JPS6115382B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電子時計の改良に関するもので、ステ
ツプモータの消費電力の低減化のためにステツプ
モータの回転検出装置を備えた電子時計のステツ
プモータの動作状態の表示を目的としたものであ
る。

以下、アナログ電子腕時計の実施例に従つて、
本発明を説明する。

従来、一般に使用されているアナログ型の水晶
腕時計の表示機構は、第１図に示されているよう
に構成されている。ステータ１、コイル７、ロー
タ６によつて構成されているモータの出力は輪列
２，３，４，５に伝達され、図示されていないが
更に幾つかの輪列によつて秒針、分針、時針、場
合によつてはカレンダーを駆動している。

次に、従来用いられている電子腕時計の回路構
成の一例を第２図に示す。発振回路１０の約32K
Hzの信号は分周回路１１によつて１秒信号に変換
される。１秒信号は、パルス合成回路１２によつ
て、７・８ｍ秒・２秒周基の信号に変換され、駆
動インバータ１３ａ，１３ｂの入力１５，１６に
は位相が１秒ずれた、同じ周期、同じパルス幅の
信号が加えられる結果、コイル１４には１秒毎に
電流の流れる向きの変わる反転パルスが加えられ
この時のコイル電流波形の一例を第３図に示す。
２極に着磁されたロータ６は、一方向に回転す
る。

ところで、従来の電子腕時計の駆動パルス幅
（上記の例では７・８ｍ秒）コイル抵抗、巻数、
その他ステツプモータ各部の寸法等は、輪列負荷
が重くなつた場合、磁界中におかれた場合、低温
下で電池内部抵抗が著しく大きくなつた場合、電
池寿命末期で電池電圧が低下した場合、等でも安
定してステツプモータを駆動できるように設計し
てあり、大きなトルクを必要としない場合では電
力を浪費している状態であり、時計の低消費電力
化のさまたげとなつていた。そこで、このような
欠点を除去するために、ステツプモータの動作状
態を検出する回転検出装置等を設け、駆動電力
（一般的には駆動パルス幅）を連続的又は段階的
に変化させて最低限の電力で駆動する方法が最近
提案されている。

本発明は、上記の様に低消費電力化のために、
ステツプモータの回転検出装置等を備えた電子時
計を更に改良する事を目的としたものであり、ス
テツプモータが所定の電力（パルス幅）以上でな
ければ回転できなくなつた場合には、運針形態を
変える（例えば通常は１秒運針であるところを、
２秒に１回２秒分運針する２秒運針とする。）事
により、該電子時計の利用者に警告を与えると言
う機能を実現するものである。

第９図は本発明の概略構成図である。発振回路
１０の出力は分周回路１１に入力され順次分周さ
れる。その分周出力はパルス合成回路１２に入力
され、駆動回路５０、の動作に必要なパルスを合
成し、駆動回路５０に出力する。駆動回路５０の
出力はステツプモータのコイル１４に接続され
る。また駆動回路の他の出力は検出回路５１に入
力され、検出回路５１の出力は警告手段８０に入
力され、警告手段８０の出力は駆動回路５０に制
御信号として入力される。第１０図、第１１図に
本発明の駆動回路と検出回路の具体的な構成例及
び各部のタイミングチヤートを示す。

駆動回路５０はＤ形フリツプフロツプ５２、オ
アゲート５３、ナンドゲート５５ａ，５５ｂ、駆
動インバータ５６ａと５６ｂ及び５７ａと５７ｂ
による構成される駆動部と、選択ゲート５４によ
り構成される制御部に大別される。警告手段８０
はRS形フリツプフロツプ６０により構成され、
また検出回路５１は抵抗５９、検出インバータ６
１ａ，６１ｂ、Ｎ形MOSFET５８、インバータ
６３また駆動回路５０のＮ形MOSFET５６ｂ，
５７ｂも含むにより構成される。入力端子ＡはＤ
形フリツプフロツプ５２のクロツク端子とオアゲ
ート５３の第１入力に接続されている。入力端子
ＢはRS形フリツプフロツプ６０のリセツト端子
と、オアゲート５３の第２入力と、インバータ６
３の入力に接続されている。オアゲート５３の出
力は選択ゲート５４の第２入力に、又、入力端子
Ｃは選択ゲート５４の第１入力にそれぞれ接続さ
れていて、RS形フリツプフロツプ６０の出力端
子Ｑ及びが選択ゲート５４の選択入力に接続さ
れている。選択ゲート５４の出力はナンドゲート
５５ａと５５ｂの第１入力に接続されて、またＤ
形フリツプフロツプ５２の出力Ｑ，はそれぞれ
ナンドゲート５５ａと５５ｂの第２入力に接続さ
れている。ナンドゲート５５ａ，５５ｂの出力イ
ンバータを構成しているMOSFET５７ａと５７
ｂ及び５６ａと５６ｂの入力端子に接続されてい
て、この２組のインバータの出力はコイル１４の
両端に接続される。またこの２組のインバータの
接地側端子、即ちＮ形MOSFET５６ｂ，５７ｂ
のソース端子は抵抗５９の一端、Ｎ形MOSFET
５８のドレイン端子、検出インバータ６１ａの入
力端子に接続されている。インバータ６３の出力
はＮ形MOSFET５８のゲート端子に接続され、
またＮ形MOSFET５８のソース端子と抵抗５９
の一端は接地されている。検出インバータ６１ａ
の出力はインバータ６１ｂの入力端子に接続さ
れ、インバータ６１ｂの出力端子はRS形フリツ
プフロツプ６０のセツト端子に接続されている。

本回路の基本的な動作はＤ形フリツプフロツプ
５２の出力Ｑ，が入力端子Ａにパルスが１つ入
る度に反転する事によつて選択ゲート５４の出力
を、コイル１４の両端に交互に印加し、交番する
電流を流し、ステツプモータを１ステツプづつ回
転させる。また通常の駆動時には、Ｎ形
MOSFET５８はON状態であり、抵抗５９は短絡
されている。

本発明の具体的な動作説明の前に本実施例で採
用している回転検出装置の動作を簡単に説明す
る。

本実施例の電子腕時計に使用されているステツ
プモータの回転原理について説明する。

第４図１は、飽和しやすく作られた可飽和磁路
１７で接続している一体構成のステータで、図に
は明示されていないが、コイル７を巻いた磁心
と、磁気的に係合している。また、このステータ
には、径方向に２極に着磁されたロータ６の回転
方向を決めるために、ノツチ１８がつけてある。
第４図は、コイル７に電流が加えられた直後の状
態を示しており、コイル７に、電流が加えられて
いない時は、ロータはノツチ１８とロータ磁極の
なす角度が、ほぼ90度の位置で、静止している。
この状態で、コイル７に矢印の方向に電流を流す
と、ステータ１に第４図のように磁極ができ、ロ
ータ６は、反撥して、時計方向に回転する。コイ
ル７を流れる電流が切れると、ロータ６は第４図
と磁極が逆になつた状態で静止する。この後、コ
イル７に反対方向に電流を流すことによりロータ
６は順次、時計方向に回転を続ける。

本実施例の電子腕時計に使用したステツプモー
タは、可飽和部１７を持つ一体ステータで構成さ
れているので、コイル７に電流を流した時の電流
波形は、第３図のように、なだらかな立上り特性
を示す。これは、ステータ１の可飽和磁路１７が
磁気的に飽和するまでの間は、コイル７から見た
磁気回路の磁気抵抗が非常に低く、その結果、抵
抗Ｒコイル直列回路の時定数γが大きくなるため
である。これを式で表わすと、次のようになる。

γ＝Ｌ／Ｒ，Ｌ≒N²／Rmこれからγ＝N²／（Ｒ
×Rm）ただしＬ：コイル７のインダクタンス、
Ｎ：コイル７の巻数、Rm：磁気抵抗である。

ステータ１の可飽和部１７が飽和すると、飽和
した部分の透磁率は、空気と同じになるので、
Rmは増加し、前記回路の時定数γは小さくな
り、第３図の如く、電流波形は急に立上る。本実
施例の電子腕時計に用いているロータ６の回転、
非回転の検出は、前述した抵抗、コイル直列回路
の時定数の違いとしてとらえられている。次に図
面を用いて時定数の差がでる理由を説明する。

第５図は、コイル７に電流を流し始めた時の磁
界の様子を示したもので、ロータ６は、回転可能
な位置に磁極が来ている。磁束線２０は、ロータ
６から発生した磁束の様子を示したもので実際に
は、コイル７と鎖交する磁束も存在するが、ここ
では、省略した。磁束線２０ａと２０ｂは、ステ
ータ１の可飽和部１７ａ，１７ｂで第５図の矢印
の方向に向いている。可飽和部１７は、多くの場
合まだ飽和していない。この状態で、ロータ６を
時計方向へ回転すべく、コイル７に矢印の如く電
流を流す。コイル７によつて発生する磁束１９
ａ，１９ｂは、ステータ１の可飽和部１７ａ，１
７ｂでロータ６から発生した磁束２０ａ，２０ｂ
とそれぞれ強め合うために、ステータ１の可飽和
部１７は、すみやかに飽和する。この後、ロータ
６には、ロータ６を回転させるのに十分な磁束が
発生するが、第５図では、省略した。この時のコ
イルに流れる電流の波形を示したのが第７図２２
である。

一方、ロータ６がなんらかの理由で、回転でき
ずに戻つてしまつたところへコイル７に電流を流
した時の磁束の状態を示したのが第６図である。

本来、ロータ６を回転させるためには、コイル
７には、矢印と反対の向き、つまり第５図と同じ
向きに電流を流さなければいけないのであるが、
コイル７には１回毎に電流の向きが変わる反転電
流が加えられるので、ロータ６が回転できなかつ
た時は、このような状態になるのである。ロータ
６は、回転できなかつたのであるから、ロータ６
から発生する磁束の向きは、第５図と同じであ
る。コイル７には、第５図と反対の方向に電流が
流れるので、磁束の向きは２１ａ，２１ｂのよう
になる、ステータ１の可飽和部１７ａ，１７ｂで
は、ロータ６とコイル７によつて発生する磁束が
互いに打消し合つており、ステータ１の可飽和部
を飽和させるためには、より長い時間を必要とす
る。この状態を示したのが第７図の２３である。

次に第１０図、第１１図によつて具体的な検出
動作を説明する。端子Ａ，Ｂ，Ｃにはそれぞれ第
１０図ａ，ｂ，ｃに示す様な通常駆動パルス、検
出パルス、補正駆動パルスのタイミングが与えら
れていて、これらの信号はオアゲート５３、選択
ゲート５４によつて合成、選択され、またフリツ
プフロツプ５２及びナンドゲート５５ａ，５５ｂ
によつて交互に駆動用インバータ（５６ａと５６
ｂ及び５７ａ，５７ｂ）に入力されるので、コイ
ル１４の両端には第１１図ｄ１の様な電圧波形が
印加される。今、駆動パルス６４ａによつてロー
タは正常に１ステツプ回転したとすると検出パル
ス６５ａが印加された時には第６図に示した様な
磁極の関係になつている。従つて、この時のコイ
ル電流波形は前に説明した様に立上りの遅い第７
図２３に類似の波形を示す。この時、トランジス
タ５８はOFF状態であり、コイル１４に抵抗５
９が直列に接続されているので電流波形は第７図
とは明らかに異なるがその立上り部分に限れば類
似の波形を示す。この時の抵抗５９の端子電圧波
形は第８図２５に示す様になり検出パルス幅の時
間内ではインバータ６１ａの閾値Ｖ_THまで立ち上
がらず従つて検出信号は発せられない。次に何ら
かの理由によつて駆動パルス６４ｂではロータが
１ステツプ回転できなかつたとすると検出パルス
６５ｂが印加された時には第５図の様な磁極の関
係になり、今度は電流波形は立ち上りの早い第７
図２２と類似の波形になる。従つて抵抗５９の端
子電圧の波形は第８図２４に示す様にインバータ
６１ａの閾値まで達しインバータ６１ａは検出信
号を発する。この様にしてロータの回転、非回転
を検出する事ができる。抵抗５９の抵抗値は検出
パルス幅が決定すればかなりの自由度を持つて設
定できるので第８図では検出パルス幅を１ｍ
Secとしたが、実施例では0.5ｍ Secとして、抵
抗５９の値を大きくする事にした。これによつ
て、検出に要する消費電力を小さく抑える事がで
きる。

以上で基本的検出動作の説明を終え、以下に図
面に従つて本発明を具体的に説明する。

なお、以下の実施例では連続的に入力される信
号波形パルス合成回路には簡単なゲート回路で容
易に得られるので、その構成図は省略した。

通常時はフリツプフロツプ６０は、リセツト状
態であるので選択ゲート５４はオアゲート５３を
通過してくる信号Ａ，Ｂを選択している。さて今
仮に駆動パルス６４ｂによつてロータは回転する
事ができず、検出パルス６５ｂによつて非回転が
検出されたとするとこの時の検出信号はフリツプ
フロツプ６０をセツト状態に反転させる。この結
果選択ゲート５４は警告駆動パルスＣを選択し、
コイル１４の両端には第１１図ｄ２に示す電圧が
印加される。この時の運針形態は、駆動パルス６
４ｂで運針されていないので約２秒間（正確には
1.875秒間）停止していて２秒分、１度に運針す
る言わゆる２秒運針となり使用者に対して警告を
発する。フリツプフロツプ６０は検出信号ｂによ
つてリセツトされ、約１秒後の動作に備える。

以上の構成によつて、該電子時計の輪列負荷が
増加した場合や、磁界中に入つた場合、電源とな
る電池電圧が低下した場合等には使用者に対して
警告を発する事ができる。

第１２図、第１３図は本発明の他の実施例とそ
のタイムチヤートである。

この実施例は、補正駆動の回数を数えるカウン
タ７０を備える事により、連続的に補正駆動が行
なわれた時にのみ運針形態を変えて、散発的に補
正駆動の行なわれる輪列負荷が増大した事による
補正駆動と他の場合（磁界中に入つた場合、電池
内部抵抗が増した場合、電池電圧が低下した場合
等）とを区別する事を目的とした構成である。

ステツプモータの回転検出の原理等は前述の実
施例と同様である。

前述の実施例に追加された部分の構成を説明す
る。RSフリツプフロツプ６８のセツト端子はイ
ンバータ６１ｂの出力に、リセツト端子は入力端
子Ｂに、出力Ｑ，はアンドゲート６９ａ，６９
ｂの第１入力にそれぞれ接続される。アンドゲー
ト６９ａ，６９ｂの第２入力は入力端子Ａに接続
される。

アンドゲート６９ａの出力は16進カウンタのク
ロツク端子に、アンドゲート６９ｂの出力は16進
カウンタとRS形フリツプフロツプのリセツト端
子に接続される。16進カウンタ７０のケタ上げ端
子はRS形フリツプフロツプ７１のセツト端子に
接続される。選択ゲート７２の第１入力は入力端
子Ｆに、第２入力は入力端子Ｅに、選択入力端子
はRSフリツプフロツプ７１の出力端子Ｑ，に
接続される。

通常時はフリツプフロツプ７１の出力Ｑは
“０”である。この状態では選択ゲート７２は信
号Ｅを選択していて、補正駆動が行なわれる場合
には補正信号ｅによつて使用者にほとんど探知さ
れない程の短時間で行なつてしまう。この時のコ
イル１４の両端の電圧波形を第１３図ｇ１に示
す。

次に16進カウンタ７０の周辺の動作を説明す
る。フリツプフロツプ６８は、検出信号ｂの立ち
上りと同時にリセツトされる。そして検出用イン
バータ６１ａに検出信号が現われるとセツトされ
る。従つて信号ａは、このフリツプフロツプ６８
とアンドゲート６９ａ，６９ｂによつてステツプ
モータが回転と検出された時には、16進カウンタ
７０及びフリツプフロツプ７１のリセツト信号と
して、また非回転と検出された時には、16進カウ
ンタ７０のクロツク信号として入力される。この
結果、フリツプフロツプ７１は、連続して16回以
上補正駆動が行なわれた時にのみ16進カウンタ７
０のケタ上げ信号によつてセツトされる事にな
り、一度セツトされても、その後一度でも補正駆
動が行なわれない事があると、リセツトされる。

さて、フリツプフロツプ７１がセツトされる
と、選択ゲート７２は信号Ｆを選択する。信号Ｆ
は第１３図ｆに示す様に、２秒を周期とする信号
であるので、補正駆動のタイミングが１秒毎に変
わり、コイル１４の両端には第１３図ｇ２の様な
電圧波形が加わる。この時の運針形態は、いわゆ
る２秒運針のパターンであり、該電子時計の利用
者に警告を発する事ができる。

以上の様に本発明によれば、ステツプモータの
回転、非回転を検出すると言う最も直接的な検出
方法で、電子時計の、言わば自己診断の機能が実
現でき、該電子時計の利用者に対して、効果的な
情報を与える事ができる。又時計の製造者や修理
者は、２秒運針動作をみて、異状な過負荷状態を
発見でき、それを取り除く修理を行ない、使用者
に完全な品質の時計を供給できるという効果があ
る。

なお、ステツプモータの回転検出装置の動作原
理やステツプモータの形態、回路の構成形式等
は、本発明を何ら制限するものではない事は言う
までもない。

また、モータの種類にかかわらず、ロータが回
転した時と回転しなかつた時とで、モータのコイ
ルのインダクタンスに差があるようなモータを使
用した電子時計は、本発明に含まれることは、言
うまでもないことである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、アナログ形電子時計の表示機構の一
例、第２図は水晶発振式電子時計の回路構成、第
３図は従来のステツプモータの電流波形、第４
図、第５図、第６図はステツプモータの動作説明
図、第７図はステツプモータのロータが正常に回
転した場合と、しない場合の電流波形、第８図は
本発明の検出抵抗端の電圧波形のそれぞれ一例で
あり、第９図は、本発明による概略構成図、第１
０図、第１１図は、本発明の一実施例の構成例及
び各部のタイムチヤート、第１２，１３図は本発
明の他の実施例の構成及び各部のタイミングチヤ
ートである。 １……ステータ、２，３，４，５……輪列、６
……ロータ、７……コイル、１０……水晶発振回
路、１１……分周回路、１２……パルス合成回
路、１３ａ，１３ｂ……駆動用インバータ、１７
ａ，１７ｂ……可飽和磁路部、１５，１６……イ
ンバータ入力端子、１８ａ，１８ｂ……ノツチ
部、１９ａ，１９ｂ，２０ａ，２０ｂ，２１ａ，
２１ｂ……磁束線、２２，２３……電流波形、２
４，２５……電圧波形、５０……駆動回路、５１
……検出回路、５２……Ｄ形フリツプフロツプ、
５３……オアゲート、５４，７２……選択ゲー
ト、５５ａ，５５ｂ……ナンドゲート、５６ａ，
５６ｂ，５７ａ，５７ｂ，５８……MOS型トラ
ンジスタ、６０，６８，７１……RS形フリツプ
フロツプ、６１ａ，６１ｂ，６３……インバー
タ、６４ａ，６４ｂ……駆動パルス、６５ａ，６
５ｂ……検出パルス、６６……補正駆動パルス、
６７……強制駆動パルス、６９ａ，６９ｂ……ア
ンドゲート、７０……16進カウンタ、７３ａ，７
３ｂ，７３ｃ……補正駆動パルス、７５ａ，７５
ｂ，７５ｃ……補正駆動パルス、８０……警告手
段。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 一定の周基で指針を駆動して時刻を表示する
   ためステツプモータと、基準信号発生手段と、前
   記基準信号発生手段からの出力を合成し得異なつ
   た実効電力を有するパルス信号群を作るパルス合
   成回路と、前記パルス合成回路から所定の実効電
   力を有する駆動パルスをステツプモータに供給す
   る駆動回路と、ステツプモータに駆動パルスを供
   給した後ステツプモータの回転・非回転を検出す
   る検出回路を設け、前記検出回路がステツプモー
   タの非回転を検出したときは通常の周期と異なる
   周期を有しかつ駆動パルスより大きい実効電力値
   を有する補正駆動パルスを前記パルス合成回路か
   ら駆動回路へ供給する警告手段を設けてことを特
   徴とする電子時計。 ２ 前記警告手段は検出回路の非回転検出出力を
   計数するを含み、所定の頻度以上で非回転検出出
   力が計数されたときはじめて動作する特許請求の
   範囲第１項記載の電子時計。