JPH11101879A

JPH11101879A - 電子制御式機械時計

Info

Publication number: JPH11101879A
Application number: JP26227397A
Authority: JP
Inventors: Kunio Koike; 邦夫小池
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1997-09-26
Filing date: 1997-09-26
Publication date: 1999-04-13

Abstract

(57)【要約】【課題】ゼンマイのトルクが低下してきたときに、シ
ステムの停止を回避することができる電子制御式機械時
計を提供すること。【解決手段】電子制御式機械は、水晶振動子を用いた
発振回路５１と、発電機２０の回転数を検出する回転検
出回路５３と、発振回路５１の出力と回転検出回路５３
の出力とを比較する周波数／位相比較回路５４と、発電
機２０にブレーキをかけて回転速度を調速するブレーキ
制御回路５６と、発電機２０の発電電力を検出する電圧
検出回路５７とを備えた回転制御手段５０を有する。ブ
レーキ制御回路５６は、発電機２０の発電電力が設定値
Vref以下の場合、発電機２０にかけるブレーキを緩める
か全くかけないようにし、調速よりも発電を優先する。
このため、トルク低下時の電圧低下を防止でき、システ
ム停止を回避できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゼンマイが開放す
る時の機械エネルギを発電機で電気エネルギに変換し、
その電気エネルギにより回転制御手段を作動させて発電
機の回転周期を制御することにより、輪列に固定される
指針を正確に駆動する電子制御式機械時計に関する。

【０００２】

【背景技術】ゼンマイが開放する時の機械エネルギを発
電機で電気エネルギに変換し、その電気エネルギにより
回転制御手段を作動させて発電機のコイルに流れる電流
値を制御することにより、輪列に固定される指針を正確
に駆動して正確に時刻を表示する電子制御式機械時計と
して、特開平８−５７５８号公報に記載されたものが知
られている。

【０００３】このような電子制御式機械時計では、ゼン
マイによる指針は常に設定スピードよりも速く回転さ
れ、その回転スピードを回転制御手段によってブレーキ
を掛けることで調速している。このため、電子制御式機
械時計は、発電機のロータの回転速度を遅らせるように
ブレーキ制御を行う場合でも、ロータの回転により発電
される電力が、時計の制御システムを動作させて更に余
りがあるように設計されている。

【０００４】この電子制御式機械時計は、指針の駆動を
ゼンマイを動力源とするために運針駆動用のモータが不
要であり、部品点数が少なく安価であるという特徴があ
る。その上、電子回路を作動させるのに必要な僅かな電
気エネルギを発電するだけでよく、少ない入力エネルギ
で時計を作動することもできた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電子制
御式機械時計は、以下の課題を有している。すなわち、
ゼンマイがほどけてゼンマイのバネ力が低下し、ロータ
の回転トルクが十分に得られなくなったとき、あるい
は、ノイズや衝撃が原因で電圧が低下してしまったとき
に、ブレーキをかけてロータの回転数を時間標準とほぼ
同期する速度まで低下させると、そのブレーキの大きさ
によっては時計の制御システムを安定的に動作継続させ
るだけの電力の供給ができなくなり、供給される電圧が
制御システムの最低動作電圧以下になってしまう可能性
がある。

【０００６】このようにロータの回転によって供給され
る電力量が、システムの動作限界を下回ると、発振停止
に代表されるシステム停止や、異常動作を引き起こし、
それによりブレーキ制御すらも正常にできなくなってし
まうという問題があった。

【０００７】本発明の目的は、ゼンマイのトルクが低下
してきたときでも、システムの停止を回避することがで
きる電子制御式機械時計を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の電子制御式機械
時計は、ゼンマイと、輪列を介して伝達されるゼンマイ
の機械エネルギを電気エネルギに変換する発電機と、前
記輪列に結合された指針と、変換した前記電気エネルギ
により駆動されて前記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において、前記
回転制御手段は、水晶振動子を用いた発振回路と、前記
発電機の回転数を検出する回転検出回路と、前記発振回
路の出力と前記回転検出回路の出力とを比較する比較回
路と、この比較回路からの出力に基づいて前記発電機の
回転速度を調整する調速手段と、前記発電機の発電電力
を検出する発電電力検出手段とを備え、前記調速手段
は、前記発電機の発電電力が設定値以下の場合、発電機
の回転速度を落とす制御を緩めるかまたは行わないよう
に設定されていることを特徴とするものである。

【０００９】本発明の電子制御式機械時計は、通常は、
指針及び発電機をゼンマイで駆動し、発電機にブレーキ
をかけることでロータの回転数を調速する。一方、ゼン
マイがほどけてきた場合のように、ゼンマイのトルクが
低下して発電機の電力が設定値以下に低下した場合に
は、調速手段は、ブレーキをかけるのを緩めるか、全く
ブレーキをかけなくすることで、つまり発電機の回転速
度を落とす制御を緩めるか、または全く行わないこと
で、発電機の回転速度を積極的に落として調速する制御
は行わない。これによって、発電機のロータの回転速度
が高まり、発電電力が上昇するため、電力低下によるシ
ステムの停止を回避することができる。

【００１０】前記調速手段は、前記比較回路からの出力
に基づいて時刻の進みおよび遅れを検出する進み／遅れ
検出回路を備えることが好ましい。この時刻の進みおよ
び遅れは、発電機のロータの回転数の進みおよび遅れを
検出することなどで検出できる。

【００１１】発電電力が低下した際に、発電機の調速を
行わないと、指針が早く回転して時刻が進んだり、ある
いは時計に衝撃などが加わることで指針が遅く回転して
時刻が遅れる可能性がある。このため、前記進み／遅れ
検出回路を設けておけば、進み分や遅れ分をカウントし
ておき、ゼンマイが手動あるいは自動で巻き上げられて
ゼンマイのバネ力が復帰したときに、発電機のロータに
加えるブレーキ力を調整することで、前記進み分や遅れ
分を無くすように調速制御することができ、これにより
時計における長期的な歩度安定性（精度）が確保でき
る。

【００１２】また、前記調速手段は、前記発電機の回転
速度の調速を行わなかった後、発電機の発電電力が上昇
した際に、前記進み／遅れ検出回路で検出された時刻の
進みまたは遅れ分を解消するように前記発電機の回転速
度を調速するように設定されていることが好ましい。

【００１３】発電を優先して調速を行わない間は、指針
が正確な時刻からずれてしまうが、そのずれ分つまり進
み分や遅れ分を進み／遅れ検出回路で検出し、ゼンマイ
が巻き上げられて発電電力が上昇した際にそのずれ分を
解消するように調速することで、非常に短時間は指針が
正確な時刻からずれたとしても、長期的には精度の高い
時計として利用できる。

【００１４】また、前記調速手段は、前記発電機の回転
速度の調速を行わない状態で、発電機が所定の回転数を
確保できなくなったときには、発電機にブレーキ力を加
えて指針の運針を停止あるいは低速にするように設定さ
れていることが好ましい。

【００１５】発電機にブレーキをかけずに調速していな
い状態でも、所定の回転数を確保できなくなったときに
は、一定時間を検出した後、ゼンマイからのエネルギー
供給が復活する見込みがないと判断し、発電機に大きな
ブレーキ力を加える。発電機の回転数が低下し、時刻が
長時間にわたって遅れ続けているにもかかわらず、運針
している場合、使用者が正常動作していると誤認してし
まう。これを防止するために、発電機に大きなブレーキ
力を加えて運針を停止あるいは非常に低速な運針にする
ことで、使用者に時刻遅れを知らせることができる。こ
れにより時刻遅れのまま使用者が時計を使用することを
防止することができ、使用者にゼンマイを巻き上げる操
作を促して電子制御式機械時計を正常動作に戻すことが
できる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施形態を図面
に基づいて説明する。

【００１７】図１は、本発明の第１実施形態の電子制御
式機械時計の要部を示す平面図であり、図２及び図３は
その断面図である。

【００１８】電子制御式機械時計は、ゼンマイ１ａ、香
箱歯車１ｂ、香箱真１ｃ及び香箱蓋１ｄからなる香箱車
１を備えている。ゼンマイ１ａは、外端が香箱歯車１
ｂ、内端が香箱真１ｃに固定される。香箱真１ｃは、地
板２と輪列受３に支持され、角穴車４と一体で回転する
ように角穴ネジ５により固定されている。

【００１９】角穴車４は、時計方向には回転するが反時
計方向には回転しないように、こはぜ６と噛み合ってい
る。なお、角穴車４を時計方向に回転しゼンマイ１ａを
巻く方法は、機械時計の自動巻または手巻機構と同様で
あるため、説明を省略する。香箱歯車１ｂの回転は、７
倍に増速されて二番車７へ、順次６．４倍増速されて三
番車８へ、9.375 倍増速されて四番車９へ、３倍増速さ
れて五番車１０へ、１０倍増速されて六番車１１へ、１
０倍増速されてロータ１２へと、合計１２６，０００倍
の増速をしている。

【００２０】二番車７には筒かな７ａが、筒かな７ａに
は分針１３が、四番車９には秒針１４がそれぞれ固定さ
れている。従って、二番車７を１ｒｐｈで、四番車９を
１ｒｐｍで回転させるためには、ロータ１２は５ｒｐｓ
で回転するように制御すればよい。このときの香箱歯車
１ｂは、１／７ｒｐｈとなる。

【００２１】この電子制御式機械時計は、ロータ１２、
ステータ１５、コイルブロック１６から構成される発電
機２０を備えている。ロータ１２は、ロータ磁石１２
ａ、ロータかな１２ｂ、ロータ慣性円板１２ｃから構成
される。ロータ慣性円板１２ｃは、香箱車１からの駆動
トルク変動に対しロータ１２の回転数変動を少なくする
ためのものである。ステータ１５は、ステータ体１５ａ
に４万ターンのステータコイル１５ｂを巻線したもので
ある。

【００２２】コイルブロック１６は、磁心１６ａに１１
万ターンのコイル１６ｂを巻線したものである。ここ
で、ステータ体１５ａと磁心１６ａはＰＣパーマロイ等
で構成されている。また、ステータコイル１５ｂとコイ
ル１６ｂは、各々の発電電圧を加えた出力電圧がでるよ
うに直列に接続されている。

【００２３】次に、電子制御式機械時計の制御回路につ
いて、図４を参照して説明する。

【００２４】発電機２０からの交流出力は、昇圧整流、
全波整流、半波整流、トランジスタ整流等からなる整流
回路２１を通して昇圧、整流される。整流回路２１に
は、回転制御手段等の制御用ＩＣや水晶振動子等の負荷
２２が接続されている。なお、図４では説明の便宜上、
ＩＣ内に構成される各機能回路を負荷２２とは別に記載
している。

【００２５】発電機２０には、抵抗２３ＡおよびＮｃｈ
やＰｃｈのトランジスタ２３Ｂが直列に接続されて構成
されたブレーキ回路２３が並列に接続されている。ブレ
ーキ回路２３には、回転制御手段５０が接続されてい
る。なお、ブレーキ回路２３には、制動抵抗２３Ａのほ
かにダイオードを適宜挿入してもよい。

【００２６】回転制御手段５０は、発振回路５１、分周
回路５２、回転検出回路５３、周波数／位相比較回路５
４、進み／遅れ検出回路５５、ブレーキ制御回路５６に
よって構成されている。

【００２７】発振回路５１は水晶振動子５１Ａによる発
振信号を出力し、この発振信号は分周回路５２によって
ある一定周期まで分周される。この分周信号は、例えば
１０Ｈｚの基準周期信号として周波数／位相比較回路５
４に出力されている。

【００２８】周波数／位相比較回路５４は、回転検出回
路５３で検出された発電機２０の回転信号と、分周回路
５２から出力された基準周期信号との周波数または位相
を比較し、両者の時間的な差異を求め、進み／遅れ検出
回路５５に出力する。

【００２９】進み／遅れ検出回路５５は、アップダウン
カウンタ等で構成され、周波数／位相比較回路５４から
の進み分や遅れ分の出力を順次カウントする。

【００３０】ブレーキ制御回路５６は、進み／遅れ検出
回路５５からの出力に応じて発電機２０のロータ１２の
調速制御を行う。すなわち、ブレーキ制御回路５６は、
ブレーキ回路２３のトランジスタ２３Ｂのゲート電位を
ハイレベルおよびローレベルに切り替えることで、ブレ
ーキ回路２３を断続し、それにより発電機２０のコイル
に流れる電流量を可変して電磁ブレーキ量を調整し、発
電機２０つまり指針の回転周期を調速している。

【００３１】整流回路２１には、発電電力検出手段とし
て整流回路２１の出力電圧を検出する電圧検出回路５７
が接続されており、電圧検出回路５７の出力はブレーキ
制御回路５６に出力されるようになっている。

【００３２】このような本実施形態における制御動作に
ついて、図５のグラフを参照しながら説明する。

【００３３】まず、図５において、縦軸は整流回路２１
の出力電圧Ｖｃを表し、横軸は、電子制御式機械時計の
立ち上がりからの時間を表す。電子制御式機械時計を作
動させると（時間ｔ₀）、発電機２０が回転し始めて電
圧が徐々に上昇する。

【００３４】電圧が上昇してシステムの最低動作電圧で
あるしきい値電圧Ｖ_STを越えると（時間ｔ₁）、発電機
２０つまりは指針の回転が回転制御手段５０によって正
確に制御される通常運転になる。

【００３５】その後、ゼンマイ１ａの巻き上げ当初は、
ロータに加わる回転トルクも大きいため、時間ｔ₁から
ｔ₂までは電圧Ｖｃが上昇し、この結果、システムが通
常に作動し、電子制御による正確な運針が行われる。そ
の後、時間ｔ₂からゼンマイ１ａのばねがほどけてゼン
マイ１ａのばね力が低下し、電圧Ｖｃも低下する。

【００３６】そして、ロータ１２において十分な回転ト
ルクが得られなくなり、電圧Ｖｃがしきい値電圧Ｖ_STよ
り少し上方に定められた設定値Ｖref1以下になったとき
（時間ｔ₃）には、電圧検出回路５７からブレーキ制御
回路５６に所定の信号が出力される。

【００３７】ブレーキ制御回路５６は、通常運針時（時
間ｔ₁〜ｔ₃）は、進み／遅れ検出回路５５からの出力に
応じてブレーキ回路２３を制御するが、前記電圧検出回
路５７からの出力があると、ブレーキ回路２３によるブ
レーキを緩めたり、ブレーキを全くかけないように制御
し、調速制御よりも発電機２０の回転つまりは発電を優
先する。このため、低下していた電圧Ｖｃも上昇し始
め、最低動作電圧Ｖ_ST以下に低下することがなく、シス
テムの停止が回避される。

【００３８】その後、ゼンマイ１ａが巻き上げられ、ゼ
ンマイ１ａのバネ力が復帰すると、発電機２０のロータ
１２の回転も早まり、電圧Ｖｃが上昇し続ける。この電
圧Ｖｃが設定値Ｖref1よりも大きな設定値Ｖref2に達す
ると（時間ｔ₄）、回転制御手段５０はロータ１２に所
定の大きさよりも強いブレーキをかけ、これまでブレー
キをかけなかったことで、進んだ時刻を遅らせ、進み分
を補正する。これは、それまでの進み分（ロータ１２の
回転数）を進み／遅れ検出回路５５でカウントしてお
き、その分強くブレーキをかけて回転を遅らせることに
よって行われる。そして、時刻が調整された後（時間ｔ
₅）は、一定のロータ１２の回転を維持して通常の運針
が行われる。

【００３９】なお、通常は、ブレーキを全くかけない場
合には、指針が進むため、進み／遅れ検出回路５５では
進み分がカウントされる。しかし、ゼンマイ１ａの動力
伝達効率にはバラツキがあり、ブレーキを全くかけない
状態でも、ロータ１２が所定の回転数以上の回転をする
ことができないような場合も考えられる。このような小
さい回転エネルギーしか供給されないときにも、ブレー
キを全くかけないでシステムの正常動作を優先させ、そ
の間の指針の遅れ分を、進み／遅れ検出回路５５でカウ
ントしておき、ゼンマイ１ａが巻き上げられてエネルギ
ー供給が復活してきたときに、その時点で本来の所定の
回転数に制御するような大きさよりも小さいブレーキ力
をかけたり、ブレーキを全くかけないことで、遅れ分を
取り戻すように制御する。

【００４０】また、前記発電を優先している間に、ゼン
マイ１ａが巻き上げられないと、前記電圧Ｖｃは徐々に
低下してしまう。このため、ブレーキを全くかけない状
態で、一定時間経過してもロータ１２が所定の回転数を
確保できなくなったときには、ブレーキ制御回路５６
は、エネルギー供給が復活する見込みがないと判断し、
ブレーキ回路２３により発電機２０に強制的に大きな制
動力を加えて運針を停止、もしくは、使用者がはっきり
認識できる程度の低速運針にし、使用者にゼンマイ１ａ
の巻き上げを促す。

【００４１】このような本実施形態によれば、次のよう
な効果がある。

【００４２】回転制御手段５０に電圧検出回路５７を
設け、ゼンマイ１ａのトルクが低下して電圧検出回路５
７で検出された電圧が所定の電圧Ｖref 以下に低下した
場合に、ブレーキ力を所定値より小さくすることなどで
調速を行わずに、発電を優先するため、発電電圧がシス
テムの最低動作電圧Ｖ_ST以下に低下することによるシス
テムの停止を回避することができる。

【００４３】これにより、発振停止等のシステム停止
や、異常動作の発生を無くしたり、従来に比べて遅らせ
ることができ、システムの安定動作に優れた電子制御式
機械時計にできるとともに、時計が停止してしまうまで
の時間を長くすることができ、長期間連続して時計を使
用することができる。

【００４４】進み／遅れ検出回路５５を設け、発電を
優先するために調速しなかった結果、指針つまり時計表
示が実際よりも進んだ時刻を表示している場合に、その
進み分を進み／遅れ検出回路５５でカウントして把握
し、ゼンマイ１ａを巻き上げてそのバネ力が復帰したと
きに、その進み分を無くすように制御しているので、短
期的には発電を優先させて調速しなかった場合でも、そ
の後時刻のずれを無くすことができ、長期的には精度
（歩度安定性）を高くすることができる。

【００４５】また、ゼンマイ１ａのトルク低下だけで
はなく、落下衝撃や電磁気的なノイズ等により、一時的
に負荷２２に供給される電圧が低下したときなども、シ
ステムの電源が安定するまでの期間、ブレーキを小さく
して発電を優先できてシステムの停止を防止でき、かつ
電圧が復帰してきてから進み分を補正して時刻のずれも
無くすことができるので、ノイズに強い安定したシステ
ムを実現できる。

【００４６】進み／遅れ検出回路５５は、進み分だけ
ではなく、遅れ分もカウントできるため、ゼンマイ１ａ
の動力伝達効率のばらつきによってロータ１２の回転数
が正常な調速時よりも低下した場合でも、その遅れ分を
ゼンマイ１ａのエネルギー供給が復活した際に取り戻す
ことができ、この点でもシステムを安定に動作でき、か
つ長期的な精度を確保することができる。

【００４７】ブレーキを全くかけない状態で、ロータ
１２が所定の回転数を確保できなくなったときには、ブ
レーキ回路２３により強制的に大きな制動力を加えて運
針を停止もしくは、使用者がはっきり認識できるだけの
低速運針にしているので、時計が正常に運針していない
ことを使用者にはっきり認識させることができ、正しく
調速された状態の電子制御式機械時計を利用することが
できる。

【００４８】なお、本発明は各実施形態に限定されるも
のではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、
改良等は、本発明に含まれるものである。

【００４９】例えば、前記実施形態では、システムの安
定動作に必要な電力を判定するために電圧検出回路５７
を用いているが、供給電流値検出回路を使用して電圧の
代わりに電流を検出してもよい。

【００５０】また、前記実施形態では、進み／遅れ検出
回路５５を用いていたが、電子制御式機械時計では、通
常は調速制御を行わない時は、指針は正常時よりも進む
ため、進み分のみを検出する回路を用いてもよい。

【００５１】さらに、前記実施形態では、進み／遅れ検
出回路５５を設けることで、調速制御を行わない間の指
針のずれを後から補正するようにしているが、この進み
／遅れ検出回路５５を設けずに構成してもよい。この場
合には、指針のずれを自動的に補正することができない
が、例えば、調速制御よりも発電を優先するようにした
場合にランプ、ブザー、振動等で使用者に知らせること
で再度ゼンマイ１ａの巻き上げと時刻合わせとを行うよ
うに使用者に促すように構成すればよい。

【００５２】また、ブレーキをかけずに調速制御を行っ
ていないときに、ロータ１２が所定の回転数を確保でき
なくなった場合に、運針停止あるいは低速運針によって
使用者に知らせる代わりに、インジケータ、ブザー、振
動などで使用者に知らせるようにしてもよい。

【００５３】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
ゼンマイのトルクが低下して前記発電機の発電電力が低
下したときに、発電機の調速制御を行わずに、発電を優
先するため、電圧低下によるシステムの停止を回避する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態における電子制御式機械時
計の要部を示す平面図である。

【図２】図１の要部を示す断面図である。

【図３】図１の要部を示す断面図である。

【図４】前記実施形態の要部の回路を示す図である。

【図５】前記実施形態の調速手段の動作を説明する電圧
と時間に関するグラフである。

【符号の説明】

１香箱車１ａゼンマイ７二番車８三番車９四番車１０五番車１１六番車１２ロータ１３分針１４秒針１５ステータ１６コイルブロック２０発電機２１整流回路２２負荷２３Ａ抵抗２３Ｂトランジスタ２３ブレーキ回路５０回転制御手段５１Ａ水晶振動子５１発振回路５２分周回路５３回転検出回路５４周波数／位相比較回路５５進み／遅れ検出回路５６ブレーキ制御回路５７電圧検出回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ゼンマイと、輪列を介して伝達されるゼ
ンマイの機械エネルギを電気エネルギに変換する発電機
と、前記輪列に結合された指針と、変換した前記電気エ
ネルギにより駆動されて前記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におい
て、前記回転制御手段は、水晶振動子を用いた発振回路と、
前記発電機の回転数を検出する回転検出回路と、前記発
振回路の出力と前記回転検出回路の出力とを比較する比
較回路と、この比較回路からの出力に基づいて前記発電
機の回転速度を調整する調速手段と、前記発電機の発電
電力を検出する発電電力検出手段とを備え、前記調速手
段は、前記発電機の発電電力が設定値以下の場合、発電
機の回転速度を落とす制御を緩めるかまたは行わないよ
うに設定されていることを特徴とする電子制御式機械時
計。
【請求項２】請求項１に記載の電子制御式機械時計に
おいて、前記調速手段は、前記比較回路からの出力に基
づいて、時刻の進みおよび遅れを検出する進み／遅れ検
出回路を備えることを特徴とする電子制御式機械時計。
【請求項３】請求項２に記載の電子制御式機械時計に
おいて、前記進み／遅れ検出回路は、前記比較回路から
の出力に基づいて、発電機のロータの回転数の進みおよ
び遅れを検出することで、前記時刻の進みおよび遅れを
検出していることを特徴とする電子制御式機械時計。
【請求項４】請求項２または３に記載の電子制御式機
械時計において、前記調速手段は、前記発電機の回転速
度の調速を行わなかった後、発電機の発電電力が上昇し
た際に、前記進み／遅れ検出回路で検出された時刻の進
みまたは遅れ分を解消するように前記発電機の回転速度
を調速するように設定されていることを特徴とする電子
制御式機械時計。
【請求項５】請求項１〜４のいずれかに記載の電子制
御式機械時計において、前記調速手段は、前記発電機の
回転速度の調速を行わない状態で、発電機が所定の回転
数を確保できなくなったときには、発電機にブレーキ力
を加えて指針の運針を停止あるいは低速にするように設
定されていることを特徴とする電子制御式機械時計。