つは、外部衝撃に対して針飛び現象が
起きないように指針を保持する機能である。

【０００３】図１９は従来のアナログ式２針電子時計の
駆動部における輪列の構成を示す展開図であり、同心同
軸の歯車も展開して示している。ステップモータのロー
タ１ａの回転は、ロータカナ２を通じて５番歯車３に伝
達され、５番歯車３と一体に回転する５番カナ４を通じ
て４番歯車５に伝達される。さらに、その４番歯車５の
回転は４番カナ６を通じて３番歯車７に伝達され、３番
カナ８を通じて２番歯車９に伝達され、２番歯車９に２
番軸を介して取り付けられた分針１５を回転させる。

【０００４】また、その２番歯車９の回転は２番カナ１
０を通じて日の裏歯車１２に伝達され、日の裏カナ１３
を通じて筒車１４に伝達され、筒車１４に取り付けられ
た時針１７にまで回転が伝達される。すなわち、ロータ
１ａから時針１７までは輪列機構によって回転動作が双
方向に伝達される構造になっている。前述したアナログ
式時計における２つの機能を同時に実現するために、従
来からステップモータが用いられてきた。ステップモー
タは周知の通り、一定角度づつ回転することが可能であ
る。また、ステップモータには保持エネルギが存在し、
そのため外部衝撃によって発生するある程度の外乱エネ
ルギまでは、指針を元の位置に保持させることが可能で
ある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ステップモータの設計
においては、まず使用する指針に応じて必要な保持エネ
ルギを設定し、それに基づいてステップモータの駆動条
件を設定している。ステップモータを回転させたときの
消費電力は、このようにして設定された駆動条件によっ
て殆ど決まる。したがって、駆動という観点からのみ見
れば、駆動条件が最適化されているとは言えず、運針動
作を行わせるだけならばより小さな駆動エネルギでもス
テップ運針させられる可能性はある。しかし、そのため
に保持エネルギの設定値を小さくすると、外乱エネルギ
がその小さく設定した保持エネルギを越えると指針を保
持できなくなるという問題がある。

【０００６】そのため、従来のアナログ式電子時計にお
いては、外部衝撃により針部に発生する外乱エネルギよ
りも大きな保持エネルギを設定することにより、針飛び
現象を防止しようとしている。その外乱エネルギの大き
さは、指針のモーメントの不釣り合いの程度に起因する
アンバランス性を考慮したイナーシャの大きさに関係す
る。指針を対象とした場合には形状がほぼ設定されるた
め、外乱エネルギはイナーシャの大きさに大きく影響さ
れ、デザインを優先して、針形状を大きくしたり異形に
したりすることによってアンバランス性を大きくする
と、簡単に保持エネルギを越えてしまう。その結果針飛
び現象が生じてしまい、前述したアナログ式時計の２つ
の機能を実現できなくなってしまう。

【０００７】このような理由から、デザインを優先する
と保持エネルギを大きく設定する必要があり、それによ
って必然的にステップモータの消費電力が大きくなって
しまうことになった。この発明は上記のような背景に鑑
みてなされたものであり、アナログ式電子時計におい
て、指針のデザインに対する時計の機能面からの制約を
取り除き、指針のモーメントの大小に係わりなく、自由
にデザインされた指針を使用できるようにし、かつ消費
電力を小さくすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この発明は、時刻表示を
行うための時針と分針と、その時針と分針を回動させる
ためのステップモータと、そのステップモータの回転を
減速して前記時針と分針とに伝える輪列とから構成され
るアナログ式電子時計（２針電子時計）において、上記
の目的を達成するため、次のように構成する。すなわ
ち、上記分針および２番カナと２番軸を共有する２番歯
車の厚さが、上記２番軸に対して上記分針の指時部が延
びる方向側の半部より反対側の半部の方が歯形を含めて
厚くなるようにし、上記２番歯車と２番カナと２番軸と
から構成される２番軸回転体と上記分針とを合成した２
番軸に関するモーメントを低減するように構成する。

【０００９】また、時刻表示を行うための時針と分針と
秒針と、該時針と分針と秒針を回動させるためのステッ
プモータと、該ステップモータの回転を減速して前記時
針と分針と秒針に伝える輪列とから構成されるアナログ
式電子時計（３針電子時計）においても、上記の目的を
達成するため、次のように構成する。すなわち、上記秒
針および４番カナと４番軸を共有する４番歯車の厚さ
が、上記４番軸に対して上記秒針の指時部が延びる方向
側の半部より反対側の半部の方が歯形を含めて厚くなる
ようにし、上記４番歯車と４番カナと４番軸とから構成
される４番軸回転体と上記秒針とを合成した４番軸に関
するモーメントを低減するように構成する。

【００１０】

【００１１】

〔第１の実施形態〕

まず、この発明をアナログ式２針電子時計に適用した第
１の実施の形態について、図１から図９を参照して説明
する。図１はそのアナログ式２針電子時計の駆動部の断
面図であり、基本的な駆動力伝達機構は図１９に示した
従来例の輪列構造と同じであるので、図１９と対応する
部分には同一の符号を付している。

【００１２】図１において、１はステップモータであ
り、ロータ１ａとステータ１ｂとコイル１ｃから構成さ
れており、その駆動時にロータ１ａが間欠的に毎秒１８
０゜づつ回転する。そのロータ１ａの回転は、ロータカ
ナ２に係合した５番歯車５に伝達され、５番歯車３と一
体に回転する５番カナ４を通じて４番歯車５を回転させ
る。その４番歯車５の回転は、それと一体に回転する４
番カナ６を通じて３番歯車７に伝達され、さらに３番カ
ナ８と係合する２番歯車９に伝達され、その２番歯車９
を固着した回転軸である２番軸１１とともにその先端に
取り付けられた分針１５を回転させる。

【００１３】また、２番歯車９の回転は、２番カナ１０
に係合する日の裏歯車１２に伝達され、日の裏カナ１３
を通して筒車１４に伝達され、その筒車１４の先端に取
り付けられた時針１７まで回転が伝達される。これらの
輪列構造は、不透明な文字板１８があるため指針側から
は見えない。なお、３１は地板、３２は輪列受板であ
る。この第１の実施の形態では、２番歯車９の下面
の、２番軸１１に対して分針１５の指時部１５ａ（図１
で左方に延びる長手部）が延びる方向と反対側の半部に
錘の役目をなす半円形状の付加部材２０を取り付けてい
る。

【００１４】図２は、この実施形態における２番軸回転
体の構成を示す図であり、２番歯車９が２番カナ１０を
一体とする２番軸１１に嵌入して固着され、２番軸回転
体２１を構成している。この２番軸回転体２１の２番軸
１１の先端に分針１５が取り付けられており、２番歯車
９の下面の、２番軸１１に対して分針１５の指時部１５
ａが延びる方向と反対側の半部に、半円形状の付加部材
２０が固着されている。

【００１５】図３はその２番歯車９の下面図、図４はそ
の断面図であり、２番歯車９に対する付加部材２０の形
状と取り付け状態を示している。２番歯車９の歯部９ａ
と２番軸１１が嵌入する軸孔９ｂを除く下面の、図３及
び図４で右半部に半円形の付加部材２０を固着してい
る。図３に示す矢印付き直線１６は、図２の上方から見
た分針中心線（分針１５の指時部１５ａの先端と回転中
心を結んだ線）で、矢印Ａは分針１５の指時部１５ａが
延びる方向を示している。そして、付加部材２０の対称
軸がその分針中心線１６と一致するようにしている。

【００１６】このように、２番歯車９上に錘の役目をな
す付加部材２０を取り付けることによって、図２に示し
た２番軸回転体２１の重心を、その回転軸である２番軸
１１の軸線１１ａ上から分針１５の指時部１５ａが延び
る方向Ａと反対方向のある範囲内にずらす（オフセット
させる）。それによって、分針１５と２番軸回転体２１
を合成した２番軸１１に関するモーメントを低減するよ
うに構成している。その２番軸回転体２１の重心をずら
す方向は、図３に示すように、紙面に垂直な２番軸の軸
線１１ａ（図２も参照）上から分針１５の指時部１５ａ
が延びる矢印Ａの方向と反対方向（１８０゜反対の矢印
Ｂで示す方向）を中心に±９０゜未満の角度範囲にす
る。

【００１７】この範囲に２番軸回転体２１の重心をずら
せば、２番軸回転体２１と分針１５の合成したモーメン
トを低減する効果があり、分針１５の指時部１５ａが延
びる方向（矢印Ａの方向）に対して１８０゜反対の方向
（矢印Ｂの方向）にずらしたときに、そのモーメント低
減効果が最も大きくなる。付加部材２０は、図３に示す
ような半円形状の板部材であり、その半径を２番歯車９
の歯底円の半径以下にして、図１に示す３番カナ８と接
触しないようにしている。２番軸回転体２１と分針１５
の合成したモーメントを小さくすることが目的なので、
分針１５の指時部１５ａ側が重い場合には、付加部材２
０の半径は大きいことが望ましく、２番歯車９の歯底円
の半径に等しいときが最も効果が大きい。

【００１８】試験例として、付加部材２０の半径を１．
１９ｍｍとした。また密度の大きい材質、例えばタング
ステンやタンタルなどを用いることにより、付加部材２
０の大きさを小さくすることができる。試験例では付加
部材２０にタングステンを採用し、その厚みを２００μ
ｍとした。厚みはスペース的に余裕があれば厚いほど効
果が大きくなることは言うまでもない。２番歯車９にこ
の付加部材２０を取り付けることにより、２番軸回転体
２１と分針１５の合成したモーメントは低減されること
になる。分針のモーメントの部分相殺によって消費電力
の低減を可能にする因果関係については、本発明者等の
発明に係る国際公開公報ＷＯ９８／３０９３９に詳細に
開示されている。

【００１９】すなわち、２番軸回転体と分針の合成した
モーメントをＭ、分針から輪列を介してステップモータ
のロータに至る分針等価慣性モーメントを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、ステップ
モータの有する保持エネルギをＥｐとしたとき、Ｍ^２／Ｉ＜２×Ｅｐ／ｖ^２の関係を満足するように、上記Ｍ及びＩを設定すれば針
飛びは防止できる。

【００２０】ここで言う分針等価慣性モーメントは、上
記文献において説明されている指針等価慣性モーメント
に相当する。この実施形態においては分針に着目してい
るためこの名称を用いる。また、上記文献に開示された
内容から、長さ６．１ｍｍで、モーメントが６．５×１
０^-９［ｋｇ・ｍ］である真鍮製の分針、および保持エ
ネルギが１５０ｎＪであるステップモータを用いる場
合、３０ｃｍの高さからのハンマ衝撃テストでは針飛び
を起こしてしまうことが確認されている。

【００２１】従来は、上記分針は３３０ｎＪの保持エネ
ルギをもつステップモータと共に用いられており、上述
の関係のごとく２番軸回転体と分針の合成したモーメン
トＭを小さくすることによって、時計の外部から衝撃が
加わったときに発生する分針を回転させるエネルギが減
少するので、前述の保持エネルギが１５０ｎＪという小
さい保持エネルギのステップモータを用いても針飛びを
防止することが可能になった。このように、ステップモ
ータの保持エネルギを小さくすることによって、それに
打ち勝って指針を回転させるための駆動エネルギが小さ
くて済み、ステップモータの消費電力が低減することは
明らかである。

【００２２】今般作成した試験例によれば、付加部材２
０による補正モーメントは、−４．３×１０^-９［ｋｇ
・ｍ］であり（マイナスの記号はモーメントの向きが異
なることを表している）、分針１５のモーメントが６．
５×１０^-９［ｋｇ・ｍ］であったが、２番軸回転体２
１と分針１５を合成したモーメントは、補正モーメント
と分針のモーメントの和となり、２．２×１０^-９［ｋ
ｇ・ｍ］に減少した。この試験例で用いた分針１５に対
しては、３０ｃｍの高さからのハンマ衝撃試験において
針飛びを起こさないモーメントに関する条件として、２
番軸回転体２１と分針１５の合成したモーメントの絶対
値が４．０×１０^-９［ｋｇ・ｍ］以下であることが推
定されているので、２．２×１０^-９［ｋｇ・ｍ］とい
うモーメントは十分にその条件を満足している。

【００２３】従来の時計とこの実施形態の時計に対し
て、ハンマ衝撃試験機によりハンマ高さ３０ｃｍの衝撃
を与えたところ、付加部材２０が無いこと以外全く同じ
構成である従来の時計では針飛びが発生したが、付加部
材２０を取り付けたこの実施形態の時計では針飛びが起
きなかった。付加部材２０を取り付けることにより２番
軸回転体２１の慣性モーメントは幾分大きくなるが、ス
テップモータ１のロータ１ａから見た場合１／９０の減
速輪列が間に存在するため、ロータ１ａから見た２番軸
回転体２１の慣性モーメント増加の影響は８１００分の
１に縮小される。そのためステップモータの駆動エネル
ギはほとんど増加しない。

【００２４】また、分針に対しては全く手を加えていな
いので、デザインの自由度に対する制限も発生しない。
そして、２番歯車９や付加部材２０は通常外から見える
ことはないので、外観を損なうこともない。なお、図３
に示した付加部材２０は半円形状にしたが、中心角が１
８０度未満の扇形の付加部材を分針中心線１６に対して
対称になるように取り付けるようにしてもよい。２番軸
回転体２１の重心をずらす手段として次のような手段を
実施してもよい。例えば、２番歯車の厚さを分針中心線
１６に沿って変化させ、分針１５の指時部１５ａが延び
る方向側の半部より反対側の半部の方が厚くなるように
する。

【００２５】図５及び図６に示す例は、段差付２番歯車
２２によってそれを実現するものであり、この段差付２
番歯車２２は分針中心線１６に直交する直径線を境に、
分針１５の指時部１５ａが延びる矢印Ａ方向側の半部２
２ａの厚さより、反対の矢印Ｂ方向側の半部２２ｂの厚
さを大きくして、段差を設けている。図６における２２
ｃは、２番軸１１を嵌入する軸孔である。図７に示す例
は、２番歯車としてその厚さ方向に楔形になっている楔
形２番歯車２３を用いる例であり、この楔形２番歯車２
３は、分針中心線１６に沿って厚みが矢印Ｂ方向に無段
階に増加する。また、図示はしないが、分針中心線１６
に沿って密度（質量）の異なる材料で２番歯車を形成し
ても有効である。例えば、分針中心線１６に直交する直
径線を境に２番歯車の材料の密度が異なり、矢印Ａ側の
半部より矢印Ｂ側の半部の方が密度が大きくなるように
する。

【００２６】さらに、図８及び図９に示すように、分針
１５の指時部１５ａが延びる矢印Ａ方向側の半部に、歯
部２４ａと軸孔２４ｂの近傍を残して、くり抜き部２４
ｃを形成した２番歯車２４を使用してもよい。くり抜き
部２４ｃの代わりに、厚さ方向の途中まで切削して薄肉
部を形成してもよい。このような各種の手段を組み合わ
せること、例えば２番歯車の一半部に付加部材を固着
し、他半部にくり抜き部を形成するなどによって、より
高い効果が得られることは明らかである。分針と２番軸
回転体を合成した２番軸に関するモーメントをどのくら
い小さくしなければならないかによって、必要な手段を
組み合わせて用いればよいわけである。

【００２７】以上のように、用いる分針を定めたとき、
外部衝撃に対して針飛びを起こさないように２番軸回転
体に付加部材を取り付けたり、形状を変えたりすること
の有効性について述べてきた。しかし、標準的な分針の
有するモーメントと同じ大きさで向きの異なるモーメン
トを持つ２番軸回転体を標準品として用意しておけば、
その標準品の２番軸回転体と組み合わせることによっ
て、かなり広い範囲のモーメントを有する分針が外部衝
撃に対して針飛びを起こさない条件を満たすことができ
る。したがって、種々の形状の指針と標準品の２番軸回
転体とを組み合わせて時計を構成することが可能にな
る。

【００２８】そして、標準品の２番軸回転体では対応で
きないような大きなモーメントを有する分針に対して
は、段階的にモーメントを変化させた２番軸回転体を用
意しておき、使用したい分針が外部衝撃に対して針飛び
をしないように、それらの２番軸回転体を選択できるよ
うにしておけばよい。このように自由にデザインされた
分針に対して、２番軸回転体で段階的に対応することが
可能であり、それによってより好ましい効果を得ること
ができる。また指針にある程度のモーメント対策を施し
たものと、この発明による２番軸回転体とを組み合わせ
ることによっても、好ましい効果が得られることは言う
までもない。

【００２９】なお、図１に示した分針１５や時針１７の
時刻修正を行う場合、図示しないリュウズからの大きな
回転力を受け、従来２番歯車９が２番軸１１に対して滑
ることで時刻修正を可能にしていた。この発明の２番軸
回転体を用いる場合、２番軸１１に対して２番歯車９の
位置関係が変化してしまうと問題があるが、２番歯車９
は２番軸１１に対して固定し、３番歯車７が軸に対して
滑るようにしておけば問題は発生しない。図１に示した
実施形態においては、ステップモータ１のロータ１ａか
ら２番歯車９まで４段の減速輪列で構成した例について
説明したが、それ以外の段数の減速輪列の構成であって
も、前述のような各種の２番歯車を備えた２番軸回転体
を用いることによって、低消費電力化が可能になる。

【００３０】〔第２の実施形態〕次に、この発明をアナログ式３針電子時計に適用した第
２の実施の形態について、を図１０から図１８を参照し
て説明する。図１０はそのアナログ式３針電子時計の駆
動部の断面図であり、図１と同じ部分には同一の符号を
付している。図１０において、ステップモータ１のロー
タ１ａが間欠的に毎秒１８０゜づつ回転すると、そのロ
ータ１ａの回転は、ロータカナ２に係合した５番歯車３
に伝達され、５番歯車３と一体に回転する５番カナ４を
通じて４番歯車５を回転させる。

【００３１】その４番歯車５は４番カナ６および４番軸
２５と一体に回転し、その４番軸の先端に取り付けられ
ている秒針１９を回転させる。さらに、その４番軸２５
の回転は、４番カナ６を通じて３番歯車７に伝達され、
さらに３番カナ８と係合する２番歯車９に伝達され、そ
の２番歯車９を固着した回転軸である２番軸１１ととも
にその先端に取り付けられた分針１５を回転させる。

【００３２】また、２番歯車９の回転は、２番カナ１０
に係合する日の裏歯車１２に伝達され、日の裏カナ１３
を通して筒車１４に伝達され、その筒車１４の先端に取
り付けられた時針１７まで回転が伝達される。これらの
輪列構造は、不透明な文字板１８があるため指針側から
は見えない。３１は地板、３２は輪列受板である。この
第２の実施の形態では、４番歯車５の下面の、４番軸２
５に対して秒針１９の指時部１９ａ（図１０で左方に延
びる長手部）が延びる方向と反対側（秒針１９の尾部１
９ｂが延びる側）の半部に錘の役目をなす半円形状の付
加部材２７を取り付けている。

【００３３】図１１は、この実施形態における４番軸回
転体の構成を示す図であり、４番歯車５が４番カナ６を
一体とする４番軸２５に嵌入して固着され、４番軸回転
体２６を構成している。この４番軸回転体２６の４番軸
２５の先端に秒針１９が取り付けられており、４番歯車
５の下面の、４番軸２５に対して秒針１９の指時部１９
ａが延びる矢印Ｃで示す方向と反対側の半部に、半円形
状の付加部材２７が固着されている。

【００３４】図１２はその４番歯車５の下面図、図１３
はその断面図であり、４番歯車５に対する付加部材２７
の形状と取り付け状態を示している。４番歯車５の歯部
５ａと４番軸２５が嵌入する軸孔５ｂを除く下面の、図
１２及び図１３で右半部に半円形の付加部材２７を固着
している。図１２に示す矢印付き直線２８は、図１１の
上方から見た秒針中心線（秒針１９の指時部１９ａの先
端と回転中心を結んだ線）で、矢印Ｃは秒針１９の指時
部１９ａが延びる方向を示している。そして、付加部材
２７の対称軸がその秒針中心線２８と一致するようにし
ている。

【００３５】このように、４番歯車５上に錘の役目をな
す付加部材２７を取り付けることによって、図１１に示
した４番軸回転体２６の重心を、その回転軸である４番
軸２５の軸線２５ａ上から秒針１９の指時部１９ａが延
びる方向Ｃと反対方向のある範囲内にずらす（オフセッ
トさせる）。それによって、秒針１９と４番軸回転体２
６を合成した４番軸２５に関するモーメントを低減する
ように構成している。その４番軸回転体２６の重心をず
らす方向は、図１２に示すように、紙面に垂直な４番軸
の軸線２５ａ（図１１も参照）上から秒針１９の指時部
１９ａが延びる矢印Ｃの方向と反対方向（１８０゜反対
の矢印Ｄで示す方向）を中心に±９０゜未満の角度範囲
にする。

【００３６】この範囲に４番軸回転体２６の重心をずら
せば、４番軸回転体２６と秒針１９の合成したモーメン
トを低減する効果があり、秒針１９の指時部１９ａが延
びる方向（矢印Ｃの方向）に対して１８０゜反対の方向
（矢印Ｄの方向）にずらしたときに、そのモーメント低
減効果が最も大きくなる。付加部材２７は、図１２に示
すような半円形状の板部材であり、その半径を４番歯車
５の歯底円の半径以下にして、図１０に示す５番カナ４
と接触しないようにしている。

【００３７】４番軸回転体２６と秒針１９の合成したモ
ーメントを小さくすることが目的なので、秒針１９の指
時部１９ａ側が重い場合には、付加部材２７の半径は大
きいことが望ましく、４番歯車５の歯底円の半径に等し
いときが最も効果が大きい。試験例として、付加部材２
７の半径を１．１７ｍｍとした。また密度の大きい材
質、例えばタングステンやタンタルなどを用いることに
より、付加部材２７の大きさを小さくすることができ
る。試験例では付加部材２７にタングステンを採用し、
その厚みを１００μｍとした。厚みはスペース的に余裕
があれば厚いほど効果が大きくなることは言うまでもな
い。４番歯車５にこの付加部材２７を取り付けることに
より、４番軸回転体２６と秒針１９の合成したモーメン
トは低減されることになる。

【００３８】秒針のモーメントの部分相殺によって消費
電力の低減を可能にする因果関係についても、前述した
国際公開公報ＷＯ９８／３０９３９に詳細に開示されて
いる。すなわち、４番軸回転体と秒針の合成したモーメ
ントをＭ、秒針から輪列を介してステップモータのロー
タに至る秒針等価慣性モーメントを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、ステップモータ
の有する保持エネルギをＥｐとしたとき、Ｍ^２／Ｉ＜２×Ｅｐ／ｖ^２の関係を満足するように、上記Ｍ及びＩを設定すれば針
飛びは防止できる。

【００３９】ここで言う秒針等価慣性モーメントは、上
記文献において説明されている指針等価慣性モーメント
に相当する。この実施形態においては秒針に着目してい
るためこの名称を用いる。また、上記文献に開示された
内容から、長さ１３．５ｍｍで、モーメントが２．７×
１０^-９［ｋｇ・ｍ］である秒針、および保持エネルギ
が１５４ｎＪであるステップモータを用いる場合、３０
ｃｍの高さからのハンマ衝撃テストでは針飛びを起こし
てしまうことが確認されている。この時計に対して、針
飛びを起こさないためには、４番軸回転体と秒針の合成
したモーメントを約１０％減少させれば充分であること
も確認されている。

【００４０】従来は、上記秒針は３３４ｎＪの保持エネ
ルギをもつステップモータと共に用いられており、上述
の関係のごとく４番軸回転体と秒針の合成したモーメン
トＭを小さくすることによって、時計の外部から衝撃が
加わったときに発生する秒針を回転させるエネルギが減
少するので、前述の保持エネルギが１５４ｎＪという小
さい保持エネルギのステップモータを用いても、針飛び
を防止することが可能になった。

【００４１】このように、ステップモータの保持エネル
ギを小さくすることによって、それに打ち勝って秒針を
回転させるための駆動エネルギが小さくて済み、ステッ
プモータの消費電力が低減することは明らかである。今
般作成した試験例によれば、付加部材２７による補正モ
ーメントは−２．０×１０^-９［ｋｇ・ｍ］であり（マ
イナスの記号はモーメントの向きが異なることを表して
いる）、秒針１９のモーメントが２．７×１０^-９［ｋ
ｇ・ｍ］であると、４番軸回転体２６と秒針１９の合成
したモーメントは両者の和となり、０．７×１０
^-９［ｋｇ・ｍ］に減少した。

【００４２】この実施形態で用いた秒針１９に対して
は、３０ｃｍの高さからのハンマ衝撃試験において針飛
びを起こさないモーメントに関する条件として、４番軸
回転体２６と秒針１９の合成したモーメントの絶対値が
２．４×１０^-９［ｋｇ・ｍ］以下であることが推定さ
れているので、０．７×１０^-９［ｋｇ・ｍ］というモ
ーメントは充分にその条件を満足している。従来の時計
とこの実施形態の時計に対して、ハンマ衝撃試験機によ
りハンマ高さ３０ｃｍの衝撃を与えたところ、付加部材
２７が無いこと以外全く同じ構成である従来の時計では
針飛びが発生したが、付加部材２７を取り付けたこの実
施形態の時計では針飛びが起きなかった。

【００４３】駆動に関する影響を見ると、付加部材２７
を取り付けることによる４番軸回転体２６の慣性モーメ
ントは幾分大きくなるが、ステップモータ１のロータ１
ａから見た場合減速輪列が間に存在するため、ロータ１
ａから見た４番軸回転体２６の慣性モーメント増加の影
響は９００分の１に縮小される。そのため、ステップモ
ータの駆動エネルギはほとんど増加しない。なお、図１
２に示した付加部材２７は半円形状にしたが、中心角が
１８０度未満の扇形の付加部材を秒針中心線２８に対し
て対称になるように取り付けるようにしてもよい。４番
軸回転体２６の重心をずらす手段として次のような手段
を実施してもよい。

【００４４】例えば、４番歯車の厚さを秒針中心線２８
に沿って変化させ、秒針１９の指時部１９ａが延びる方
向側の半部より反対側の半部の方が厚くなるようにす
る。図１４及び図１５に示す例は、段差付４番歯車３５
によってそれを実現するものであり、この段差付４番歯
車３５は秒針中心線２８に直交する直径線を境に、秒針
１９の指時部１９ａが延びる矢印Ｃ方向側の半部３５ａ
の厚さより、反対の矢印Ｄ方向側の半部３５ｂの厚さを
大きくして、段差を設けている。図１５における３５ｃ
は、４番軸２５を嵌入する軸孔である。

【００４５】具体的な作成例としては、図１４に示す段
差付４番歯車３５の薄い方の半部３５ａの厚さを１００
μｍ、厚い方の半部の厚さを２００μｍにし、材質は真
鍮（黄銅）で作成した。この場合、段差付４番歯車３５
による補正モーメントは−１．１×１０^-９［ｋｇ・
ｍ］になり、秒針１９のモーメントが２．７×１０^-９
［ｋｇ・ｍ］であると、４番軸回転体と秒針１９の合成
したモーメントは両者の和となるので、１．６×１０
^-９［ｋｇ・ｍ］に減少した。この値は前述の針飛びを
起こさないモーメントに関する条件を満足している。ま
た３０ｃｍの高さからのハンマー衝撃テストにおいて針
飛びを起こさなかった。

【００４６】図１６に示す例は、４番歯車としてその厚
さ方向に楔形になっている楔形４番歯車３６を用いる例
であり、この楔形４番歯車３６は、秒針中心線２８に沿
って厚みが矢印Ｃ方向に無段階に増加する。この場合の
具体的な作成例としては、図１６に示す楔形４番歯車３
６の最も厚い部分を２００μｍ、最も薄い部分を１００
μｍとし、真鍮（黄銅）で作成した。

【００４７】それによって、楔形４番歯車３６による補
正モーメントは −０．３×１０^{- ９}［ｋｇ・ｍ］にな
り、秒針１９のモーメントが２．７×１０^-９［ｋｇ・
ｍ］であると、４番軸回転体と秒針１９の合成したモー
メントは両者の和となるので、２．４×１０^-９［ｋｇ
・ｍ］に減少した。また、図示はしないが、秒針中心線
２８に沿って密度（質量）の異なる材料で４番歯車を形
成しても有効である。例えば、秒針中心線２８に直交す
る直径線を境に４番歯車の材料の密度が異なり、矢印Ｃ
側の半部より矢印Ｄ側の半部の方が密度が大きくなるよ
うにする。

【００４８】さらに、図１７及び図１８に示すように、
秒針１９の指時部１９ａが延びる矢印Ｃ方向側の半部
に、歯部３７ａと軸孔３７ｂの近傍を残して、くり抜き
部３７ｃを形成した４番歯車３７を使用してもよい。く
り抜き部３７ｃの代わりに、厚さ方向の途中まで切削し
て薄肉部を形成してもよい。この場合の具体的な作成例
としては、歯部３７ａの強度を考慮し、最も薄いところ
でも２００μｍは残すため、くり抜き部３７ｃの半径を
９７０μｍにした。この４番歯車３７の厚さは１００μ
ｍであり、材質は真鍮である。

【００４９】このとき、４番歯車３７のくり抜き部３７
ｃによる補正モーメントは−０．５×１０^-９［ｋｇ・
ｍ］となり、秒針１９のモーメントが２．７×１０^-９
［ｋｇ・ｍ］であると、４番軸回転体と秒針１９の合成
したモーメントは２．２×１０^-９［ｋｇ・ｍ］に低減
することができた。これも前述の針飛びを起こさないモ
ーメントに関する条件を満足している。このような各種
の手段を組み合わせること、例えば４番歯車の一半部に
付加部材を固着し、他半部にくり抜き部を形成するなど
によって、より高い効果が得られることは明らかであ
る。秒針と４番軸回転体を合成した４番軸に関するモー
メントをどのくらい小さくしなければならないかによっ
て、必要な手段を組み合わせて用いればよいわけであ
る。

【００５０】このアナログ式３針電子時計においても、
標準的な秒針の有するモーメントと同じ大きさで向きの
異なるモーメントを持つ４番軸回転体を標準品として用
意しておけば、その標準品に対してはかなり広い範囲の
モーメントを有する秒針が外部衝撃に対して針飛びを起
こさない条件を満たし、標準品の４番軸回転体と組み合
わせて時計を構成することが可能になる。そして、標準
品の４番軸回転体では対応できないような大きなモーメ
ントを有する秒針に対しては、段階的にモーメントを変
化させた４番軸回転体を用意しておき、使用したい秒針
が外部衝撃に対して針飛びをしないように、４番軸回転
体を選択できるようにしておけばよい。

【００５１】このように、自由にデザインされた秒針に
対して４番軸回転体で段階的に対応することが可能であ
り、より好ましい効果を得ることができる。また秒針に
ある程度のモーメント対策を施したものと、この発明に
よる４番軸回転体を組み合わせることによっても、好ま
しい効果が得られることは言うまでもない。この実施形
態においては、ステップモータ１のロータ１ａから４番
歯車５まで２段の減速輪列で構成したが、ロータと４番
歯車を直接係合した輪列構成であっても、またロータか
ら４番歯車まで２段以上の減速輪列があっても、前述の
４番軸回転体を用いることによって低消費電力化が可能
になる。

【００５２】

【発明の効果】以上のように、この発明によるアナログ
式電子時計は、モーメントが大きい分針又は秒針に対し
て、２番歯車を含む２番軸回転体あるいは４番歯車を含
む４番軸回転体の重心を、２番軸あるいは４番軸の軸線
上からずらすことによって、それらの回転体と分針又は
秒針とを合成した回転軸に関するモーメントを低減する
ことが可能になる。

【００５３】そのため、時計の外部から衝撃が加わった
ときに発生する分針あるいは秒針を回転させる外乱エネ
ルギを減少させることができ、ステップモータにおける
保持エネルギの値を小さくしても針飛びが発生しなくな
る。したがって、ステップモータの消費電力を低減する
ことができ、電子時計の低消費電力化が可能になる。ま
た、分針や秒針に対するデザイン上の制限も発生しなく
なるので、自由なデザインの分針や秒針を使用すること
ができ、アナログ式電子時計の多様化が可能になる。［図面の簡単な説明］

【図１】この発明の第１の実施の形態であるアナログ式
２針電子時計の駆動部の断面図である。

【図２】同じくその２番軸回転体の構成を示す正面図で
ある。

【図３】同じくその付加部材を固着した２番歯車の下面
図である。

【図４】同じくその付加部材を固着した２番歯車の断面
図である。

【図５】段付２番歯車の正面図である。

【図６】段付２番歯車の下面図である。

【図７】楔形２番歯車の正面図である。

【図８】くり抜き部を形成した２番歯車の下面図であ
る。

【図９】くり抜き部を形成した２番歯車の断面図であ
る。

【図１０】この発明の第２の実施の形態であるアナログ
式３針電子時計の駆動部の断面図である。

【図１１】同じくその４番軸回転体の構成を示す正面図
である。

【図１２】同じくその付加部材を固着した４番歯車の下
面図である。

【図１３】同じくその付加部材を固着した４番歯車の断
面図である。

【図１４】段付４番歯車の正面図である。

【図１５】段付４番歯車の下面図である。

【図１６】楔形４番歯車の正面図である。

【図１７】くり抜き部を形成した４番歯車の下面図であ
る。

【図１８】くり抜き部を形成した４番歯車の断面図であ
る。

【図１９】従来のアナログ式２針電子時計の駆動部にお
ける輪列の構成を示す展開図である。

【符号の説明】

１：ステップモータ１ａ：ロータ１ｂ：ステータ１ｃ：コイル２：ロータカナ３：５番歯車４：５番カナ５，３７：４番歯車５ａ，９ａ，２４ａ，３７ａ：歯部５ｂ，９ｂ，２２ｃ，２４ｂ，３５ｃ，３７ｂ：軸孔６：４番カナ７：３番歯車８：３番カナ９：２番歯車１０：２番カナ１１：２番軸１１ａ，２５ａ：軸線１２：日の裏歯車１３：日の裏カナ１４：筒車１５：分針１５ａ：指時部１７：時針１８：文字板１９：秒針１９ａ：指時部１９ｂ：尾部２０，２７：付加部材２１：２番軸回転体２２：段差付２番歯車２２ａ，２２ｂ，３５ａ，３５ｂ：半部２３：楔形２番歯車２４ｃ，３７ｃ：くり抜き部２５：４番軸２６：４番軸回転体２８：矢印付き直線３１：地板３２：輪列受板３５：段差付４番歯車３６：楔形４番歯車

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者南谷孝典日本国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)発明者高橋重之日本国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)発明者島内岳明日本国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 (56)参考文献特開平７−159552（ＪＰ，Ａ) 特開平５−188075（ＪＰ，Ａ) 特開平７−306744（ＪＰ，Ａ) 特開平５−285237（ＪＰ，Ａ) 実開昭55−55773（ＪＰ，Ｕ) 実用新案登録3016316（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G04B 13/02 G04B 35/00 G04C 3/14 G01D 11/00 - 13/28

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】時刻表示を行うための時針と分針と、該
時針と分針を回動させるためのステップモータと、該ス
テップモータの回転を減速して前記時針と分針とに伝え
る輪列とから構成されるアナログ式電子時計において、前記分針および２番カナと２番軸を共有する２番歯車の
厚さが、前記２番軸に対して前記分針の指時部が延びる
方向側の半部より反対側の半部の方が歯形を含めて厚く
なるようにし、前記２番歯車と２番カナと２番軸とから
構成される２番軸回転体と前記分針とを合成した前記２
番軸に関するモーメントを低減するように構成したこと
を特徴とするアナログ式電子時計。
【請求項２】時刻表示を行うための時針と分針と秒針
と、該時針と分針と秒針を回動させるためのステップモ
ータと、該ステップモータの回転を減速して前記時針と
分針と秒針に伝える輪列とから構成されるアナログ式電
子時計において、前記秒針および４番カナと４番軸を共有する４番歯車の
厚さが、前記４番軸に対して前記秒針の指時部が延びる
方向側の半部より反対側の半部の方が歯形を含めて厚く
なるようにし、前記４番歯車と４番カナと４番軸とから
構成される４番軸回転体と前記秒針とを合成した前記４
番軸に関するモーメントを低減するように構成したこと
を特徴とするアナログ式電子時計。