JPS6128317B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、時計、特にアナログ水晶時計のザラ
トルク測定器に関するもので、さらに詳しくは、
ザラトルクをモータの駆動パルスのパルス幅にお
きかえて、測定しようとするものである。

従来のアナログ水晶時計のザラトルクを測定し
ようとする場合、時計のトルクの伝達経路である
モータの側から測定することは、時計が減速輪列
なために難しく、分針の側からひずみ計等を用い
て測定していた。この場合は正規のトルクの伝達
経路とは逆の方向であり、歯車のつつぱり等もあ
つて、正しい測定ができなかつた。

本発明は、この欠点を除去するために考案され
たもので以下詳細に説明する。

まず本発明の時計のザラトルク測定器の概要に
ついて説明する。

一般にアナログ水晶時計は、水晶発振器の発振
周波数を時間基準にして、その信号を分周回路で
１秒信号に分周し、その信号をモータに供給して
輪列を動かし時刻を表示する。第１図Ａはアナロ
グ水晶時計に、よく用いられるモータを示したも
ので１はステータ、２はロータ、３はコイルとい
つた部品で構成されている。このモータに第１図
Ｂで示した１秒毎の反転パルスを供給する。第２
図はモータに供給するパルスの幅と、モータの分
針軸の出力トルクの関係を示したものである。図
のようにパルス幅と出力トルクは密接な関係があ
り、パルス幅が長くなれば出力トルクも印加す
る。もし、ある水晶時計のザラトルク、あるいは
カレンダー機構の負荷トルクを知りたい場合に、
その水晶時計のモータにモータが回転する最小幅
のパルスをたえず供給することができれば、その
供給したパルス幅は、その時のザラトルクあるい
はカレンダー機構の負荷トルクを表わしているこ
とになる。これを連続的に例えば24時間分行なえ
ば、パルス幅の変化、すなわちザラトルク等の１
日の変化の様子が、はつきりとつかめることにな
る。したがつて、モータにたえずモータが回転す
る最小限のパルスを供給することができればザラ
トルクを測定することが可能になる。次に、パル
ス供給装置について説明する。

前述のように第１図Ａは本発明で輪列を駆動す
ると同時に、時計のザラトルクを測定するために
用いられるステツプモータであり、電子時計の内
部に組込まれている。この例では反転パルスによ
り駆動されるために、従来から第１図Ｂの様な波
形のパルスで駆動し、電子時計の指針ならびに、
カレンダー等の駆動を行なつていた。その場合の
駆動パルスの長さは時計として保証しうる最悪条
件でも時計が止らない様にパルス幅が設定されて
いる。

その様な時計でも実際に駆動しうる最小なパル
ス幅はかなり小さく、このステツプータ駆動可能
な最小パルス幅を常に整視することにより、その
時計のザラ重さ、カレンダー負荷の重さ、止りに
対するパルス幅の余裕等を知ることができる。

第２図は駆動パルス幅と分針トルクの関係をと
つたものであり、通常はａ＝7.8ｍSecで駆動し、
分針トルクとしてもTq＝3g.cm得ている。

ところが、このステツプモータはao＝2.4ｍSec
というパルス幅で駆動することが可能である。更
に、カレンダ送り負荷がTqc＝1.0g.cmであるこ
の時計はパルス幅a₁＝2.9ｍSecでも回転できず、
a₂＝3.4ｍSecでようやく回転するこができる。こ
の様にできるだけ細かいパルス幅の間隔で、駆動
パルスを用意しておき、どのパルスで動いたかを
測定することにより、時計のザラ抵抗によるステ
ツプモータにかかる負荷及びカレンダー送りに必
要なトルクならびにその変動の様子を測定するこ
とができる。

本実施例では、駆動パルス幅として、a₀＝2.4
ｍSec，a₁＝2.9ｍSec，a₂＝3.4ｍSec，a₃＝3.9ｍ
Secのいずれかで駆動する。たゞ駆動したあと、
一回人間が測定していたのではその測定時間は多
くの時間を必要とするので、この回転、非回転の
検出は、駆動パルス印加後のロータの振動による
誘起電圧の違いにより自動的に判定され、自動的
に最低駆動パルスをさがしだす。

一般にステツプモータの試験は１Hz以上の周波
数で早送りで行われるがここでは１Hzで説明す
る。

このパルスの変化の様子を第３図に示す。

この実施例では１秒毎ロータを回転させるため
に駆動パルスで駆動した後回転、非回転を判断し
た後、もし非回転であればすぐａ＝7.8ｍSecとい
うパルス幅で補正駆動を行なう。

この様子を第３図に従つて説明する。

通常はa₀＝2.4ｍSecというパルス幅で駆動し、
カレンダー負荷等によりa₀＝2.4ｍSecのパルス幅
でロータが回転しきれなくなつた場合に、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。

このときパルス幅は一般に第２図にａ＝7.8ｍ
Secというパルス用が用いられる。そして次の１
秒後の駆動パルス幅はa₀＝2.4ｍSecよりわずかに
長いa₁＝2.9ｍSec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、ステツプモータに駆
動パルスが印加される。ところが、第１５図の例
によると、a₁＝2.9ｍSec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＝7.8ｍSecで駆動する。そうすると
更に１秒後の通駆動パルスは自動的にa₂＝3.4ｍ
Secになり、この場合の出力トルクはカレンダト
ルクTqcより大きいため以後毎秒a₂＝3.4ｍSecと
いうパルス幅でステツプモータを駆動する。

ところがこのままではカレンダー負荷がなくな
つた場合でもa₂＝3.4ｍSecというパルス幅が続き
負荷変動の様子がわかりにくいため、Ｎ秒毎（例
えば２秒とか３秒毎）駆動パルスを短かくするこ
とによりＮ回a₂＝3.4ｍSecが連続して出力された
らa₁＝2.9ｍSecというパルス幅にもどる。さらに
a₁＝2.9ｍSecがＮ回連続して出力されるとa₀＝2.4
ｍSecとなる。

この例では非回転であると、すぐａ＝7.8ｍSec
をいうパルス幅で駆動を終えたが、a₀＝2.4ｍSec
で非回転のときはすぐa₁＝2.9ｍSecで駆動、これ
でも非回転のときはa₂＝3.4ｍSecとしてやつても
よい。又、この実施例ではパルスの間隔が0.5ｍ
Secで説明しているが、もつと小さな負荷変動の
測定には、もつと細かくパルス幅間隔を設定する
必要がある。しかし原理的には前記の説明と同様
である。

更に、本発明に於ける装置では測定時間をでき
るだけ短縮させるために早送り機構を具備してい
る。第３図に示したタイミングチヤート図では１
回の駆動パルスを出す間隔を１秒としているが、
この１秒という間隔は必ずしも必要とはしない。
駆動パルスを印加してから回転検出終了までは、
15ｍsecあれば十分であるため、このあと補正パ
ルスを印加するとしても約30ｍsecあれば、一回
の検出及び駆動動作は完了する。このため、第３
図の駆動パルスの間隔は31.2mgsecつまり、32Hz
で早送りすることも可能である。

このときは45分で１日分の時計の輪列全ての状
態の試験が可能となる。更に試験時間の短縮する
ために、本装置には、回転時は約15ｍsecで、検
出終了することを利用し、回転時は15.6ｍsec、
非回転時には31.2ｍsecという間隔でステツプモ
ータを駆動することにより、更に測定時間の短縮
を行つている。例えば、駆動パルス幅を短かくす
る間隔Ｎ＝３とした場合には15.6ｍsecと31.2ｍ
secで動く比率が２：１となり、１日分の試験時
間が30分で終了する。

これらの操作はあらかじめ設置された押ボタン
スイツチにより容易に変更が可能で、１Hz，４
Hz，16Hz，32Hz，64Hzの早送り周波数が設定され
ている。たゞし、64Hzの場合には、前に説明した
様に、補正駆動を行なう時は32Hz駆動となる。

本発明で特徴的なことは、従来から使用されて
きている電子時計のステツプモータを、何ら特別
なセンサーも付加させずにロータの回転、非回転
を判断する機構をもつていることである。

第４図は従来から用いられてきたインバータ構
成の駆動回路に対し、本発明に用いられているス
テツプモータ駆動部ならびに、ロータの回転、非
回転を検出する検出部の一部である。

ここでは、ステツプモータ駆動用トランジスタ
のうち、ＮチヤンネルFETゲート（以後Ｎゲー
トと略す）をＰチヤンネルFETゲート（以後Ｐ
ゲートと略す）の入力をそれぞれ分離し、Ｎゲー
ト４ｂ，５ｂ，Ｐゲート４ａ，５ａが同時に
OFFとなる様に構成するとともに、ロータの回
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ツチングするＮゲート７
ａ，７ｂを備えた駆動、検出回路である。

第５図は回転検出方式に於けるタイムチヤート
である。コイルの両端にかかる電圧は第５図ａの
区間では、第４図に示すループ９の様に電流が流
れる。次に第５図ｂの区間では第４図に示すルー
プ１０の様に検出抵抗６ｂを含むループに切り換
えるとロータ２の振動により発生する電圧が端子
８ｂに発生する。もし検出区間ｂ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図のループ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ツプモ
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６図は、コイル抵抗3KΩ10000ターンのステ
ツプモータのコイル３に電流を流した時の電流波
形であり、駆動パルス長さａは3.9ｍsecのときの
電流波形であり、回転、非回転にかかわらずほぼ
同じ波形を示す。

第６図ｂ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、これはロータ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６図ｂの区間のb₁の波形は、ロータ
２が回転した場合の電流波形でありb₂は非回転で
あつた場合の電流波形である。

回転、非回転による電流の違いを電圧波形とし
とりだすべき考案されたのが、第４図の駆動検出
回路であり、第６図のｂの区間ではループ１０に
回路を切り換える。そうすることによりロータ２
の振動による生ずる電流は検出用の抵抗６ｂを流
れるため、端子８ｂには比較的大きな電圧波形が
現れる。更にループ１０は、ループ９の電流方向
と逆向に流れるため、第６図の電流波形の負の側
が端子８ｂには正の電圧となつて現われる。

更にＮゲート５ｂは、OFF状態ではドレイン
とＰ―well間にＰ―Ｎ接合がありVssをアノード
とするダイオードとして働らくため、端子８ｂか
ら見て負となる電圧は、ダイオードとして働らく
Ｎゲート５ｂを介して流れるため端子８ｂが負の
区間はロータ２に制動が働らく。

この様子を第７図で説明する。

第７図はステータ１とロータ２の関係を示した
ものであり、第７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、インデツクストル
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。たゞし、二体ステータの場合は、１５
ａ，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，１
６ｂとほぼ90゜の位置にＮ，Ｓの磁極が静止す
る。第７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１７の方向に回転する。

駆動パルス幅は例えば3.9ｍsecという短かいパ
ルスのため、ほぼ、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７図Ｃ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
イルに大きな電流を発生する。ところがこのとき
第４図ループ１０となつているため、先に説明し
た様に、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。したがつてロータ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７図Ｄに示す様に矢印１９の方
向にロータ２が回転した場合には、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く、磁
極が外周ノツチ１５ａ，１５ｂの付近まで回転し
たときに大きな電流を発生し、第４図のループ１
０の回路でも、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が、このときは第７図Ａに示
すロータの静止位置よりは大分大きな振幅となつ
ているため、第４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８図の電圧波形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3.9ｍsecである。このとき
の回路は第４図ループ９でありVDD＝1.57Vであ
る。第８図ｂの区間はロータの振動により誘起す
る電圧をとつたものであり、第４図のループ１０
のときの電圧波形である。負の電圧はＮゲート５
ｂのダイオード効果のためにクリツプされてお
り、正の電圧のピークは0.4V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
0.1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。

たゞ、第８図ｂの区間に於て、駆動パルス印加
終了直後の区間Ｃは、パルス長さ又は、負荷の状
態等により、回転時、非回転時によらず、正の電
圧を発生することがあるので、回転、非回転検出
禁止区間として設定する。本実施例の場合、駆動
パルス長さが変ると禁止区間も変化させ、ａ＋ｃ
＝10ｍsecという値に設定している。

更に、回転、非回転の検出区間を第８図ｄの様
にロータの振動による第１回目のピーク電圧発生
部に限ることにより検出動作は一層確実なものと
なる。

第９図は駆動・検出部のうち検出部の一部を構
成する電圧検出部である。

端子８ａ，８ｂは第４図の８ａ，８ｂ端子に接
続され第８図に示すｄの区間における回転、非回
転なよる信号の電圧差を検出する部分である。

抵抗８５，８６は電源電圧を分圧し、ロータの
回転、非回転の検出の基準信号となり、Ｎゲート
８７は検出時以外この基準電圧分圧抵抗８５，８
６に電流が流れるのを防止する８３，８４は二値
比較論理素子いわゆるコンパレータであり正入力
が負入力に対して電圧が高い場合には出力は
“Ｈ”レベルとなる。コンパレータ８３，８４の
出力はOR８８に入力され出力は端子１０７の信
号とともにAND８９に入力され検出出力が端子
１１０に出力される。

次に本発明によるザラトルク測定器の実施例の
構成と図面に従つて説明する。第１０図は本実施
例の構成概略図である。３００は以下に説明する
回路の動作に必要な信号を作り、また、使用者の
操作に応じた動作を行う等の複雑な動作も行う回
路であり、我々はこれを、ストアドプログラム方
式のマイクロコンピユータで実現した。モータ駆
動回路３０１回転検出回路３０３は前述の説明の
通りモータ３０２を駆動し、その回転検出を行う
回路である。駆動パルスのパルス幅及びタイミン
グは制御回路３００から与えられ、回転検出信号
は制御回路３００に入力される。時間基準発振回
路３０４はモータの駆動パルスのパルス幅の基準
となる発振信号を作り制御回路３００に入力す
る。操作回路３０５は本測定器の使用者が必要に
応じて、駆動パルスの周波数やパルス幅等を設定
するための入力装置からなつている。表示装置３
０６は、時々刻々の駆動パルス幅を表示したり、
DA変換器を用いた駆動パルス幅をアナログ信号
として取り出し、ペンレコーダー等に記録するた
めの装置である。

次に本実施例の仕様を簡単に説明する。

１ 駆動パルス幅のきざみ 0.124ｍsec （＝１／8192）。

２ 自動的に変化する駆動パルス幅に上限値
（P₁MAX）と下限値（P₁MIN）を設定できる。

３ 任意の駆動回数Ｗ回モータを駆動すると駆動
を停止する。

４ 全駆動回数と、全補正回数を計数記憶、表示
する。

５ 各々の駆動パルス幅での駆動回数と、補正回
数を計数、記憶、表示する。

６ その時々での駆動パルス幅をデジタル表示す
ると共に、Ｄ―Ａ変換器を介して、ペンレコー
ダで記録可能である。

第１１図ａ，ｂは制御回路３００の制御、処理
の手順を表わした流れ図である。

初期化３０７では種々のカウンタの初期化や、
駆動パルス等のタイミング定数等を初期化を行
う。

判断ボツクス３０８及び処理３０９では、使用
者が何らかの操作を行つた場合の処理であるが、
本発明の主旨に本質的に係わるものではないので
詳しい説明は省略する。

処理３１０は、仕様６の表示動作を行う。

処理３１１は、設定されたモータ駆動周波数を
作るための駆動パルスの停止時間待ちである。

処理３１２は、駆動パルスを発生する。記号Pt
はその時点での駆動パルス幅の意味である。

処理３１３ではモータの駆動毎に全駆動回数カ
ウンタCEと、現在の駆動パルス幅Ptに対応して
駆動回数カウンタCD（Pt）に１加える。記号CD
（Pt）は0.124ｍsecきざみに用意された駆動パル
ス幅の１つ１つのパルス幅での駆動回数を計数す
るためのいくつかのカウンタ群CDの内の現在の
パス幅Ptに対応する１つのカウンタの意味であ
り、後出の補正回数カウンタCS（Pt）も同様で
ある。

処理３１４は前述のロータ回転検出原理に基づ
いてロータ回転検出を行うための信号を発生し、
その結果の検出信号を入力して判断３１５で処理
を分岐する。ロータ非回転の場合は、処理３１６
で補正駆動を行い処理３１７で、全補正回数カウ
ンタCTと現在の駆動パルス幅Ptに対応した補正
回数カウンタCS（Pt）に１加える。そして処理
３１８で次ステツプの駆動パルス幅を0.124ｍsec
長くする。

判断３１９と処理３２０では次ステツプの駆動
パルス幅が既め設定された最大パルス幅以上にな
る事を防止している。

判断３２１では、全駆動回数カウンタCEと既
め設定されているカウンタＷとを比較して一致し
た場合にはパルス出力を停止する。これは前述の
仕様３の動作を行うものでパルス出力停止後、他
のプログラムを実行する事によつて、駆動カウン
タ等の内容を読み出し、ザラトルク測定結果の解
析を行う。

処理３２２、判断３２３、および処理３２４で
は、モータを１回駆動する毎にカウンタｎに１加
え、既め設定されている駆動パルス短縮周期Ｎと
一致した場合には、次にステツプの駆動パルス幅
を0.124ｍsec短くする。即ちこの一連の処理によ
り、駆動パルス幅はＮ回駆動の毎に0.124ｍsec短
くされる。

判断３２５、処理３２６では駆動パルス幅Ptが
既め設定された、最短パルス幅P₁MIN以下になる
事を防止している。

以上で本実施例の構成の説明を終える。

第１２図、第１３図は本発明の実施例の測定装
置を用いてアナログ水晶時計のカレンダー送り時
の負荷の変動の様子を調べたものである。第１２
図と第１３図は同じキヤリバーでムーブ違いの時
計である。第１２図の時計は負荷が安定している
のに対し、第１３図の時計は不安定である。カレ
ンダー送りに対しても第１２図の時計は一定負荷
で、第１３図の時計は負荷の変動が大きく、カレ
ンダー機構、輪列共問題があることがわかる。

この様に本発明に於ける装置はアナログ時計の
負荷の変動の様子をステツプモータに供給するパ
ルス幅把握するので、特別なトランスジユーサを
必要とせず、全く回路的に処理できる。このため
低コスト、長寿命の測定器を実現でき、その工業
的貢献は多大なものである。

また、本発明の測定装置は、アナログ水晶時計
に応用したが、水晶時計に限らず、スチツプモー
タが駆動源になつている動力伝達機構に応用でき
ることはもちろんのことである。

更に、測定時間を短縮する目的で、可能な限り
早送りを行うことにより、１秒運針の時計で、１
日分の輪列試験を行なうのに30分で終了でき、大
幅な能率アツプとなる。又、カレンダー負荷のみ
の試験だと、通常カレンダー送り全部に６時間程
度であるので、この装置では、７分30秒で試験終
了である。更に２針時計の様に、10秒毎ステツプ
モータが回転する場合には、その早送り倍率は
360倍にもなり、４分で24時間分の試験ができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図Ａは本発明に用いられる電子時計用ステ
ツプモータの斜視図、第１図Ｂは従来から用いら
れているステツプモータの駆動パルス波形図。第
２図は本発明に係る駆動パルス幅と分針トルクの
関係図。第３図は本発明に係る電子時計の駆動方
法のタイミングチヤート図。第４図は、本発明に
係る測定機のステツプモータ駆動部及び、検出部
の一部分合回路図。第５図はロータ回転、非回転
の検出に係るタイミングチヤート図。第６図はロ
ータの回転時及び、非回転時の電流波形図。第７
図Ａはロータ静止時のロータとステータの位置関
係を示す図。第７図Ｂは、駆動パルス印加時のロ
ータの回転方向を示す図。第７図Ｃは、ロータが
非回転であつた場合のロータの動く方向を示す
図。第７図Ｄはロータが転した場合の駆動パルス
印加終了直後のロータの運動方向を示す図。第８
図はロータが回転した場合、及び非回転であつた
場合ロータの振動により誘起する電圧を示した
図。第９図は、ロータの回転、非回転を検出する
電圧検出の一部分の回路図。第１０図は本発明に
係る実施例の構成図。第１１図ａ，ｂは、本発明
に係る、駆動パルス幅及び計数部のフローチヤー
ト図、第１２図は、本発明に係る測定結果の一
例。第１３図は、本発明に係る測定結果の一例。 １……ステータ、２……ロータ、３……コイ
ル、４ａ，５ａ……ＰチヤンネルFETゲート、
５ｂ，４ｂ，７ａ，７ｂ……ＮチヤンネルFET
ゲート、６ａ，６ｂ……検出用インピーダンス素
子、８３，８４……電圧検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ステツプモータに駆動パルスを印加する手段
   と、前記ステツプモータの回転・非回転を検出す
   る検出手段と、前記検出手段の出力により、前記
   ステツプモータに補正駆動パルスを印加する手段
   と前記駆動パルスの実効電力値を可変させる手段
   を備えると共に前記駆動パルスおよび補正駆動パ
   ルスの出力をカウントしてカウント内容を表示す
   る手段、前記駆動パルスおよび補正駆動パルスの
   出力状態を表示する手段のうち少なくとも１つの
   手段を備え、前記駆動パルスの出力周波数を任意
   に設定可能にすると共に、前記検出手段の出力に
   より前記ステツプモータの回転時と非回転時とで
   前記駆動パルスおよび補正駆動パルスの出力周波
   数を異なせたことを特徴とする電子時計測定装
   置。