JP7222863B2 - 時計用調速装置 - Google Patents

Description

本発明は、時計用調速装置に関する。

従来、時計において調速を行なう技術がある。特許文献１には、ゼンマイから輪列を介して伝達される機械的エネルギを変換して電気的エネルギを供給する発電機と、輪列に結合された指針と、電気的エネルギにより駆動されて発電機の回転周期を制御する回転制御手段とを備える電子制御式機械時計が開示されている。特許文献１の発電機は、ロータ、ステータ、コイルブロックから構成される電磁式の発電機である。

特許第３９０８３８７号公報

電磁式の発電機は、大きな部材であるコイルブロックを有する。このため、電磁式の発電機を用いる場合、時計において部品を配置する自由度が低下し、サイズ的に厚く、大型な時計になりやすい。

本発明の目的は、従来の電磁式の発電機と比較して薄型、小型であり、部品の配置における自由度を向上させることができる時計用調速装置を提供することである。

本発明の時計用調速装置は、ぜんまいの力によって回転し、指針を回転させる香箱と、輪列を介して前記香箱と連結されており、前記香箱から伝達される力によって周期的な運動をする運動体と、帯電膜および前記帯電膜と対向する電極を有し、かつ前記帯電膜および前記電極のうち何れか一方が前記運動体に配置されて前記運動体と共に運動し、前記帯電膜および前記電極のうち他方が固定されている静電誘導部と、前記帯電膜と前記電極との間で作用する静電気力によって前記運動体の運動周期を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る時計用調速装置は、帯電膜および電極を含む静電誘導部と、制御部と、を有する。帯電膜および電極のうち何れか一方が運動体に配置されて運動体と共に運動し、帯電膜および電極のうち他方が固定されている。制御部は、帯電膜と電極との間で作用する静電気力によって運動体の運動周期を制御する。本発明に係る時計用調速装置は、大きな部材である電磁式の発電機を用いず、薄型で小型な設計自由度の高い静電誘導変換機を用いて発電および運動体の運動周期を制御する。よって、本発明に係る時計用調速装置を用いた時計は、部品の配置における自由度を向上させることができ、小型、薄型化を実現できる効果を奏する。

図１は、実施形態に係る時計の概略構成を示す図である。 図２は、実施形態に係る時計の動力伝達部を示す図である。 図３は、実施形態に係る静電誘導部の断面図である。 図４は、実施形態に係る静電誘導部の概略構成図である。 図５は、実施形態に係る時計のブロック図である。 図６は、実施形態に係る制御部の詳細を示すブロック図である。 図７は、実施形態に係る制御回路の詳細を示す図である。 図８は、実施形態の回転検出回路を説明する図である。 図９は、実施形態の静電誘導部を説明する図である。 図１０は、オープン状態の静電誘導部による制動を説明する図である。 図１１は、実施形態に係る静電誘導部の発電状態を示す図である。 図１２は、発電状態の静電誘導部による制動を説明する図である。 図１３は、実施形態に係る静電誘導部の短絡状態を示す図である。 図１４は、静電誘導部が短絡状態である場合の回転体の回転を示す図である。 図１５は、電圧印加状態の静電誘導部による制動を説明する図である。 図１６は、実施形態に係る時計用調速装置の動作を示すフローチャートである。 図１７は、実施形態に係る調速制御の一例を示す図である。 図１８は、実施形態に係る調速制御の他の例を示す図である。 図１９は、実施形態に係る調速制御の更に他の例を示す図である。 図２０は、制動期間における静電誘導部の状態の選択方法を説明する図である。 図２１は、実施形態に係る調速設定の一例を示すフローチャートである。 図２２は、実施形態の第１変形例に係る加速制御を説明する図である。 図２３は、実施形態の第２変形例に係る回路構成を示す図である。 図２４は、実施形態の第２変形例に係る調速制御を示す図である。 図２５は、実施形態の第３変形例に係る時計の概略構成を示す図である。

以下に、本発明の実施形態に係る時計用調速装置につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記の実施形態における構成要素には、当業者が容易に想定できるものあるいは実質的に同一のものが含まれる。

［実施形態］
図１から図２１を参照して、実施形態について説明する。本実施形態は、時計用調速装置に関する。図１は、実施形態に係る時計の概略構成を示す図、図２は、実施形態に係る時計の動力伝達部を示す図、図３は、実施形態に係る静電誘導部の断面図、図４は、実施形態に係る静電誘導部の概略構成図、図５は、実施形態に係る時計のブロック図、図６は、実施形態に係る時計用調速装置のブロック図、図７は、実施形態に係る時計用調速装置の回路構成例を示す図、図８は、実施形態の回転検出回路を説明する図、図９は、実施形態の静電誘導部を説明する図、図１０は、オープン状態の静電誘導部による制動を説明する図、図１１は、実施形態に係る静電誘導部の発電状態を示す図、図１２は、発電状態の静電誘導部による制動を説明する図、図１３は、実施形態に係る静電誘導部の短絡状態を示す図、図１４は、静電誘導部が短絡状態である場合の回転体の回転を示す図、図１５は、電圧印加状態の静電誘導部による制動を説明する図、図１６は、実施形態に係る時計用調速装置の動作を示すフローチャート、図１７は、実施形態に係る調速制御の一例を示す図、図１８は、実施形態に係る調速制御の他の例を示す図、図１９は、実施形態に係る調速制御の更に他の例を示す図、図２０は、制動期間における静電誘導部の状態の選択方法を説明する図、図２１は、実施形態に係る調速設定の一例を示すフローチャートである。

図１および図２に示すように、実施形態に係る時計１００は、ぜんまい１５を運針の動力源とする機械式時計である。時計１００は、香箱２、指針１０、増速輪列２０、および静電誘導部３を有する。指針１０は、秒針１１、分針１２、および時針１３を有する。秒針１１、分針１２、および時針１３は、増速輪列２０を介して香箱２と連結されており、香箱２の回転と連動して回転する。

図２に示すように、香箱２の内部には、ぜんまい１５が収容されている。ぜんまい１５は、指針１０を回転させる動力源である。ぜんまい１５の一端は香箱真１４に接続され、ぜんまい１５の他端は香箱２に接続されている。香箱真１４は、時計１００の筐体によって回転不能に支持されている。香箱２は、香箱真１４を回転中心として香箱真１４に対して相対回転する。香箱２は、巻き上げられたぜんまい１５が発生する動力によって回転する。香箱２の外周面には、歯車が設けられ、増速輪列２０に動力が伝達されている。

増速輪列２０は、第一回転軸２１、第二回転軸２２、および第三回転軸２３を有する。第一回転軸２１には、二番車２４が固定されている。第二回転軸２２には、カナ２５および三番車２６が固定されている。第三回転軸２３には、カナ２７および四番車２８が固定されている。増速輪列２０には、増速輪列２０との間で動力を伝達する回転軸３１が連結されている。回転軸３１には、カナ３２および回転体３３が固定されている。

第一回転軸２１の二番車２４は、香箱２の歯車およびカナ２５と噛み合っている。二番車２４およびカナ２５によって、第一回転軸２１の回転が増速されて第二回転軸２２に伝達される。第二回転軸２２の三番車２６は、カナ２７と噛み合っている。三番車２６およびカナ２７によって、第二回転軸２２の回転が増速されて第三回転軸２３に伝達される。第三回転軸２３の四番車２８は、カナ３２と噛み合っている。四番車２８およびカナ３２によって、第三回転軸２３の回転が増速されて回転軸３１に伝達される。

分針１２は、第一回転軸２１に連結されている。分針１２は、例えば、第一回転軸２１に固定されており、第一回転軸２１の回転速度と同じ速度で回転する。秒針１１は、第三回転軸２３に連結されている。秒針１１は、例えば、第三回転軸２３に固定されており、第三回転軸２３の回転速度と同じ速度で回転する。なお、時針１３は、減速輪列を介して第一回転軸２１と連結されている。

図３および図４に示すように、時計用調速装置１に含まれる静電誘導部３は、回転体３３および固定子３４を有する。固定子３４は、回転不能なように筐体等に対して固定されている。本実施形態の回転体３３および固定子３４の形状は、円盤形状である。ただし、固定子３４の形状は、円盤形状以外の形状であってもよく、例えば、矩形などの形状でもよいし、固定子３４自体が、他の部品が固定されている基板そのものであってもよい。固定子３４は、回転軸３１の軸方向において回転体３３と対向している。固定子３４は、回転体３３に対して隙間をあけて配置されている。

静電誘導部３は、回転体３３に配置されたエレクトレット膜３５、固定子３４に配置された第一電極３７、および固定子３４に配置された第二電極３８を有する。回転体３３は、シリコン基板、電極面が設けられたガラスエポキシ基板、あるいはアルミ板などの基板材料により形成された円盤形状の部材である。
図４ａに示すように、回転体３３において、固定子３４と対向する面には、複数のエレクトレット膜３５が形成されている。エレクトレット膜３５は、帯電膜であり、回転軸３１を中心とする回転方向に沿って等間隔で配置されている。エレクトレット膜３５は、エレクトレット材料で構成されている薄膜である。本実施形態のエレクトレット膜３５は、マイナスの電位に帯電している。回転体３３には、隣接するエレクトレット膜３５の間に貫通孔３６が形成されている。

本実施形態の時計１００は、ユーザが回転体３３を視認できるように構成されている。例えば、文字板における回転体３３と対向する位置に開口部が設けられている。本実施形態の時計１００は、回転体３３が回転している様子をユーザに見せることで、装飾的な効果を奏することができる。また、時計１００は、調速がなされていることをユーザに視覚的に感じさせることができる。

図４ｂに示すように、固定子３４には、複数の第一電極３７および複数の第二電極３８が配置されている。第一電極３７および第二電極３８は、回転体３３の回転方向、つまり運動経路に沿って交互に配置されている。複数の第一電極３７は、第一配線Ｇ１によって相互に電気的に接続されている。複数の第二電極３８は、第二配線Ｇ２によって相互に電気的に接続されている。

図５に示すように、本実施形態の時計用調速装置１は、香箱２と、蓄電部５と、制御部９と、増速輪列２０と、静電誘導部３と、回転検出回路７と、整流回路８と、降圧回路５４と、を有する。蓄電部５は、蓄電および放電が可能な二次電池である。香箱２は、発生する動力を増速輪列２０、静電誘導部３、指針１０へと伝達する。回転体３３は、香箱２から伝達された動力によって回転する運動体である。制御部９は、回転体３３の回転速度を制御する調速制御を行なう回路である。静電誘導部３は、調速機能および発電機能を有する。回転検出回路７は、回転体３３の回転速度や回転周期を検出する回路である。整流回路８および降圧回路５４は、静電誘導部３において発電された電力を蓄電部５に充電する充電部１９を構成している。

図６に示すように、静電誘導部３は、制御部９の制御回路６を介して、回転検出回路７、および整流回路８と接続可能である。制御部９は、制御回路６と、水晶振動子５１ａと、分周／発振回路５１と、起動設定回路５３と、初期化回路５２と、を有する。分周発振回路５１は、水晶振動子５１ａを発振させてクロック信号ＣＫおよび基準信号ｆｓを出力する。制御回路６には、分周発振回路５１からクロック信号ＣＫおよび基準信号ｆｓが入力される。

回転検出回路７は、第一電極３７と第二電極３８の間に発生する電位の変化に基づいて回転体３３の回転速度や回転周期を検出する。回転検出回路７は、回転体３３の回転速度や回転周期を示す周波数信号ＦＧ１を制御回路６に出力する。本実施形態の周波数信号ＦＧ１は、１秒間における回転体３３の回転数［Ｈｚ］を把握するための信号である。整流回路８は、第一電極３７の電位と第二電極３８の電位との電位差によって発生する交流電圧を直流電圧に整流する。降圧回路５４は整流回路８から出力される高電圧の電力を蓄電部５に充電する上で適正な電圧まで降圧し、蓄電部５へ充電する。

蓄電部５は、回転検出回路７、制御部９、降圧回路５４等に対して電力を供給する。分周／発振回路５１は水晶振動子５１ａの振動によって源信を作成する発振回路と発振回路から出力される基準信号ｆｓを分周する分周回路を有する。分周／発振回路５１は、基準信号ｆｓと、基準信号ｆｓを分周したクロック信号ＣＫを制御回路９と起動設定回路５３に出力する。

初期化回路５２は、電源復帰信号ＳＲを出力する回路である。初期化回路５２は、例えば、蓄電部５の電圧Ｖが低下した状態から、電圧Ｖがシステム起動電圧Ｖ１以上に変化すると起動設定回路５３、制御回路６に対して電源復帰信号ＳＲを出力する。

制御回路６は、電源復帰信号ＳＲが入力され時、図７に図示する切替回路６２を切り替えて静電誘導部３の出力を充電部１９から回転検出回路７に設定し、回転検出回路７から周波数信号ＦＧ１を出力させる。
起動設定回路５３は、電源復帰信号ＳＲおよび周波数信号ＦＧ１に基づいて起動信号を出力する。例えば、起動設定回路５３は、電源復帰信号ＳＲおよび周波数信号ＦＧ１のうち少なくとも一方が入力されていない場合、起動信号を出力しない。一方、起動設定回路５３は、電源復帰信号ＳＲおよびクロック信号ＣＫの両方が入力されている場合に、起動信号を出力する。制御回路６は、起動信号が入力されると起動し、制御動作を開始する。

図７に示すように制御回路６は、ブレーキ量判定部６１と、切替回路６２と、コントロール回路６５と、を有する。切替回路６２は、第一切替手段６２ａ、第二切替手段６２ｂ、第一接点６３ａ、第二接点６３ｂ、第三接点６３ｃ、第四接点６３ｄ、第五接点６３ｅ、第六接点６４ａ、第七接点６４ｂ、および第八接点６４ｃを有する。第一切替手段６２ａは、第一配線Ｇ１を複数の接点６３ａ，６３ｂ，６３ｃ，６３ｄ，６３ｅのいずれかと接続する。第二切替手段６２ｂは、第二配線Ｇ２を複数の接点６４ａ，６４ｂ，６４ｃのいずれかと接続する。

第一接点６３ａは、回転検出回路７に接続されている。第二接点６３ｂは、蓄電部５の正極に接続されている。第三接点６３ｃは、整流回路８に接続されている。第四接点６３ｄは、蓄電部５の負極に接続され、第五接点６３ｅはどの電位とも接続しない接点である。第六接点６４ａは、整流回路８に接続されている。第七接点６４ｂは、蓄電部５の負極に接続され、第八接点６４ｃは、どの電位とも接続しない接点である。

第一切替手段６２ａが第一接点６３ａに接続され、第二切替手段６２ｂが第七接点６４ｂに接続されている場合、第一配線Ｇ１が回転検出回路７に接続され、第二配線Ｇ２が蓄電部５の負極に接続される。つまり、図８に示すように、第一電極３７が回転検出回路７に接続され、第二電極３８が接地された状態となる。回転検出回路７は、波形整形回路７１および周波数計測回路７２を有する。

波形整形回路７１は、第一電極３７の電位波形を整形して出力する回路である。波形整形回路７１は、例えば、容量性カップリングを行うフィルタと、アンプおよびコンパレータを有し、第一電極３７と蓄電部５の負極に発生する交流波形を矩形波にして出力する。周波数計測回路７２は、第一電極３７の電位の変動周期を計測する回路である。周波数計測回路７２は、バンドパスフィルタを通過したパルス波のパルス数をカウントして周波数信号ＦＧ１を生成する。周波数信号ＦＧ１は、回転体３３の現在の回転速度や回転周期に対応する値である。周波数計測回路７２は、周波数信号ＦＧ１を制御回路６等に出力する。以下の説明では、第一切替手段６２ａが第一接点６３ａに接続され、第二切替手段６２ｂが第七接点６４ｂに接続されているときの状態を「回転検出状態」と称する。

図９を参照して、本実施形態について更に説明する。図９に示すように、切替回路６２において、第一切替手段６２ａが第五接点６３ｅに接続され、第二切替手段６２ｂが第八接点６４ｃに接続されている場合、図９に示すように、第一電極３７と第二電極３８とが遮断され、静電誘導部３が開回路となる。以下の説明では、第一切替手段６２ａが第五接点６３ｅに接続され、第二切替手段６２ｂが第八接点６４ｃに接続されているときの静電誘導部３の状態を「オープン状態」と称する。

オープン状態では、図１０に示すように、エレクトレット膜３５が第一電極３７上にある場合、第一電極３７はプラスに帯電し、エレクトレット膜３５に対して吸引力Ｆ１を作用させる。第二電極３８は、例えば、マイナスに帯電してエレクトレット膜３５に対して反発力Ｆ２を作用させる。このように第一電極３７とエレクトレット膜３５との間で作用する静電気力の大きさや向きと、第二電極３８とエレクトレット膜３５との間で作用する静電気力の大きさや向きとが異なることで、コギングが発生し、回転体３３が加減速される。この加減速による変動の影響が主に軸摩擦負荷として増加することで回転体３３に対して制動力が作用する。

第一切替手段６２ａが第三接点６３ｃに接続され、第二切替手段６２ｂが第六接点６４ａに接続されている場合、図１１に示すように、第一電極３７および第二電極３８が整流回路８を介して接続される。整流回路８は、第一電極３７と第二電極３８との間に流れる電流を整流して降圧回路５４に出力する。降圧回路５４は、整流回路８側の電圧を降圧して蓄電部５側に出力し、蓄電部５に蓄電する。つまり、第一切替手段６２ａが第三接点６３ｃに接続され、第二切替手段６２ｂが第六接点６４ａに接続されている場合、静電誘導部３で発電した電力は整流回路８、降圧回路５４を介して蓄電部５に充電される。以下の説明では、第一切替手段６２ａが第三接点６３ｃに接続され、第二切替手段６２ｂが第六接点６４ａに接続されているときの静電誘導部３の状態を「発電状態」と称する。

図１２に示すように、発電状態では、切替回路６２を介して第一電極３７、第二電極３８が整流回路８と接続される。エレクトレット膜３５が第一電極３７上にある場合、第一電極３７は、エレクトレット膜３５に対して吸引力Ｆ１を作用させる。第二電極３８は、例えば、マイナスに帯電してエレクトレット膜３５に対して反発力Ｆ２を作用させる。従って、整流回路８による発電時に、回転体３３に対して制動力が作用する。発電状態において回転体３３に作用する制動力の大きさは、発電した電力が蓄電部５に蓄積されるため、オープン状態で第一電極３７、第二電極３８間に発生する電位差よりも発電状態の第一電極３７、第二電極３８間に発生する電位差の方が小さくなるため、オープン状態において回転体３３に作用する制動力の大きさと比較して小さい。

第一切替手段６２ａが第四接点６３ｄに接続され、第二切替手段６２ｂが第七接点６４ｂに接続されている場合、図１３に示すように、第一配線Ｇ１と第二配線Ｇ２とが短絡される。すなわち、第一電極３７と第二電極３８とが等電位となる。以下の説明では、第一切替手段６２ａが第四接点６３ｄに接続され、第二切替手段６２ｂが第七接点６４ｂに接続されているときの静電誘導部３の状態を「短絡状態」と称する。図１４に示すように、短絡状態では、第一電極３７と第二電極３８との間に電位差が生じないことで、コギングが発生せず、回転体３３に対して実質的に制動力が作用しない。また、エレクトレット膜３５に対して静電気力による回転方向への吸引力Ｆ１も反発力Ｆ２も実質的に作用しない。なお、本実施形態では短絡したときの第一電極３７および第二電極３８の電位は蓄電部５の負極の電位になっているが、第一配線Ｇ１と第二配線Ｇ２とが短絡されていれば、どのような電位でもよい。本実施形態では、周波数信号ＦＧ１を生成する回転検出状態や後述の「電圧印加状態」を共用できることから、第一電極３７の接続先である第四接点６３ｄと第二電極３８の接続先である第七接点６４ｂを蓄電部５の負極の電位としている。

第一切替手段６２ａが第二接点６３ｂに接続され、第二切替手段６２ｂが第七接点６４ｂに接続されている場合、図１５に示すように、第一電極３７が蓄電部５の正極と接続され、第二電極３８が蓄電部５の負極と接続される。従って、第一電極３７に対して、蓄電部５から電圧が印加される。第一電極３７がエレクトレット膜３５に対して作用させる吸引力Ｆ１の大きさは、蓄電部５から第一電極３７に対して印加される電圧の大きさに比例する。以下の説明では、第一切替手段６２ａが第二接点６３ｂに接続されているときの静電誘導部３の状態を「電圧印加状態」と称する。電圧印加状態において回転体３３に作用する制動力の大きさは、オープン状態における制動力の大きさと比較して大きくなる。

このように、本実施形態の静電誘導部３は、回転体３３に作用させる制動力の大きさを四段階に切り替えることが可能である。短絡状態では、制動力の大きさが最も小さく、回転体３３に対して実質的に制動力が作用しない。また、発電状態、オープン状態、電圧印加状態の順に回転体３３に作用する制動力の大きさが大きくなる。

本実施形態の時計用調速装置１の動作について、図１６および図１７を参照して説明する。図１６に示すフローチャートは、時計用調速装置１の動作の流れを示すものである。時計用調速装置１の各回路は、図１６のフローチャートに示す動作を実行するように構成されている。本実施形態の時計用調速装置１は、制御回路６からの指令がない場合に発電状態となるように構成されている。すなわち、制御回路６が起動する前は、第一切替手段６２ａが第三接点６３ｃに接続され、整流回路８において発電される電力が蓄電部５に充電される。

図１６のフローチャートは、例えば、ぜんまい１５が巻き上げられ、発電が開始されたときに行なわれる動作である。ステップＳ１０において、時計用調速装置１は、蓄電部５の電圧Ｖがシステム起動電圧Ｖ１以上であるか否かを初期化回路５２によって判定する。ステップＳ１０の判定は、例えば、初期化回路５２から電源復帰信号ＳＲが出力されているか否かの判定である。電源復帰信号ＳＲが出力されている場合、起動設定回路５３が動作し、コントロール回路６５が起動し、肯定判定となってステップＳ２０に進み、電源復帰信号ＳＲが出力されていない場合、ステップＳ１０の判定が繰り返される。

ステップＳ２０において、コントロール回路６５は切替回路６２を図８の回転検出状態に設定し、ブレーキ量判定部６１は回転検出回路７から出力される周波数信号ＦＧ１から回転体３３の回転周期を測定し、ステップ３０に移行する。

ステップＳ３０において、ブレーキ量判定部６１は、回転体３３の回転周期として一定周期以上の回転数が得られているか判定を行い、回転体３３の回転周期として一定周期以上の回転数が得られている場合はステップＳ４０に移行し、ブレーキ量判定部６１は、回転体３３の回転周期として一定周期以上の回転数が得られていない場合はステップＳ２０の前に移行し、再び、回転体３３の回転周期を測定する。上記の一定周期は、例えば、回転体３３の回転周期を調速する必要がある下限の速度に対応する周期である。

ブレーキ量判定部６１は、回転検出回路７から取得する周波数信号ＦＧ１と、基準信号ｆｓとの比較によってステップＳ３０の判定を行なう。本実施形態の基準信号ｆｓは、分周発振回路５１が生成する信号であり、基準回転周期に対応する周波数［Ｈｚ］の信号である。基準回転周期は、例えば、秒針１１が一分間に一回転するときの回転体３３の回転周期である。ステップＳ３０の判定は、例えば、起動設定回路５３が有する比較回路によってなされる。

ステップＳ４０において、コントロール回路６５は、ブレーキ量判定部６１に対して回転検出回路７から周波数信号ＦＧ１を取得、測定する指示を与える。ステップＳ４０が実行されると、ステップＳ５０に進む。なお、ステップＳ４０において回転周期が測定されるごとにステップＳ３０の判定がなされてもよい。

ステップＳ５０において、コントロール回路６５は、ブレーキ量判定部６１に対して調速設定の計算を行なう指示を与える。調速設定の計算は、ブレーキ量判定部６１によって実行される。ブレーキ量判定部６１は、周波数信号ＦＧ１と基準信号ｆｓとの比較結果に基づいて調速設定の設定値を決定する。調速設定の設定値は、例えば、回転体３３の回転速度を発電状態やオープン状態、電圧印加状態にすることによって遅くする制動期間ＰＢと、回転体３３の回転速度をオープン状態にすることによって遅くさせない非制動期間ＰＮとの割合である。図１７に示すように、制御回路６は、一回の制御期間ＰＳにおいて、制動期間ＰＢおよび非制動期間ＰＮを設定する。制御期間ＰＳは、例えば、一定である。制動期間ＰＢおよび非制動期間ＰＮは、可変である。

制御期間ＰＳにおいて、制動期間ＰＢの割合が大きくなるほど回転体３３に対する実効制動力が大きくなる。実効制動力は、制御期間ＰＳにおいて回転体３３に対して作用した制動力の大きさの平均値である。一方、制御期間ＰＳにおいて、非制動期間ＰＮの割合が大きくなるほど回転体３３に対する実効制動力が小さくなる。ブレーキ量判定部６１は、下記式（１）で示す差分ΔＦに基づいて調速設定の設定値を決定する。
ΔＦ＝ＦＧ１－ｆｓ…（１）

ブレーキ量判定部６１は、差分ΔＦが大きいほど制御期間ＰＳにおける制動期間ＰＢの割合を大きくする。つまり、ブレーキ量判定部６１は、回転体３３の回転速度が速いほど下記式（２）の比率Ｐ１を大きくする。一方、ブレーキ量判定部６１は、差分ΔＦが小さいほど制御期間ＰＳにおける制動期間ＰＢの割合を小さくする。つまり、回転体３３の回転速度が小さいほど比率Ｐ１が小さくされる。ステップＳ５０が実行されると、ステップＳ６０に進む。
Ｐ１＝ＰＢ／ＰＳ…（２）

ステップＳ６０において、コントロール回路６５は、ブレーキ量判定部６１から比率Ｐ１を取得し、調速を実行する。コントロール回路６５は、決定した比率Ｐ１に応じて切替回路６２を制御する。コントロール回路６５は、制動期間ＰＢにおいて、切替回路６２をオープン状態とする。これにより、回転体３３に対して制動力を作用させる。一方、コントロール回路６５は、非制動期間ＰＮにおいて、切替回路６２を短絡状態とする。これにより、回転体３３に対して実質的に制動力を作用させない状態となる。ステップＳ６０が実行されると、ステップＳ４０に進む。

なお、ブレーキ量判定部６１は、図１８に示すように、制動期間ＰＢにおいて静電誘導部３をオープン状態としてもよい。ブレーキ量判定部６１は、図１９に示すように、制動期間ＰＢにおいて静電誘導部３を電圧印加状態としてもよい。

制動期間ＰＢにおいて静電誘導部３を発電状態、オープン状態、および電圧印加状態の何れとするかは、適宜決定される。例えば、ブレーキ量判定部６１は、差分ΔＦの大きさに応じて制動期間ＰＢにおける静電誘導部３の状態を決定してもよい。この場合、ブレーキ量判定部６１は、図２０に示すように、差分ΔＦが大きい場合に静電誘導部３を電圧印加状態とし、差分ΔＦが小さい場合に静電誘導部３を発電状態としてもよい。また、ブレーキ量判定部６１は、差分ΔＦの大きさが中程度である場合に静電誘導部３をオープン状態としてもよい。

この場合、例えば、図２１のフローチャートで示すように比率Ｐ１が決定されてもよい。図２１に示すフローチャートは、例えば、図１６のステップＳ５０に代えて実行される。ステップＳ１１０において、ブレーキ量判定部６１は、差分ΔＦが大きいか否かを判定する。例えば、差分ΔＦが閾値Ｆｔ１以上である場合にステップＳ１１０で肯定判定がなされる。ステップＳ１１０で肯定判定がなされるとステップＳ１２０に進み、否定判定がなされるとステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１２０において、ブレーキ量判定部６１は、制動期間ＰＢにおける静電誘導部３の状態として、電圧印加状態を選択する。ステップＳ１２０が実行されると、ステップＳ１６０に進む。

ステップＳ１３０において、ブレーキ量判定部６１は、差分ΔＦが小さいか否かを判定する。例えば、差分ΔＦが閾値Ｆｔ２以下である場合にステップＳ１３０で肯定判定がなされる。閾値Ｆｔ２は、閾値Ｆｔ１よりも小さな値である。ステップＳ１３０で肯定判定がなされるとステップＳ１４０に進み、否定判定がなされるとステップＳ１５０に進む。

ステップＳ１４０において、ブレーキ量判定部６１は、制動期間ＰＢにおける静電誘導部３の状態として、発電状態を選択する。ステップＳ１４０が実行されると、ステップＳ１６０に進む。

ステップＳ１５０において、ブレーキ量判定部６１は、制動期間ＰＢにおける静電誘導部３の状態として、オープン状態を選択する。ステップＳ１５０が実行されると、ステップＳ１６０に進む。

ステップＳ１６０において、ブレーキ量判定部６１は、比率Ｐ１を決定する。ブレーキ量判定部６１は、差分ΔＦが大きい場合、差分ΔＦが小さい場合よりも比率Ｐ１を大きくする。例えば、ステップＳ１１０で肯定判定がなされて電圧印加状態が選択された場合、閾値Ｆｔ１に対して差分ΔＦが大きいほど比率Ｐ１が大きくされる。

ブレーキ量判定部６１は、蓄電部５の電圧Ｖに応じて制動期間ＰＢにおける静電誘導部３の状態を決定してもよい。例えば、ブレーキ量判定部６１は、蓄電部５の電圧Ｖが低い場合、制動期間ＰＢにおける静電誘導部３の状態として、発電状態を選択してもよい。この場合、例えば、静電誘導部３を発電状態とすることを前提に比率Ｐ１が決定される。ブレーキ量判定部６１は、蓄電部５の電圧Ｖが低下していない場合、差分ΔＦの大きさに基づいて制動期間ＰＢにおける静電誘導部３の状態を選択してもよい。

以上説明したように、本実施形態の時計用調速装置１は、香箱２と、静電誘導部３と、制御部９と、を有する。香箱２は、ぜんまい１５の力によって回転し、指針１０を回転させる。静電誘導部３は、回転体３３および固定子３４を有する。回転体３３は、運動体の一例である。回転体３３は、増速輪列２０を介して香箱２と連結されている。回転体３３は、香箱２から伝達される力によって周期的な運動をする。静電誘導部３は、エレクトレット膜３５と、エレクトレット膜３５と対向する第一電極３７および第二電極３８と、を有する。エレクトレット膜３５は、帯電膜の一例である。エレクトレット膜３５および第一、第二電極３７，３８のうち、一方が回転体３３に配置されて回転体３３と共に運動し、他方が固定子３４に固定されている。本実施形態では、エレクトレット膜３５が回転体３３に配置されており、第一、第二電極３７，３８が固定されている。
制御部９は、エレクトレット膜３５と第一、第二電極３７，３８との間で作用する静電気力によって回転体３３の運動周期を制御する。実施形態の制御部９は、エレクトレット膜３５と第一、第二電極３７，３８との間で作用する吸引力Ｆ１や反発力Ｆ２によって回転体３３の回転周期を制御するものである。

回転体３３及び固定子３４が備えるエレクトレット膜３５、および第一、第二電極３７，３８は、従来の電磁式の発電機と比較して薄型、小型であり、回転体３３の大きさも変更が容易であり、他の部品と干渉しにくいため、設計自由度が高い。よって、本実施形態の時計用調速装置１は、時計１００の部品の配置における自由度を向上させることができ、薄く、小型な時計用調速装置を用いた時計を提供することできる。

本実施形態の時計用調速装置１において、エレクトレット膜３５は、回転体３３に配置されている。複数の第一、第二電極３７，３８は、回転体３３の移動経路に沿って固定子３４に配置された固定電極である。制御部９は、第一、第二電極３７，３８とエレクトレット膜３５との間で作用する静電気力によって回転体３３の回転周期を制御する。このような構成とすることで、第一、第二電極３７，３８と制御回路６や整流回路８との間の配線が簡素化される上、作用する静電気力による効率の良い制動制御が可能となる。

本実施形態の複数の電極は、第一電極３７と第二電極３８とを有する。制御部９は、第一電極３７と第二電極３８との導通を電気的に遮断することにより回転体３３に対する制動力を調整する。第一電極３７と第二電極３８とが電気的に遮断されることで、第一電極３７と第二電極３８との間に電位差が生じ、回転体３３に対して制動力が作用する。

本実施形態の制御部９は、第一電極３７と第二電極３８とを電気的に接続することにより回転体３３に対する制動力を調整する。第一電極３７と第二電極３８とが電気的に接続されることで、第一電極３７と第二電極３８との間に電位差が生じないため、回転体３３に対して実質的に制動力が作用しない状態が実現される。

本実施形態の時計用調速装置１は、更に、充電部１９としての整流回路８および降圧回路５４と、蓄電部５とを有する。制御部９は、第一電極３７および第二電極３８を充電部１９を介して蓄電部５に接続し、静電誘導部３に発生した電力を整流回路８、降圧回路５４を介して蓄電部５に充電することにより回転体３３に対する制動力を調整する。第一電極３７および第二電極３８が整流回路８を介して接続されることにより、第一電極３７と第二電極３８との間に電位差が生じ、回転体３３に対して制動力が作用するため、充電しながら回転体３３に制動力をかけることが出来る。

本実施形態の時計用調速装置１は、更に、蓄電部５から第一電極３７に対して電圧を印加することにより回転体３３に対する制動力を調整する。第一電極３７および第二電極３８のうち第一電極３７に対して電圧が印加されることで、回転体３３に対して制動力が作用する。

本実施形態の運動体は、回転軸３１に固定されており、回転軸３１を回転中心として回転する板状の回転体３３である。また、帯電膜は、回転体３３の回転方向に沿って回転体３３の一面に配置されたエレクトレット膜３５である。複数の電極３７，３８は、回転体３３の一面と対向する位置に回転体３３の回転方向に沿って配置されている固定電極である。

本実施形態の制御部９は、回転体３３に対して制動力を作用させる制動期間ＰＢと、回転体３３に対して実質的に制動力を作用させない非制動期間ＰＮと、の割合を調節することにより回転体３３の回転周期を制御する。制動期間ＰＢおよび非制動期間ＰＮを調節することで、所望の制動力が実現される。

本実施形態の時計用調速装置１は、更に、回転体３３の運動周期を検出する回転検出回路７を有する。制御部９は、回転検出回路７の検出結果に応じて制動期間ＰＢと、非制動期間ＰＮと、の割合を変化させる。従って、回転体３３の回転周期を精度よく制御することが可能となる。

［実施形態の第１変形例］
実施形態の第１変形例について説明する。図２２は、実施形態の第１変形例に係る加速制御を説明する図である。静電誘導部３は、回転体３３に対して、静電気力による加速力を作用させてもよい。この場合、静電誘導部３は、エレクトレット膜３５の回転位置を検出する位置検出部を有することが望ましい。静電誘導部３は、検出された回転位置に応じて、第一電極３７をプラスに帯電させ、エレクトレット膜３５に対して加速方向の吸引力を作用させる。例えば、図２２に示すように、エレクトレット膜３５が第一電極３７に近づいているときに蓄電部５が第一電極３７に接続される。これにより、第一電極３７は、回転体３３を加速させる向きの吸引力Ｆ３をエレクトレット膜３５に作用させることができ、香箱２のぜんまい１５がほどけて香箱２から伝達される力が弱くなった時に本変形例を実施することによって時計の歩進時間を延長できる。

［実施形態の第２変形例］
実施形態の第２変形例について説明する。上記実施形態では回転周期を測定する期間（図１６のステップＳ２０）と制動期間ＰＢ、非制動期間ＰＮが別の期間であった。これに対して、実施形態の第２変形例では、図２３のように整流回路８からの出力を波形整形回路７１に入力することによって、発電された電力を蓄電部５に充電しながら、回転体３３の回転周期検出が可能となっている。つまり、回転周期の測定と発電とを同時に行なうことができる。図２４は、図２３の構成を用いた場合に係る調速制御の一例を示す図であり、回転周期を測定する期間（ステップＳ２０）が制動期間ＰＢと同期間にできるため、充電効率を高めることが出来る。
なお、第１実施形態では図１６に示すフローチャートではステップＳ１０において蓄電部５の電圧Ｖがシステム起動電圧Ｖ１以上であるか否かを初期化回路５２によって判断していたが、実施形態の第２変形例の場合、発電された電力を蓄電部５に充電しながら、回転体３３の回転周期検出が可能なことからステップＳ１０の判断を行わず、ステップＳ２０、Ｓ３０の回転体３３の回転周期が一定周期以上であるかの判断だけ行って、ステップＳ４０へ移行することによってシステム起動電圧判断回路の削減を行うことによって時計の小型化を図っても良い。

［実施形態の第３変形例］
実施形態の第３変形例について説明する。図２５は、実施形態の第３変形例に係る時計の概略構成を示す図である。静電誘導部３の配置は、上記実施形態で例示した配置には限定されない。静電誘導部３の回転体３３は、輪列を介して香箱２と連結されていればよい。回転体３３は、例えば、図２５に示すように指針１０と香箱２との間に連結されてもよい。図２５に示す時計１００は、第一増速輪列２０Ａおよび第二増速輪列２０Ｂを有する。回転体３３は、第一増速輪列２０Ａを介して香箱２と連結され、第二増速輪列２０Ｂを介して指針１０と連結されている。香箱２と回転体３３との間の増速比は、所望の制動力、所望の発電量、所望の発電電圧等を実現できるように、適宜定められる。

［実施形態の第４変形例］
実施形態の第４変形例について説明する。回転体３３の回転周期を検出する手段は、回転検出回路７には限定されない。例えば、回転検出回路７に代えて、増速輪列２０の回転周期を検出する検出回路が設けられてもよい。あるいは、整流回路８における発電電圧に基づいて回転体３３の回転周期が検出されてもよい。

ブレーキ量判定部６１は、調速制御において、短絡状態、発電状態、オープン状態、および電圧印加状態を任意に組み合わせることができる。例えば、連続する複数の制御期間ＰＳにおいて、制動期間ＰＢにおける静電誘導部３の状態を異ならせてもよい。一例として、一回目の制御期間ＰＳの制動期間ＰＢにおいて静電誘導部３を発電状態とし、二回目の制御期間ＰＳの制動期間ＰＢにおいて静電誘導部３をオープン状態としてもよい。また、ブレーキ量判定部６１は、一回の制御期間ＰＳに複数の制動期間ＰＢを設けてもよい。この場合に、複数の制動期間ＰＢにおいて、静電誘導部３の状態を互いに異ならせてもよい。

上記実施形態において、第一電極３７および第二電極３８が回転体３３に配置され、エレクトレット膜３５が筐体の側に固定されてもよい。つまり、帯電膜および電極のうち一方が運動体に配置され、他方が筐体の側に固定されていればよい。

静電誘導部３によって調速される運動体は、回転体３３には限定されず、周期的な運動をするものであればよい。例えば、運動体は、回転方向に沿って周期的な反復運動をするものであってもよい。運動体は、直線方向に沿って周期的な反復運動をするものであってもよい。

上記の実施形態および変形例に開示された内容は、適宜組み合わせて実行することができる。

１ 時計用調速装置
２ 香箱
３ 静電誘導部
５ 蓄電部
６ 制御回路
７ 回転検出回路
８ 整流回路
９ 制御部
１０ 指針
１１：秒針、 １２：分針、 １３：時針
１４ 香箱真
１５ ぜんまい
２０ 増速輪列
２１：第一回転軸、 ２２：第二回転軸、 ２３：第三回転軸 ２４：二番車、
２５：カナ、 ２６：三番車、 ２７：カナ、 ２８：四番車
３１ 回転軸
３２ カナ
３３ 回転体
３４ 固定子
３５ エレクトレット膜
３６ 貫通孔
３７ 第一電極
３８ 第二電極
５１ 分周発振回路
５１ａ 水晶振動子
５２ 初期化回路
５３ 起動設定回路
５４ 降圧回路
６１ ブレーキ量判定部
６２ 切替回路
６２ａ：第一切替手段、 ６２ｂ：第二切替手段
６３ａ：第一接点、 ６３ｂ：第二接点、 ６３ｃ：第三接点、 ６３ｄ：第四接点、 ６３ｅ：第五接点
６４ａ：第六接点、 ６４ｂ：第七接点、 ６４ｃ：第八接点
６８ 配線
１００ 時計
ｆｓ 基準信号
ＦＧ１ 周波数信号
ΔＦ 差分
Ｇ１ 第一配線
Ｇ２ 第二配線
Ｐ１ 比率
ＰＳ 制御期間
ＰＢ 制動期間
ＰＮ 非制動期間

Claims (9)

1. ぜんまいの力によって回転し、指針を回転させる香箱と、
   輪列を介して前記香箱と連結されており、前記香箱から伝達される力によって周期的な運動をする運動体と、
   帯電膜および前記帯電膜と対向する電極を有し、かつ前記帯電膜および前記電極のうち何れか一方が前記運動体に配置されて前記運動体と共に運動し、前記帯電膜および前記電極のうち他方が固定されている静電誘導部と、
   前記帯電膜と前記電極との間で作用する静電気力によって前記運動体の運動周期を制御する制御部と、
   を備える
   ことを特徴とする時計用調速装置。
2. 前記帯電膜は、前記運動体に配置されており、
   前記電極は、前記運動体の運動経路に沿って配置された複数の電極であり、
   前記制御部は、前記電極と前記帯電膜との間で作用する静電気力によって前記運動体の運動周期を制御する
   請求項１に記載の時計用調速装置。
3. 複数の前記電極を備え、
   複数の前記電極は、第一電極と、第二電極とを有し、
   前記制御部は、前記第一電極と前記第二電極とを電気的に遮断することにより前記運動体に対する制動力を調整する
   請求項１または２に記載の時計用調速装置。
4. 複数の前記電極を備え、
   複数の前記電極は、第一電極と、第二電極とを有し、
   前記制御部は、前記第一電極と前記第二電極とを電気的に接続することにより前記運動体に対する制動力を調整する
   請求項１から３の何れか１項に記載の時計用調速装置。
5. 複数の前記電極と、充電部と、を備え、
   前記制御部は、複数の前記電極を前記充電部を介して蓄電部に接続することにより前記運動体に対する制動力を調整する
   請求項１から４の何れか１項に記載の時計用調速装置。
6. 更に、蓄電部を備え、
   前記制御部は、前記蓄電部から一部の前記電極に対して電圧を印加することにより前記運動体に対する制動力を調整する
   請求項１から５の何れか１項に記載の時計用調速装置。
7. 前記運動体は、回転軸に固定されており、前記回転軸を回転中心として回転する板状の回転体であり、
   前記帯電膜は、前記回転体の回転方向に沿って前記回転体の一面に配置されたエレクトレット膜であり、
   前記電極は、前記回転体の前記一面と対向する位置に前記回転体の回転方向に沿って配置されている複数の固定電極である
   請求項１から６の何れか１項に記載の時計用調速装置。
8. 前記制御部は、前記運動体に対して制動力を作用させる期間と、前記運動体に対して実質的に制動力を作用させない期間と、の割合を調節することにより前記運動体の運動周期を制御する
   請求項１から７の何れか１項に記載の時計用調速装置。
9. 更に、前記運動体の運動周期を検出する検出手段を備え、
   前記制御部は、前記検出手段の検出結果に応じて前記運動体に対して制動力を作用させる期間と、前記運動体に対して実質的に制動力を作用させない期間と、の割合を変化させる
   請求項８に記載の時計用調速装置。

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