JPS6071979A - アナログ電子時計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、主として電子腕時計のステップモータを低電
力、かつ、検出の誤動作を防止する駆動方法の制御回路
に関するものである。

電子腕時計用超小型ステップモータの様に低消費電力が
要求されているステップモータでは、低消費電力の方法
として、ステップモータ自身の電気−機械変換効率の向
上の他に、通常時は低電力で駆動し、何らかの原因で正
常にロータが回転しなかった時には、通常時より大電力
で、速やかに再駆動する、いわゆる補正駆動方式が考案
されている。この補正駆動方式を採用する場合、重要な
事は、いかにしてロータの回転、非回転を確実に検出す
るかということである。

第１図（蜀は、従来から使用されている電子時計の指釦
駆動用に用いられ、本発明にも使用されている２極ステ
ツプモータの一例であル、第１図（Ｂ）は、従来この構
造のステップモータを駆動するために用いられている反
転パルスの例である。

第１図（Ｂ）の駆動パルス全コイル５に印加することに
より、ステータ１を磁化し、ロータ２の磁極との反発、
吸引力によりロータは１８０°　回転する。従来は、こ
の印加する駆動パルスの長さは、時計として保証すべき
全ての条件に於いてモータの出力全保証できる様な幅に
選ばれていた。ととろが、これはは、カレンダー負荷、
電池の内部抵抗大、末期における電圧低下等に対する余
裕を含ませなければならず、どうしても余裕のあるパル
ス幅で、駆動しなければならなかった。そのため、この
方法を改良し、通常は、あまり余裕のないぎりぎりのパ
ルス幅でステップモータを駆動シ、ソの後、ロータが回
転したか、しなかったかを判断する検出回路等を具備し
、ロータが非回転と判断したときのみ、従来から用いら
れている様なパルス幅で補正駆動を行なうという方法が
提案されている。このロータの回転、非回転の検出に、
特別な検出素子、例えば、メカ接点、ホール素子等を具
備させることは、時計の小型化、薄型化。ローコストと
いう要求から、採用することは困難である。

そこで、ロータが回転した場合と非回転の場合では、駆
動パルス印カロ後ロータの振動による発電電圧が違うと
いう特徴をとらえて、ロータの回転。

非回転を検出するという方法がとられている。

本発明では、この補正駆動方式に対する改良を目的とし
ている。

第２図は、従来及び、本発明で使用されているステップ
モータ駆動及び検出部の回路例である。

この回路構成は、ＮチャンネンＦＩＴゲート（以後Ｎゲ
ートと略す）ａｂ、ｓｂとＰチャンネルＦＩｌｉＴゲー
ト（以後Ｐゲートと略す）４ａ、５ａの入力をそれぞれ
分離し、ロータ２の回転、非回転を検出するための検出
抵抗６ａ、６ｂ及びこれらの抵抗をスイッチングするＮ
ゲート７ａ＠７ｂを備えている。

第３図は、従来の補正駆動方式に於けるタイムチャート
である。コイルの両端にかかる電圧は、第６図ａの区間
では、第２図に示すｗＬ電流通路の様に電流が流れる。

次に第３図すの区間では、第２図に示す閉回路１０の様
に検出抵抗６ｂを含む閉回路に切り換える。このとき、
駆動パルス印加後のロータ２の振動によ多発生する電圧
が、端子８ｂに発生する。もし検出区間すで非回転とい
う信号が検出されたなら、第３図Ｃの区間で再度第２図
の電流通路９でコイル３に電流を流し、時計仕様の満足
できる様な十分長いパルスで、ステップモータの補正駆
動を行なう。

次にロータの回転、非回転検出の原理について詳述する
。

第４図は、コイル抵抗５にΩ１０口００ターンのステッ
プモータのコイル３に電流を流した時の電流波形である
。駆動パルス長さａが５−９ｍ’ＭＣのときの電流波形
であり、回転、非回転にかかわらず、はぼ同じ波形を示
す。

第４図すの区間は、駆動パルス印加後のロータ２の振動
による誘起電流であるが、この区間の電流波形は、ロー
タ２の回転、非回転、無負荷、負荷の状態では大きく変
化する。第４図すの区間のｂｌの波形は、ロータ２が回
転した場合の電流波形であり、ｂｌは非回転であつｆｃ
場合の電流波形　５− である。

回転、非回転による電流の違いを電圧波形とし、とシだ
すべ〈発明されたのが、第２図の駆動検出回路であ勺、
第６図のｂの区間では閉回路１０に回路を切シ換える。

そうすることにより、ロータ２の振動により生ずる電流
は、検出用の抵抗６ｂを流れるため、端子８ｂには検出
抵抗を付けない時と比べ、大きな電圧波形が現われる。

区間すで正方向の電流は、第２図の閉回路１０に於いて
、検出抵抗６ｂには逆向きとなるため、負の電圧となっ
て現われる。

更に賢ゲート５ｂは、ＯＦＦ’状態ではドレインとｐ−
ｒ７エル間にＰ−Ｎ接合があり、Ｖｓｓ￥ｉ？アノード
とするダイオードとして働く。このため、端子８ｂから
見て負となる電圧は、ダイオードとして働くＮゲー）５
’ｂ’ｉ介して流れ、閉回路１１と同じ様なインピーダ
ンスとなシ、ロータに制動がかかる。ロータ２の働きと
検出信号の関係を第５図を用いて説明する。

第５図は、ステータ１とロータ２の関係を示し　６− たものであり、第５図（Ａ）はロータ２の静止状態を表
わしており、ステータ１には、インデックストルクを決
める内周ノツチ１６ａ、１６ｂと、ステータを一体とす
るための外周ノツチ１５ａ、１５ｂがある。ただし、二
体ステータの場合は、１５ａ。

１５ｂの部分でステータが分離している。

ロータ２の静止状態では、内周ノツチ１６ａ。

１６ｂとほぼ９０°　の位置にＮ、Ｓの磁極が静止する
。第５図（Ｂ）はこれに駆動パルスを印加した場合の図
であり、ロータが矢印の方向に回転する。

駆動パルス幅は３．９ｆｆｌＳｅＣという短かいパルス
のため、はぼ、内周ノツチの付近まで回転した状態でパ
ルスが切れる。負荷が小さい時には、ロータの慣性のた
め回転しきれるが、負荷が大きいときには、回転しきれ
ず、第５図（０）図の様に、ロータは逆に回転する。こ
の時、ロータ２の磁極は外周ノツチ１５ａ、１５ｂの付
近を通るため、コイルに大きな電Ｒｋ発生する。ところ
がこのとき、第２図のように閉回路１０となっているた
め、先に説明したように、端子８ｂには負の電圧が発生
し、Ｎゲート５ｂにダイオードの順方向電流が流れ、ロ
ータ２には制動がかかる。したがってロータ２は急速に
減速され、それ以後、ロータ２の振動により発生する電
圧は小さい。一方、負荷が小さく、ロータ２が回転した
場合は、第５図（Ｄｌに示す様に矢印１９の方向にロー
タ２が回転する。このときロータ２により発生する磁束
は、外周ノツチ１５ａ。

１５ｂとは直角方向であるため、最初誘起電流は小さい
。更に磁極が外周ノツチ１５ａ、１５′ｂの付近まで回
転したときに、大きな電流を発生する。

このとき閉回路１０の端子８ｂには負の電圧が発生する
ため、Ｎゲート５ｂのダイオード効果により、ロータに
制動がかかる。さらにその後、第５図（（転）に示すロ
ータの静止位置よりかなり回転し＃１゛き、静止位置に
もどるとき、第２図端子８ｂにはロータ２の回転検出可
能な電圧を発生する。

第６図（Ａ）の電圧波形２０は、前述のロータ２が回転
したとき、端子８ｂの電圧波形である。ａの区間は駆動
パルス印加時間で、１９ｍ５ｅｃである。

このときの回路は第２図電流通路？であり、ＶＤＤ＝１
．５７７である。

第６図（Ａ）のｂ区間は、ロータの振動により誘起する
電圧をとったものであり、第２図の閉回路１０のときの
電圧波形である。負の電圧は、Ｎゲ−）５ｂのダイオー
ド効果のために約−〇、５Ｖでクリップされており、正
の電圧のピークはｎ、４ｖである。一方、波形２１は非
回転の場合であるが、正の電圧のピークはα１ｖ以下で
、この両者の電圧を区別することにより、ロータの回転
、非回転が判断できる。

更に、この両者の電圧は差が小さいのであるが、次に説
明する方法で、容易に増幅することができる。第６図Ｃ
Ａ）のｂに示す区間で、第２図の閉回路１０と閉回路１
１を交互にスイッチングする。閉回路１１では、Ｎゲー
トａｂ、ｓｂという１００Ω程度のＯＮ抵抗をもつ素子
でコイル５の両端はショートされているため、ローター
振動による電流は大きい。ところが、閉回路１０にスイ
ッチングすると、コイル３のインダクタンス成分のため
、検出抵抗６ｂには一瞬その電流が流れる。このた　９
− め検出抵抗の両端には、−瞬高いピーク電圧が発生する
。回転時のロータ２による誘起電圧波形２０を、第２図
の閉回路１０、閉回路１１を交互にスイッチングしたと
き、８ｂ端子の電圧波形は第６図（Ｂ）の様になる。こ
の時の電圧波形２２．２５の時間軸拡大波形を第６図（
ａ）に示す。このとき、ピーク電圧はミル−１１０にス
イッチング後、約５０μｌ１ｅｃ連れている。これは、
Ｎゲー）５ｂのドレイン・ソース間にキャパシタンス成
分があるため、ピーク電圧に遅れを生ずるためである。

近年、このような方法が提案され、ロータの回転、非回
転の検出が一層容易となった。このような検出方法によ
り、先に述べたような、通常駆動パルス幅を固定とした
方式と、更にステップモータの低消費電力化を図るため
に、通常駆動パルス幅全回転しうる最低のパルス幅で駆
動する方式が実現されている。

第７図は、従来及び本実施例での、電子時計に用いられ
ているステップモータの駆動パルス幅とトルクの関係を
とったグラフである。

−１０− 固定パルス駆動の場合は、ステップモータの最大トルク
Ｔｑｍａｘ　ｋ保証するために、駆動パルス幅はａの点
に設定されている。補正駆動を行なう方法は、ＴｑｃＯ
点がカレング送りに要するトルクとすると、通常駆動パ
ルスの長さはａ　ｌ＝　３．４ｍ５ｅｃとかａ２＝３．
９ｍ２という長延に設定されている。理由は、通常駆動
パルスでロータが回転しきれない時には、更に補正パル
スが追加されるため、あまり補正パルスの出現回数が多
い場合には、両者の消費電流が加算されるため、かえっ
てｔｆｒｆ。

が増加するという場合も、起こり得るためである。

ところが、実際にはａ　（１＝　２．４　ｍ　ｇｅｔと
いうパルス幅でも、無負荷時にはロータは回転するので
、このパルス幅で駆動ができれば、更に低消費電流化が
可能である。

その動作を第８図により曲明する。

通常はａ。−２，ａｍｓｅｃというパルス幅でステップ
モータを駆動し、カレンダー負荷等によりａ。

のパルス幅でロータが回転しきれなくなった場合に、ロ
ータが非回転であると検出回路が判断し、すぐ補正駆動
パルスで駆動する。この補正駆動のパルス幅は、一般に
第７図のａ＝７８ｍＩｉｅｃというパルス幅が用いられ
る。そして次の１秒後の駆動パルス幅はａＱ””２．４
ｍ５ｅＣよシわずかに長いａｌ＝２．９ｍＨというパル
ス幅が、通常駆動パルスとして自動的に設定され、ステ
ップモータに駆動パルスが印加される。ところが第８図
の例によると、ａ　１　＝２．９　ｍ！、ｅｃでもカレ
ンダトルクＴｑｃに達しないため、又、ロータは非回転
となり、すぐ補正パルスａ　＝　７．’　８　ｍ　ＢＨ
３で駆動する。そうすると更に１秒後の通常駆動パルス
は自動的に８２−五４ｍ５ｅｃになる。この場合の出力
トルクは、カレンダトルクＴｑｃより大きいので、以後
毎秒ａ、＝３．４ｍ（８）というパルス幅で、ステップ
モータを駆動スる。

ところがとの′ままでは、カレンダ負荷がなくなった場
合でもａ　２　＝　！ｈ、４　ｍ　５ＩＩＣというパル
ス幅が続き、消費電力低減のためには不利である。この
ため、Ｎ秒毎駆動パルスを短かくする回路を付加するこ
とによ）、Ｎ回ａｇ　＝五４”Ｓｅｃが連続して出て、
出力されたらａ　１　＝　２．９　ｍ５ｅｃというパル
ス幅にもどることになる。さらにａ！がＮ回転連続して
出力されるとａ６になる。また逆に、通常駆動パルスの
最大パルス幅ａ鵞＝”９”ｌａ：のパルス幅に於いて、
非回転と検出された場合は、補正パルスが出力された後
の次の１秒に於いて、前回と同じａ３＝Ａ９ｍＦ＆が出
力される。このように、通常駆動パルスを複数の中から
ある１つに設定するためには、第９図のようなアンプダ
ウンカウンタが必要となる。

Ｓ、はアンプカウンタ用信号、ｓ２はダウンカウンタ用
信号、Ｓ３はカウンタリセット用信号、αとβはカウン
タの出力信号である。αとβはそれぞれ０か１の論理状
態とな９、その論理状態の組合わせにより４つのカウン
タ状態を表わすことができ、４つのモータ駆動パルスの
設定が可能で−１３− 以上説明の様にロータの回転、非回転を検出することが
でき、しかも、通常駆動パルス幅を回転しうる最低のパ
ルス幅で駆動し、ステップモータの低消費電力化を図る
ことができ７’（、Ｌかし、この従来例には大きな欠点
がある。ステップモータが交流の外部磁界に入った場合
、外部磁界にょ如コイル５に電圧を誘導し、ロータ２が
非回転の場合でもロータ２が回転したと判断してしまう
ため、交流磁界に対するステップモータの止まシにくさ
、いわゆる耐磁性が、通常ステップモータを駆動するパ
ルス幅で決定してしまうことである。しかも、この交流
耐磁性は第１０図に示す様なグラフとなり、この例の１
９ｍＢＢｃでは３エルステツド以下となってしまう。

そのため、補正駆動回路でステップモータを駆動する場
合には、従来より一層厳重な耐磁構造をとる必要があり
、小型化、薄型化、ローコスト化をねらった反面、耐磁
構造のスペース、コスト等を必要とし、その利点を十分
生かし切れ叱いなかった。又、更にステップモータの低
電流化を計るー　１４− ため、通常パルス幅を負荷の重さに応じて変化させる駆
動方式がある。この場合、非カレンダ送りの時の様に負
荷が軽い場合、ステップモータのロータが回転しうる最
小パルス幅で動くことになる。

この時、第１０図かられかる通り、交流耐磁性は更に悪
化する。従ってこのとき、シールド板等の耐磁構造を更
に強化する必要がある。

従来例に於いてはかかる欠点を除去するため、第１１図
に示すようなタイミングでａ区間とｂ区間に於いて交流
磁界検出を行ない、もし、交流磁界を検出した場合には
、第１０図の例でもわかるように、交流磁界に最も強い
６ｍ５ｅＣ程度のパルス幅によシモータを駆動していた
。つまり通常パルス５５または５６の１ｉＩのロータ静
止時に回転検出と同様に、出力トランジスタ４ｂまたは
５ｂのＯＮ、０ＦＦＴｈ特定の周期でくり返す方式であ
る。

こうすることにより、もし交流磁界が存在した場合、そ
の交流磁界により、コイルに誘起電圧が発生し、その電
圧により誘起電流がコイルに流れ、その電流をチョッパ
増幅することにより電圧として検出していた。交流磁界
は一般に５０Ｈｚ、または６０ロ２と考えられていたの
で、そのピーク値を検出するために、交流検出区間は２
０ｍＢＥｔ、以上、出力トランジスタ４ｂまたは５ｂの
ＯＩＪ、　ＯＦＦの周期は５１２Ｈ２，ＯＮ区間のデユ
ーティ比は％が一般的に使われていた。回転検出に於い
ては１、一般的に、出力トランジスタ４ｂ、または５ｂ
のＯＦＦ区間に於いて、トランジスタ７ａまたは７ｂが
ＯＮＬ、検出抵抗６ａまたは６ｂが接続された。しかし
、交流磁界検出に於いては、一般に検出の感度を上げる
ため、トランジスタ７ａまたは７ｂはＯ’ＮＬ、ない。

従来例に於ける交流磁界検出区間のチョッパ電圧波形全
第１２図に、交流磁界検出と検出電圧の関係を第１５図
に示す。従来例に於いては交流磁界３エルステツドを検
出するため回路的に８ａ、８ｂ端子にコンパレータ、ま
たはインバータのゲート端子を接続し、しきい値電圧を
例えば、０．６１に設定していた。しかし、従来例に於
ける交流磁界は５０　Ｈｚまたは６０　Ｈ２の正弦波を
前提と（７ている。現実として、世の中の交流磁界を調
べると、様々な交流磁界が存在する。その中から第１４
図に示す様な磁界を例にとる。これは電気毛布中の磁界
である。

電気毛布は一般に、その実効的電理値を制御するため、
サイリスタを用いて、正弦波である交流電流を部分的に
カントしている。また、電流が流れるとその電流に比例
した磁界が発生する。したがって、電気毛布が発生する
磁界は第１４図の上段の部分のように正弦波が部分的に
欠落した波形を示す。欠落した部分に於いては磁界は袋
機な変化をする。もし、この磁界がステップモータのコ
イルに印加されると、ステップモータのコイルにｄφ は、ｔ＝−Ｎ　／ｄ、（ｔ＝誘起電圧、Ｎ＝コイルの巻
き数、φ＝磁束、を一時間）の式からピーク値の大きい
誘起電圧を発生する。以上のような磁界は変化部分が非
常に短時間であるため、この点に於いて高周波成分を持
つことになる。ここで、このような磁界を高周波成分磁
界と定義する。一方、５０１１ｚや６０　ＦＩＺ程度の
低周波の正弦波の磁界を交流磁界または低周波成分ｇｉ
界と定義する。

−１７− もし、この磁界が回転検出区間に於いて、ステップモー
タのコイル６に加わった場合、この磁界によりコイルに
誘起される電圧のみで回転検出の判定電圧を越える可能
性がある。従って、もし、この磁界がコイル５に加わっ
た時にロータが非回転であっても、回路は回転と判断し
、補正パルス全出力しない。したがって時計は運鉗不良
となり遅れる。回転検出が誤動する様子を第１５図に詳
しく示す。上段が回転検出時のチョッパ電圧、中段が高
周波成分磁界により誘起電圧、下段が回転検出時のチョ
ッパ電圧に高周波成分磁界による誘起電圧が重なった場
合の回転検出波形を示す。

Ｌｌは回転検出電圧レベルである。ステップモータが非
回転の場合のチョッパ電圧は、本来上段のようにＬｌ　
レベルより低い値を示す。しかし、回転検出時に誘起電
圧が重なった場合、検出波形ＦｉＬ１　レベルをこえ、
回転検出回路は回転と判断する。以上のようにして、回
転検出の岨動作は発生する。

では、以上のような高周波成分磁界を交流磁界＝　１８
　− 検出区間に於いて、検出出来るかどうかについて述べる
。先に述べた様に、交流磁界検出は磁界の変化によって
生ずる誘起電圧によ多発生する誘起電流の流れる回路を
オフ、さらにオンのくり返しＫよシ、チョンバ増幅し、
電圧として検出する方式である。第１６図は高周波成分
磁界と通常の交流磁界による誘起電圧と誘起電流の比較
を示す図である。実線が高周波成分磁界によるもの、破
線が交流磁界によるものである。同、誘起電圧はステッ
プモータのコイルの両端全開放して、電流が流れない状
態で測定し、誘起型Ｒはステップモータのコイルの両端
全ショートして、電流が光分流れる状態で測定したもの
である。普周波磁界による誘起電圧は磁界の変化が象で
あるため、ピーク値が高い、しかし誘起電流は、磁界の
変化時間が非常に短かく、誘起電圧の幅も非常に狭いた
め、微少な電流である。

一方、交流磁界による誘起電圧は、磁界の変化がゆっく
りであるため、そのピーク値は低い、しかし、誘起電流
は誘起電圧が正弦波で変化し、光分な実効値を持ってい
るため、比較的大きな電流となる。以上のことより、交
流磁界は誘起電流のテヨンバ増幅により検出可能である
が、高周波成分磁界は、誘起電流が小さいため検出不可
能である。以上のように従来の交流磁界検出に於いては
、電気毛布のような、パルス的に変化する磁界を検出す
ることができなく、回転検出の誤動作を防止することが
できない。

また、このようなパルス状の磁界を発生するものは電流
を制御するためのサイリスタが使われていて電気毛布の
他、電気カーベント、電気コタツ等、多くの家庭電気製
品の中に存在し、ステップモータ付き電子時計に磁界が
加えられる可能性は大である。これは時計としての商品
価値に於いて致命的な欠陥である。

本発明はこれらの欠点を除去するため、従来の交流磁界
検出に加えて、新たに高周波成分磁界検出を具備したも
ので、以下図面について詳細に説明する。

第１７図は本発明によるブロック図の一例である。発振
回路１５５で発生した基準信号は分周回路１５６に入力
し、分周される。モータ駆動パルス発生回路５７、交流
磁界検出パルス発生回路６３と高周波成分磁界検出パル
ス発生回路６２には分周回路１５６から分周信号が供給
されている。

ステップモータ駆動回路５８はステップモータ５９を駆
動するための回路で、モータ駆動パルス発生回路５７、
交流磁界検出パルス発生回路６３と高周波成分磁界検出
パルス発生回路６２がらのそれぞれのパルスを合成し、
ステップモータを駆動する。検出回路はコンパ１ノー夕
またはインバータニより構成さね、ステップモータ５９
のコイルの電圧により、回転検出、交流磁界検出、高周
波成分磁界検出を行なう。検出回路６ｏがらの検出信号
は検出制御回路６１に入り、処理され、モータ駆動パル
ス発生回路５７、交流磁界検出パルス発生回路６３と高
周波成分磁界検出パルス発生回路６２０発生パルスを制
御する。以上のように本発明によるブロック図は従来の
回転検出機能付き−２１− テップモータ駆動回路に加えて、全く新しい高周波成分
磁界検出の回路系が組み込まれている。したがって、発
振回路１５５、分周回路１５６、モー４駆動パルス発生
回路５７とステップモータ駆動回路５８に゛ついては、
従来例とほぼ同様であるので詳しい説明を省略する。

最初に、本発明による高周波成分磁界検出の原理につい
て説明する。第１８１図に高周波成分磁界検出の原理を
簡単に示す。第１７図のステップモータ５９に接続され
る回路の高周波成分磁界検出に関連する部分を模式的に
表わしである。スイッチ６４はステップモータ５９のコ
イル端子６６に接続されているステップモータ駆動回路
５８の内部の半導体素子がハイインピーダイス状態とな
っていることを表わしている。この状態で高周波成分磁
器が加わると第１６図（ａ）で示したように十分な検出
電圧が得られる。スイッチ６５はコイル端子６７に接続
されている半導体素子がグランドとンヨート状態になっ
ていることを表わしている。

検出用インバータ６８は検出回路６０の内部にあ−２２
− リ、コイル端子６６の電圧レベルＳ４が検出用インバー
タ６８のスレシュホールド１ノベルＪす上カドうかを検
出１〜、検出信号８５として出力する。第１９図１は検
出用インバータ６８の検出特性を示す図である。上段が
コイル端子６６の信号Ｓ４で高周波成分磁界が加わった
ときの誘起型、圧の波形を示しである。下段が検出用イ
ンバータ６８の出力信号Ｓ５の波形で論理レベルＩｎ、
ＪｔたはｒＬＪが出力これる。６９．７０と７１は誘起
電圧のピーク値で７１のみが検出用インバータのスレシ
ュホールドレベルを超えている。このときＳｉ４”ｊ７
２のようにｒＬＪが出力される。検出回路６０に於いて
Ｓ６はラッチ回路に入力し、ラッチされる。以上が高周
波成分磁界検出の原理についてである。伺、交流磁界検
出時はスイッチ６４がＯＮ。

０’ＦＦを繰り返すことになる。

次に、第１８図に示した原理を具体的なタイミングチャ
ートにより、回路の動作をして説明する。

第２０図は本発明によるステップモータ駆動波形のタイ
ミングチャートである。ステップモータ駆動回路は従来
例と全く同様である為、第２図を引用して、本発明を説
明する。

第２０図の８ｂ−８ａ［第２図の８ｂと８ａとの電位差
を表わしている。ａ′とｂ′は高周波成分磁界検出区間
を、ａとｂは交流磁界検出区間を表わしている。７３と
７４はステップモータ駆動パルステする。ステップモー
タ駆動パルスの直前にそわぞれ交流磁界検出区間があり
、さらにその直前に高周波成分磁界検出区間がある。第
２０図は高周波成分磁界検出または交流缶外検出のいず
れか一方の検出が起った場合で、この場合、回転検出は
行なわ名ず、かつ磁界に強いモータ駆動パルスを出力す
る。例えば、第１０図より６ｍ５ｅｃのパルス幅のモー
タ駆動パルスである。（７３と７４がモータ駆動パルス
を示す。） ここでは最初に磁界検出のシステム、次に磁界検出時の
モータ駆動パルス幅の制御システムについて述べる。

磁界検出の詳しいタイミングチャートラ第２１図に示す
。このタイミングチャートは第２０図のａ′との区間を
拡大したもので、第２図のステップモータ駆動回路の各
端子の信号を表わしている。

したがって、タイミングチャートの左側の数字は第２図
の端子名と一致している。左側の（１（）と（’Ｌ）論
理レベルｒ　Ｈｔｇ、　ｈ　Ｊ　ｔ　ｆｔ−けｒＬｏｗ
Ｊを示す。Ｐチャンネルの出カドランジスＪ４ａと５ａ
はステップモータ駆動時以外ね常にＯＦ’Ｆとなってい
る。したがって、入力信号は「Ｈ」となっている。７ａ
と７ｂの回転検出用トランジスタは、回転検出時のみＯ
Ｎとなるため、ａとａ′区間に於いては入力端子１０５
と１０６の信号は［、Ｊである。Ｎチャンネル出力トラ
ンジスタ４ｂと５′ｂは通常時はＯＮであるが、モータ
駆動時、磁界検出時に於いてＯＦＦとなる。交流磁界検
出区間ａに於いては、チョッパ増幅により検出を行なう
ため、第２図の電流；ｔ−ブ１１を形成する場合と電流
ループを０ＦＦｊる場合とを交互に実現する様にＮチャ
ンネル出力トランジスタ４ｂのＯ）１とＯＦ　Ｆｋ＜り
返し行う。したがって端子１０３の信号はｒＩ（Ｊとｒ
ＬＪをくり返すイに号と２５− なる。この時、端子８ａに発生する電圧レベルをコンパ
レータ塘たはインバータで比較し、交流磁界を検出する
。本発明の中心部分である高周波成分磁界検出区間ａ′
に於いては、先に説明した機に、ステップモータ用コイ
ルに接続する回路をハイインピーダンス状態にし、直接
的に誘起電圧をとらえる。したがって、検出する側のＮ
チャンネル出力トランジスタ４ｂを検出区間に於いてＯ
Ｆ’？状態にする為、端子１０６の信号ｉｊａ’区間で
はｒＬＪということになる。以上の説明はステップモー
タコイル端子の片側について述べたが、もう一方の側も
全く同様にして、出力トランジスタを制御して、磁界を
検出することができる。

以上の様にして　ａ　／区間のどのポイントに於いて高
周波成分磁界が発生したとしても、そのピーク値を検出
することができる。１だ一般に高周波成分磁界は交流電
流によって動作する家庭用電気製品から発生されるため
、そのくり返し周期は６０Ｈｚまたは５０Ｈｚである。

したがって、高周波成分磁界検出区間を２０　ｍ５ｅｃ
以上とれば、そ−２６− のピーク値を検出することができる。さらに、コンパ１
ノー夕またはインバータで行なう高周波成分磁界検出レ
ベルを回転検出筒、圧レベルよりも低く設定し、高周波
成分磁界を検出した場合、回転検出を禁止し、高周波成
分磁界に強いステップモータ駆動パルスを出力する様に
回路を構成すれば、高周波成分磁界による回転検出の誤
動作を回避することができる。我々の実験によると、高
周波成分磁界は回転検出の誤動作をひき起こすが、ステ
ップモータの回転動作そのものに与える影響は微少で、
高周波成分磁界検出時のステップモータ駆動パルスは、
交流磁界に強いパルスを出力すれば充分であることが確
認されている。

次に検出用インバータの回路例について説明する。

高周波成分磁界検出回路は、交流磁界検出回路と同じ検
出用インバータまたはコンパレータで検出することがで
きるし、さらに検出の精度を増すため、交流磁界と高周
波成分磁界に別々の検出用インバータｕｎはコンパレー
タを使用することもできる。第１７図の検出回路６０の
一実施例として、第２２を示す。第２２図は交流磁界検
出と高周波成分磁界検出を同じ検出用インバータで行な
う場合の回路□□□である。８１と８２はそれぞれ８ａ
または８ｂに接続される検出用インバータである。８４
と８５は検出信号のマスク用ＮＯＲゲート、８６と８７
は検出用ラッチを構成するＮＯＲゲート、７５と７６は
それぞれ８ａと８ｂに接続され、検出電圧が入力する端
子、７７Ｆｉ第１７のブロック図の交流磁界検出パルス
発生回路６３に接続され、間流磁界検出区間のみＬレベ
ルとなる交流磁界検出用マスク信号が入力する端子、７
８はブロック図の高周波成分磁界検出パルス発生回路に
接続され、高周波°成分磁界検出区間のみＬレベルとな
る高周波成分磁界検出用マスク信号が入力する端子、８
３は上記の二つの信号を合成するＡＮＤゲート、７９は
ブロック図の検出制御回路６１に接続され、検出用ラッ
チのリセット信号が入力する端子、８０はブロック図の
検出制御回路６１に接続され、検出判定信号が出力する
端子である。この信号が先に述べた様に、回転検出を禁
止したり、磁界に強いモータ駆動パルスを出力したりす
る制御信号である。

第２３図は第２２南の各端子の信号状態を示すタイミン
グチャートである。最上部は第２０図と同じであり、下
部はそれに対応した部分の信号を示しである。７５は８
６端子に接続されているので、ステップモータのコイル
の端子の電圧が現われている。８８の部分の電圧をイン
バータ８１によって検出したため、端子８０の出力はＨ
となる。

したがって、この場合は、磁界に強いモータ駆動パルス
７５が出力されている。端子８０の信号は、端子７９か
らの信号であるラッチリセット信号により、７３のモー
タ駆動パルス出力後、リセットされ、Ｌとなる。その後
の磁界検出は、例えば８９が検出用インバータ８２のス
レシュホールドレベル程高くないため、磁界検出は行な
われず、端子８０の出力はＬのままである。したがって
、ステップモータ駆動パルス７４は通常のパルス幅とな
り、その後回転検出が行なわれる。

−２９− 以上が高周波成分磁界検出を中心とする本発明の詳細な
説明である。以後は、磁界を検出した後のステップモー
タ駆動の制御について詳しく説明する。

第２４図は第１７図のモータ駆動パルス発生回路５７の
一部であるところの通常駆動パルスと磁界に強い駆動パ
ルスの発生回路である。８２は分周回路に接続され、運
針周期信号が入力する端午、Ｂ５１ｆＪ、ハルス幅設定
用のアップダウンカウンターを含む回路に接続され、通
常駆動パルス幅を設定するための信号が入力する端子、
８４は磁界用駆動パルス幅を設定するための信号が入力
する端子、８５Ｆｉ第２２図の端子８０に接続され、駆
動パルス切り換え用の信号が入力する端子、８６はブロ
ック図のステップモータ駆動回路５Ｂに接続され、ステ
ップモータ駆動用の出力トランジスタを制御するための
信号が出力する端子である。

８７はクロックがＨでデータが通過し、クロックがＬで
データをホールドするラッチ回路で、８３端子の信号を
通常駆動パルス幅分だけ遅らす役割−３０− をする。８８も同様なラッチ回路で磁界用１駆動パルス
幅分だけ遅らす役割をする。８９はＡＮＤ回路で通常駆
動パルスを形成する。９０けＡＮＤ回路で磁界用駆動パ
ルス全形成する。９１はＮＯＴ回路、９２と９３ｉｊＡ
ＮＤ回路、９４はＮＯＲ回路である。以上５つの回路に
より、パルス幅選択回路が構成され、８５倍号の信号が
Ｌのときには、通常駆動パルスが、Ｈのときには磁界用
駆動パルスが端子８６から出力さ力る。以上の説明によ
るタイミングチャートを第２５図に示す。左側の数数は
端子名または、信号が出力される回路のを示す。図に於
いて、９５が通常駆動パルスで、９６が磁界用駆動パル
スである。これは、前半の８５がＬ″′ｃあるためＡＮ
Ｄ回路８９からの信号が選択され、後半の８５がＨ″′
ｃある７ｔａｌ’）Ａ　Ｎ　Ｄ回路９０からの信号が選
択されている場合を示しているからである。

本発明は、ステップモータ駆動の直前に交流磁界検出を
設け、そのまた直前に高周波成分磁界検出を設けている
。これは、ステップモータ駆動にできるだけ近い直前に
、両方の検出を設けるようにし、ステップモータ駆動の
信頼性を向上するためである。交流磁界検出が直前にあ
るのは、交流磁界検出の目的が交流磁界の検出に加えて
、外部からの衝撃が起こすステップモータのロータの振
動による誘起電流を検出することにより外部衝撃を検出
することにある。したがって、交流磁界検出全ステップ
モータ駆動の直前に設ける。一方、高周波成分磁界検出
は、電子時計の存在する環境の状態を検出しているため
、必ずしもステップモーフ、史動の直前に設ける必要が
ないが、できるだけ近い前が良好である。したがって高
周波成分磁界検出を交流磁界検出の直前に設定した。

以上のように、本発明によるステップモータは日常の生
活空間に於けるほとんどの交流磁界を検出することがで
きるため、運針の信頼性を飛躍的に高めることができる
。更に、本発明によるＩＣのチップサイズの増加、製造
上の検査等のコストアップの要因は全く無い。また、従
来必要であった耐磁板等の耐磁構造をとらなくて良いの
で、時計の薄型化、小型化が可能である等、その効果は
非常に大である。

本発明の実施例のＮチャンネルトランジスタとＰチャン
ネルトランジスタを入れ換えても、各端子（Ｄ信号レベ
ルが反転（ハイレベルはローレベルに、ロー１ノベルは
ハイレベルになる）するだけで機能的には全く同様な働
きをする。また、実施例に於いては、高周波交流磁界を
検出した場合も、正弦波交流磁界を検出した場合も、同
じパルス幅の駆動パルスを出力しているが、高周波交流
磁界中のステップモータの駆動については正弦交流磁界
中のステップモータ駆動パルス幅よりも狭パルス側で充
分なため、更に低消費電流化をねらうために、高周波交
流磁界を検出した場合には、交流磁界全検出した場合と
は別なパルス幅の狭いパルスをステップモータの駆動パ
ルスとして出力することも可能である。

その−例としては第８南で説明した通常駆動パルスとし
て設定したパルス幅の中から選ぶ事が回路を簡単にする
理由からも考えられ、その中でも−３３− 最も長いパルス幅又は、それより一段短かいパルス幅が
適当である。これは正弦波の交流磁界と異なり、パルス
状の高側＠磁界はその持っているエネルギーは小さく、
モーターの駆動そのものへ与える影響は極めて小さい為
、運針の信頼性は第１０函に示した交流磁界に最も強い
パルス幅例えば、６ｍ５ＩＩＣはど隆＜左〈ても充分確
保できるという理由による。又、この事により高周波磁
界中での消費電流も小さく押える事ができ、全体として
、より一層の低消費電流化が可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１［！Ｗ（Ａ）Ｈ１従米及び本発明に用いられている
電子時計用ステップモータの斜視図。 第１！９（Ｂ）Ｕ、従来のステップモータ駆動パルス波
形］￥Ｉ。 第２図は、従来及び本発明に係わるステップモータの駆
動及び検出回路図の一部。 第３図は、従来の視正駆動方式のステップモータ駆動パ
ルス波形図。 −３４− 第４図は、ステップモータの電流波形とロータが回転及
び非回転であったときのロータ振動により誘起する電流
波形。 第５図（Ａ）は、ロータ静止時のステータとロータの位
置関係図。 第５図（Ｂ）　ｉｔ　、駆動パルス印加時のロータの回
転方向を示す図。 第５図（０）は、ロータが回転できなかったときのロー
タの運動を示す図。 第５図（Ｄ）は、ロータが回転した時、駆動パルス印加
後ｐ−夕の運動を示す図。 第６図（Ａ）は、ロータが回転及び非回転で、検出抵抗
に誘起する電圧。 第６図（Ｂ）は、ロータが回転及び非回転で、高抵抗を
含む閉回路ｌヲ低抵抗を含む閉回路をスイッチングした
ときの検出抵抗に誘起する電圧波形。 第ｂｍ＜ａ＞は、Ｂ図２２及び２３０波形拡大図。 第７図は、駆動パルス幅と分針トルクの関係を示す特性
図。 第８図１は、負荷の変動に応じて、駆動パルス幅が紫化
する補正駆動方式を示す駆動パルス波形図１゜第９南は
、従来例に於ける通常駆動パルス設定用の了ツブダウン
カウンタの回路図。 第１０図は、駆動パルス幅に対する交流耐磁性を示す。 第１１図は、従来例に於ける交流磁界検出区間を示す一
〇 第１２図は、交流磁界検出区間に於ける磁界検出電圧波
形を示す図。 第１３（９）は、交流磁界検出区間に於ける磁界検出電
圧のピーク値を示す一〇 第１４滴は、電気毛布から発生する磁界と、その磁界の
検出電圧波形を示す図。 第１５図（ａ）　、　（ｂ）　、　（Ｃ）は、高周波成
分磁界によ多回転検出が誤動作する様子を示す図。 第１６図（ａ）　、　（ｂ）は、高周波成分磁界と通常
の交流磁界による誘起電流の比較を示す図。 第１７／は、本発明によるブロック口の一例を示す図。 第１８図は、高周波成分磁界検出の原理を示す□□□。 第１９図（ａｌ　、　（ｂ）は、検出用インバータの検
出特性を示す図。 第２０ｍは、本発明によるステップモータ駆動波形のタ
イミングを示す図。 第２１図は、磁界検出の詳しいタイミングを示す図。 第２２図は、交流磁界検出と高周波成分磁界検出を共通
の検出用インバータで行なう場合の回路図。 第２３因は、第２２図の各端子の信号状態を示すタイミ
ング−０ 第２４図は、通常駆動パルスと磁界用駆動パルスの発生
回路である。 第２５図は、第２４図の各端子の１３号のタイミング図
。 １・・・・・・ステータ ２・・・・・・ロータ ３・・・…コイル １０１・・・・・・Ｐゲー）４ａのゲート端子・６７− １０２・・・・・・Ｐゲート５ａのゲート端子１０３・
・・・・・Ｎゲート４ｂのゲート端子１０４・・・・・
・Ｎゲー）５ｂのゲート端子４１　４４　４８　５２　
５４ ・・・・・・ＡＮＤ回路 ４２　、４５　、４９・・・−・ＮＯＲ回路４５．４６
，４７．５０・・・・・・ＮＯＴ回路５１．５３・・・
・・・リセット付分周回路以上 出願人株式会社　諏訪精工舎 代理人弁理士　最上　務 −３８− 第１図（Ａ） 第２図 つ′ｆｆ３！ ２ 二″ｊ５　！Ｉ　（Ａ）　第５図（β）箒５図（Ｃ）　
第５図（［）） ｓｅｃ 第１０図 第１１図 第１２図 第１３図 女　流石話、メト　Ｃ０ｅ） 話　第陣図 −−− （０ン　り１叔 で ・ｊ作間 ：：゛−−−−′： Ｊ２Ｎ弁十ｉ　ｌ　、− （ら〕 １　Ｆ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 少なくとも発振回路０分周回路、パルス幅合成回路９回
   転検出回路、磁界検出回路、ステップモータ、電源用小
   型電池から構成され、前記回転検出回路は前記ステップ
   モータのコイルの両ｆ）ｆＪＫ誘起される電圧を検出す
   ることにより、前記ステップモータの回転、非回転を判
   別する電子時計に於いて、前記磁界検出回路は少なくと
   もＡとＢの二つの磁界検出回路から成り、Ａは比較的高
   周波成分磁界を検出するよう構成され、Ｂは比較的低周
   波成分磁界を検出するよう構成され、前記ステップモー
   タの駆動直前ＫＢが動作し、さらにＢの動作直前ＫＡが
   動作するよう構成されたことを特徴とするアナログ電子
   時計。