JPS6137584B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、電子的な分周器を有する水晶発振器
ならびに機械的調時器またはモータを具備し、機
械的調時器ないしモータは電子的に制御されて指
示装置を駆動するタイミング装置であつて、機械
的調時器ないしモータを少なくとも２つの周波数
で励振し、指示装置をその励振に相応して少なく
とも２つの回転数で動作させ、回転数のうち少な
くとも１つの回転数を水晶発振器の発振周波数に
対応する目標回転数より大きく調節できるように
し、更に少なくとも１つの回転数を目標回転数よ
り小さく調節できるようにし、記憶器を設け、分
周された水晶発振器の発振周波数をパルス繰返周
波数とするパルスを、記憶器の一方の入力側に供
給し、電子的に制御される機械的調時器から導出
され前記パルスにほぼ等しいパルス繰返周波数を
有するパルスを、記憶器の他方の入力側に供給
し、指示装置の回転数を切換える切換器を記憶器
の出力により制御するようにしたタイミング装置
に関する。

分周器を有する水晶発振器と、分周器の出力パ
ルスにより直接制御される電気機械指示装置とを
具備する水晶腕時計は公知である。

公知の水晶時計（例えば水晶腕時計）は例えば
次の欠点を有する、即ち公知の水晶時計で確実な
歩進切換動作を得る場合、機械指示装置のエネル
ギ消費が増大する。他方このエネルギ消費を減少
させる場合、障害に対し一層敏感になる。

更に、電気−機械変換器としてシンクロナスモ
ータ、歩進切換機構または同期される振動装置を
有している水晶時計が公知である。これらのシン
クロナスモータ、歩進切換機構または同期される
振動装置には、時間基準として、振動水晶から導
出されて分周器を介して与えられるパルスが増幅
器を介して直接供給される。その種の開ループ制
御および駆動装置を備えた時計に、例えば、腕時
計の場合に手の激しい運動によつて加速または制
動モーメントが加わつた場合、電気−機械変換器
は、振動水晶から導出された駆動パルスを相応の
時間歩進に変換せず、時間基準に比して進んだ
り、または遅れたりすることがある。そのような
進み、または遅れの調整（閉ループ制御）は行な
われていないので、その種の水晶時計の場合、持
続的な歩度偏差をもたらすある程度の、衝撃の影
響を受け易さを考慮しなければならない。

前記欠点を克服するためには、例えば大きいエ
ネルギ蓄量の（即ち振幅および周波数が大きい）
振動装置を構成する等、指示装置および歩進切換
装置のために特殊構造を設けなければならず、高
価である。

例えば腕時計等常用水晶時計の実験および経験
より明らかなように、この種の欠点は、指示装置
の既存のいずれの電気機械的駆動装置（例えば音
叉装置、板ばね装置、テンプ、シンクロナスモー
タ、同期されるモータ、直接同期される振動装
置、ステツピングモータ、又は電気機械的歩進切
換装置等）でも存在する。

電気−機械変換器としてのステツピングモータ
での、指示装置に加わる衝撃による歩度偏差を回
避するために、ステツピングモータによつて駆動
される歯車の各歩進送り後、歯溝に係止して、歯
車と連結されている時計指針の位置ずれを阻止す
るラチエツトを設けることが公知である。しか
し、外部からの機械的な衝撃が、ちようど、歩進
切換機構による歯車の歩進送りのためラチエツト
のつめがその係止位置からはずされている時に加
わつた場合、時計の指針が取付けられている歯車
が、その元の位置に戻るか、または次の切換歩進
をとばして、ラチエツトのつめが次の次の歯溝に
係止する恐れが生じる。

テンプ振動装置を備えた腕時計は、分周器およ
び往復振動するテンプを備えた振動水晶を有して
いる。テンプは、腕時計用の駆動装置の駆動コイ
ルと直列に分周器の出力側に接続された接触接点
を用いて作動される。従つて、テンプの接触接点
が閉成され、かつ分周器の出力パルスが存在する
場合しか電流は流れない。素早い腕の運動または
腕時計に加わつた機械的な衝撃により、テンプの
機械的振動特性は、不都合な影響を及ぼされる。
即ち、テンプ接触接点の閉成が妨害されて駆動パ
ルスが発生されなくなつたりまたは接触接点のチ
ヤタリングにより、即ち、接触接点が短時間順次
連続して複数回閉成することにより複数の駆動パ
ルスが発生される。その結果、持続的な歩度偏差
が生じる。テンプの振動周波数が小さくなればな
るほど、そのような歩度偏差の生じる確率は大き
くなる。その上、テンプ周波数が正常でなくなる
と、テンプ振動装置が振動されて再び同期される
まで所定の時間間隔が必要とされるので、そのよ
うな外部からの作用は著しい影響を及ぼす。それ
故、テンプ振動装置を備えた腕時計の携たい時の
運動のために、比較的小さな振幅の場合テンプ周
波数が高くなればなるほど同期は影響を受け難く
なる。

他の公知の装置では調整装置又は停止装置が使
用されるが、これらも付加的な電気機械変換器を
必要とし、比較的エネルギ消費が大きい。

本発明の課題は、避けることのできない機械的
な障害作用によつて生じる、指示装置の、目標状
態からの誤差状態を記憶することにより、調整
（閉ループ制御）偏差が検出されて指示装置の回
転数調整（閉ループ制御）を行なつて比較的短時
間で誤差を解消することができる、電子分周器を
有する水晶発振器と、指示装置を有する被電子制
御（開ループ制御）の機械調時器とを具備した、
例えば水晶腕時計等のタイミング装置を提供する
ことにある。

この課題は、特許請求の範囲第１項記載の発明
によつて解決される。

本発明の解決手段では、指示装置の目標状態と
実際状態との調整（閉ループ制御）偏差が記憶さ
れて、指示装置の回転数調整（閉ループ制御）の
ために使用される。そうすることによつて、調整
速度により決まる選択可能な時間内で指示装置は
目標状態にされる。調整領域ないし目標状態から
の許容偏差状態は、調時装置ないしモータから導
出されたパルスを偏差状態記憶用の記憶器の入力
側に供給する分周器によつて決まる。

本発明の場合、障害の影響を受け難い水晶装置
および電子調整（閉ループ制御）装置を従来の機
械構造を有する被電子制御（開ループ制御）の指
示装置、有利には大量生産された従来の被電子制
御のテンプ式腕時計の中に組込むことができる。

本発明の利点は、付加的な電子的水晶制御（開
ループ制御）装置を有する既存の簡単なタイミン
グ装置を使用することによつて、高精度の常用水
晶時計を提供することができるという点にある。

本発明の実施例によれば、電子的な分周器の出
力周波数は水晶発振器の周波数および分周器の分
周比、即ち分周器の個々の段の数に依存してい
る。電子的な分周器の有する段が多ければ多いほ
ど、即ち、電子的分周器の分周比が高ければ高い
ほど（第１図では：ｎが大きければ大きいほ
ど）、電子的な分周器の出力周波数、従つて、電
子切換素子用のパルスの数は小さくなる。電子的
な分周器の分周比ないし電子的な分周器の段数
が、電子的な分周器の出力周波数が１Hzの大きさ
となるように選定されている場合、電子的な切換
素子は１秒当りそのつど１つの切換歩進を実行し
なければならない。電子的な分周器の段数が低減
され、従つて、分周比が低減された場合、電子切
換素子は１秒の切換歩進に対して前述の場合より
も多数のパルスを供給する。例えば、電子的な分
周器の出力周波数が８Hzの大きさである場合、電
子切換素子は１秒間に８つの切換歩進を実行す
る。即ち、アナログ文字盤上に当嵌めると、秒針
は個々の歩進において前述の、１秒間に１つの切
換歩進を行なう場合よりも小さい角度を進む。

次に本発明を実施例について図面により詳細に
説明する。

水晶発振器１の出力は分周器２に供給される。
分周器２の出力側は双安定マルチバイブレータ３
の入力側Ｅ１に接続される。指示装置４（例えば
腕時計の被電子制御のテンプ）は被電子制御のテ
ンプ５を有する。指示器７（指針式指示器）は駆
動装置６を介してテンプ５により駆動される。

第１図の構成ブロツク１〜９はいずれも図示さ
れていない唯一の電池により給電される。電子的
な分周器８は被電子制御のテンプ５により制御さ
れる。分周器８の出力側は双安定マルチバイブレ
ータ３の入力側Ｅ２に接続される。

電子切換素子９は双安定マルチバイブレータ３
の出力側Ａを介して制御される。テンプ５は電子
切換素子９により制御される。

次に第２図により第１図の実施例の動作を説明
する。水晶発振器１の発振周波数はｆ_Q＝２^mHzで
ある（例えばｍ＝15ならば、ｆ_Q＝32.768KHz）。
分周器２には周波数ｆ_Qが供給される。分周器２
の分周比は２ⁿ：１である（例えばｎ＝21）。分周
器２の出力パルスは双安定マルチバイブレータ３
の入力側Ｅ１に供給される。

被電子制御のテンプ５は駆動装置６および指示
器７と共に、腕時計の被電子制御の従来のテンプ
を構成する。テンプ５の機械的振動周波数はｆ_UM
＝４Hz±Δｆ_UMである。例えば永久磁石による運
動変換器を具備する（ドイツ連邦共和国特許出願
第2009612.2−31号参照）機械テンプの零点通過
の際、その都度電圧パルスが誘起される。電気パ
ルスのパルス繰返周波数はｆ_U＝８Hz±２Δｆ_UM
＝２^pHzである。

但し ２Δｆ_UM＝ｆ_U1−ｆ_U2 ｆ_UM＝４Hz±ｆ_Ｕ１−ｆ_Ｕ２／２ このパルスはパルス成形段5aを介して分周器８
に供給される。分周器８の分周比は２^q：１であ
る。

分周器８の出力パルスのパルス繰返周波数はｆ
_U・２_-qである。分周器８の出力パルスは双安定
マルチバイブレータ３の入力側Ｅ２に供給され
る。その際、被電子制御のテンプのパルス繰返周
波数はｆ_U＝２^pHzの大きさである。

分周器２，８の分周比は、双安定マルチバイブ
レータ３の入力側Ｅ１，Ｅ２に供給される周波数
ｆ_E1，ｆ_E2が、選定される正および負の周波数偏
差を無視すれば相等しいように設定される。

ｆ_E1＝ｆ_Q・２^-n＝２^(m-n)Hz ｆ_E2＝ｆ_U・２^-q＝２^(p-q)Hz ｆ_U1＝ｆ_Q・２^(p-n) ＋Δｆ_U1；Δｆ_U1＞０ ｆ_U2＝ｆ_Q・２^(q+n) ＋Δｆ_U2；Δｆ_U2＜０ ｍ−ｎ＝ｐ−ｑ （例えばｍ＝15、ｎ＝21、ｐ＝３、ｑ＝９） 被電子制御のテンプの機械的振動周波数は切換
素子９により切換えられる。切換素子９は双安定
マルチバイブレータ３の出力側Ａを介して制御さ
れる。周波数の切換のために、第３図ａに示すよ
うに抵抗１０が電子スイツチとして働くトランジ
スタ１１によりコンデンサ１２に並列に接続され
る。トランジスタ１１の導通下で、コイル１４の
端子間に生ずる負性電圧・電流特性のずれによ
り、位相の変化した駆動パルスがコイル１４に付
加的に生ずる。実施例では、付加的な駆動パルス
により被電子制御のテンプ振動装置の周波数が増
加する（この周波数の増加は約２分／日の歩度偏
差に相当する）。

第３図ｂにおいて、被電子制御のテンプの固有
振動周波数は駆動コイル２１，２２により調節さ
れる。駆動コイル２１，２２は互いにずれて配置
され、電子スイツチにより励磁される。

テンプは、トランジスタ１１の導通下で時計が
少なくとも約１分／日進み（即ち周波数の増
加）、トランジスタ１１の不導通下で約１分／日
遅れる（即ち周波数の減少）ように機械的に調整
される。

テンプの相対周波数変化は次式を満足する： 進相：Ｇ_V＝Δｆ_Ｕ１／ｆ_Ｑ・２^{（ｑ−ｎ）}＝＋１分／
日 遅相：Ｇ_N＝Δｆ_Ｕ２／ｆ_Ｑ・２^{（ｑ−ｎ）}＝−１分／
日 第２図のパルスダイヤグラムは、双安定マルチ
バイブレータ３の入力電圧Ｕ_E1，Ｕ_E2および出力
電圧Ｕ_Aの経時変化を示す。双安定マルチバイブ
レータ３は入力側Ｅ１，Ｅ２に供給されるパルス
の上昇縁により制御される。

次に水晶時計の動作に関連して、双安定マルチ
バイブレータ３の説明をする： (a) まず双安定マルチバイブレータ３の出力側Ａ
は、テンプの周波数がｆ_U1（大きい方の周波
数）に等しい状態下にあると仮定する。テンプ
からのパルスは早期に入力側E₂に達する。即
ちテンプは水晶装置より進み、双安定マルチバ
イブレータ３の入力側Ｅ１に最後に供給される
パルスの上昇縁により周波数ｆ_U2に切換えられ
る。このテンプの周波数は後続の上昇縁が供給
されるまで維持される。双安定マルチバイブレ
ータの切換状態によりその都度のテンプの周波
数が決定される。

(b) テンプからのパルスが入力側Ｅ２に達する前
に、水晶発振器からのパルスが入力側Ｅ１に供
給される際（即ちテンプが遅相にある際）、テ
ンプからのパルスの上昇縁によりテンプ周波数
はｆ_U1に切換えられる。

(c) 例えば外乱等により、双安定マルチバイブレ
ータに供給されるパルスの１周期の間に遅れ又
は進みが解消されない場合には、調時のための
所望のテンプ周波数に相応しない周波数が短時
間生ずる。しかし次の制御までのテンプの周波
数の時間平均値はほぼ所望の周波数に等しい。

テンプの周波数が大きいほうの周波数ｆ_U1であ
り、テンプからのパルスＵ_E2が基準パルスＵ_E1よ
り進相状態で双安定弛張段３に加わるとする。下
方テンプ周波数ｆ_u2への切換えは双安定弛張段３
の入力側E₁に供給されるパルスの立上り縁によ
り行われる。このテンプ周波数ｆ_u2は次のテンプ
パルスの立上り縁が生じるまで維持され、テンプ
パルスＵ_E2が遅相方向に調整制御される。このよ
うな遅相方向へのテンプパルス周波数ｆ_u2の作用
期間中にさらに制動作用をするような障害が起つ
たときはこの障害の制動作用のためテンプが制動
され、次のテンプパルスがその分だけ余分に遅れ
るようなことがある。この遅れのため次のテンプ
パルスＵ_E2の立上り縁はＵ_E1の立上り縁に対して
相当遅れる。しかしこの遅れはＵ_E1の対応するパ
ルス持続時間の終りまで達することはない。

テンプ式時計では障害の統計的分布により極め
て良好な歩度特性が得られる。従つて誤差が指示
されても読取ることのできない程度に、周波数変
化Δｆ_U1，Δｆ_U2が小さく選定される。極めて大
きい機械的な外乱が作用する場合にのみ、視認可
能な誤差が一時的に生ずる。しかしこれも調整に
より短時間のうちに除去することができる。

周波数変化Δｆ_U1ないしΔｆ_U2により例えば１
分／日の持続的な進み又は遅れが生じても、64秒
後の偏差状態は約44msecである。これを目視で
は確認することができない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例のブロツク図、第２図
は第１図の装置の動作の説明に供するパルスダイ
ヤグラム、第３図ａ，ｂはテンプ振動装置の制
御・駆動回路の実施例のブロツク図である。 １……水晶発振器、２，８……分周器、３……
双安定マルチバイブレータ、４……指示装置、５
……テンプ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電子的な分周器を有する水晶発振器ならびに
   機械的調時器またはモータを具備し、前記機械的
   調時器ないしモータは電子的に制御されて指示装
   置を駆動するタイミング装置であつて、機械的調
   時器ないしモータを少なくとも２つの周波数で励
   振し、指示装置をその励振に相応して少なくとも
   ２つの回転数で動作させ、該回転数のうち少なく
   とも１つの回転数を水晶発振器の発振周波数に対
   応する目標回転数よりも大きく調節できるように
   し、更に少なくとも１つの回転数を該目標回転数
   より小さく調節できるようにし、記憶器を設け、
   分周された前記水晶発振器の発振周波数をパルス
   繰返周波数とするパルスを、該記憶器の一方の入
   力側に供給し、電子的に制御される前記機懐的調
   時器から導出され前記分周された水晶発振器の発
   振周波数のパルスにほぼ等しいパルス繰返周波数
   を有するパルスを、該記憶器の他方の入力側に供
   給し、前記指示装置の回転数を切換える切換器を
   該記憶器の出力により制御するようにしたタイミ
   ング装置において、前記記憶器として双安定弛張
   段を設け、調時器ないしモータから導出されたパ
   ルスを分周器を介して前記双安定弛張段入力側に
   供給することを特徴とするタイミング装置。