WO1998030939A1 - Analog electronic clock - Google Patents

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WO1998030939A1
WO1998030939A1 PCT/JP1998/000033 JP9800033W WO9830939A1 WO 1998030939 A1 WO1998030939 A1 WO 1998030939A1 JP 9800033 W JP9800033 W JP 9800033W WO 9830939 A1 WO9830939 A1 WO 9830939A1
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Takanori Nanya
Kazuo Suzuki
Takayasu Machida
Shigeyuki Takahashi
Takeaki Shimanouchi
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Citizen Watch Co. Ltd.
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Abstract

A weight (20) is added, to lessen moment as the whole rotary body, at least to a part of the rotary body including a hand (8) and train wheels (11, 2, 12, 3) for the rotation of the hand, in order to make a disturbance energy which a step motor (1) receives by an external impact, less than a small holding energy which the step motor (1) used in an analog electronic clock retains, or a thin part, a through hole, or a notch is formed at least in a part of said rotary body, or a part of the rotary members is formed by the combination of members with different specific gravities from each other. Transmission of the disturbance energy occurring at the hand part to the step motor (1) is prevented by providing a reverse transmission preventing gear at a part of said train wheels.

Description

明 細 書 アナログ式電子時計 技術分野  Description Analog electronic watch Technical field
この発明は、 指針を用いて時刻表示を行うアナログ式電子時計に関し、 特にアナ ログ式電子時計のさらなる低消費電力化および指針の多様化を図るための技術に関 するものである。 背景技術  The present invention relates to an analog electronic timepiece that displays time using hands, and more particularly to a technique for further reducing power consumption and diversifying hands of an analog electronic timepiece. Background art
時計の時刻表示方式としては、 正確性に加えて装飾性が要求されており、 表示品 質およびデザィン性の高さなどからアナログ表示が優位であり、 ァクチユエ一タに ステップモータを用いたものが広く普及している。  The time display method of a watch requires decorativeness in addition to accuracy, and analog display is superior in terms of display quality and high designability, and a method using a step motor for the actuator is required. Widespread.
第 5図は、 従来のアナログ式電子時計において、 ステップモータから輪列を経て 指針に力が伝達される様子を示す模式的斜視図である。 通常の三針時計においては この第 5図に示すように、 ステップモータ 1のロータ 1 a, 五番車 2, 四番車 3, 三番車 4 , 二番車 5, 日の裏車 6 , 筒車 7が順次小歯車 (カナ) 1 1から 1 6を介 して連結されている。 それによつて、 四番車 3および小歯車 1 3と一体の秒針 8, 二番車 5および小歯車 1 5と一体の分針 9 , および筒車 7 と一体の時針 1 0が所定 の運針動作を行なう。 なお、 実際には秒針 8と分針 9 と時針 1 0は互いに嵌合して 同軸上で回転するが、 判り易くするために展開して示している。  FIG. 5 is a schematic perspective view showing how a force is transmitted from a stepping motor to a hand through a wheel train in a conventional analog electronic timepiece. In a normal three-hand watch, as shown in Fig. 5, the rotor 1a of the step motor 1, the fifth wheel 2, the fourth wheel 3, the third wheel 4, the second wheel 5, the minute wheel 6, The hour wheel 7 is sequentially connected via small gears 11 to 16. As a result, the second hand 8 integral with the fourth wheel 3 and the small gear 13, the minute hand 9 integral with the second wheel 5 and the small gear 15, and the hour hand 10 integral with the hour wheel 7 perform a predetermined hand movement. Do. Note that the second hand 8, the minute hand 9 and the hour hand 10 actually rotate coaxially with each other, but they are shown expanded for easy understanding.
ロータ l a, ステ一タ l b , およびコイル l cからなるステップモータ 1は、 各 指針 8 , 9 , 1 0を運針させるために必要な駆動エネルギーの他に、 各指針 8 , 9 , 1 0が外部衝撃に対して針飛び現象を起こさないようにするための保持エネルギー を必要とする。 この両エネルギー値が時計仕様を満たすように、 ステップモータ 1 は設計されている。 従来の時計用ステップモータの設計においては、 時計仕様を満たすために、 まず 使用する指針に応じて必要な保持エネルギー値を設定し、 これを満足するように設 計する。 そして、 この範囲内で駆動条件を適時設定している。 The step motor 1 composed of the rotor la, the stator lb, and the coil lc is provided with a drive energy required to move the hands 8, 9, 10 and the hands 8, 9, 10 are subjected to external impact. Needs holding energy to prevent the needle jump phenomenon. Step motor 1 is designed so that these two energy values satisfy the clock specification. In the design of conventional step motors for timepieces, in order to meet the timepiece specifications, the required holding energy value is first set according to the guidelines used, and the design is made to satisfy this. The driving conditions are set appropriately within this range.
そのため、 結果的にみれば駆動エネルギー値自身については最適化されていると はいえない。 さらに、 逆に見れば通常の運針動作を行なわせるだけならば、 現状よ りも小さな駆動エネルギー値でもステツプ運針させられる可能性がある。  Therefore, as a result, the driving energy value itself is not optimized. On the contrary, if only the normal hand movement is performed, there is a possibility that the step movement can be performed with a smaller driving energy value than the current state.
通常、 ステップモータにおいては磁気ポテンシャル (静止点から動くことに対す る抵抗力) という形で保持エネルギーが常に存在しており、 入力エネルギーのうち この磁気ポテンシャルを越えた分のみが実効的な運動エネルギーとなる。 そのため、 消費電力を小さくするには保持エネルギー値を小さくすることが有効と考えられる 力 先に述べたように、 指針の保持という観点から、 従来のアナログ式電子時計に おいては保持エネルギー値を充分に小さくすることはできなかった。  Normally, a stepping motor always has retained energy in the form of a magnetic potential (resistance to moving from a stationary point), and only the portion of the input energy that exceeds this magnetic potential is the effective kinetic energy. Becomes Therefore, it is considered effective to reduce the holding energy value to reduce power consumption. As mentioned earlier, from the viewpoint of holding the hands, the holding energy value of the conventional analog electronic timepiece is reduced. It could not be made small enough.
ここでいう駆動エネルギー値とは、 一般的にいわれる与えた全エネルギー値では なく、 指針がある設定時間内に一定角度を非定常回転運動する際に必要とされる実 効的なエネルギー値 (全エネルギー値から保持エネルギー値を減じた値) のことで ある。 この値を超える駆動力がないと、 予定した回転運動が得られないことになる。 また、 保持エネルギー値とは、 指針が外部衝撃に対して針飛び現象を起こさない ように保持するために必要なエネルギー値のことであり、 ステップモータの仕様か ら一義的に決まる値である。  The driving energy value here is not the total energy value generally given, but the effective energy value required when the pointer performs a non-stationary rotational motion at a fixed angle within a certain set time ( (Reduced energy value from total energy value). If there is no driving force exceeding this value, the intended rotational movement cannot be obtained. The holding energy value is the energy value required to hold the pointer so as not to cause the needle jump phenomenon in response to an external impact, and is a value uniquely determined from the specifications of the step motor.
近年の電子時計においては、 数年に一度の電池交換の煩わしさが指摘されており、 電池交換を不要にすることが望まれている。 これに対する対策としては、 電池容量 のアップと低消費電力化などが考えられるが、 腕時計としての外径寸法の制約から 大型の電池は使用できない。 さらに、 ステップモータ自身の電気♦機械変換効率に ついてはもはや限界に近づいており、 従来のやり方ではこれ以上の飛躍的な消費電 力の低減は期待できない状況にある。 また、 従来の電子時計においては、 前述のように、 外部衝撃により針部に発生す る外乱エネルギー値よりも大きな保持エネルギー値を設定することによって、 針飛 び現象を防止しょうとしている。 このことは、 逆にみれば外乱エネルギー値が保持 エネルギー値を越えると指針を保持しきれないことを意味している。 In recent electronic watches, it has been pointed out that it is troublesome to replace the battery once every few years, and it is desired to eliminate the need for battery replacement. Measures to address this are to increase battery capacity and reduce power consumption. However, large batteries cannot be used due to restrictions on the outer diameter of a wristwatch. Furthermore, the electric motor conversion efficiency of the step motor itself is nearing its limit, and it is not possible to expect a drastic reduction in power consumption with conventional methods. In addition, in the conventional electronic timepiece, as described above, by setting a holding energy value larger than a disturbance energy value generated in the needle portion due to an external impact, it is attempted to prevent a needle jump phenomenon. Conversely, this means that the guideline cannot be held if the disturbance energy value exceeds the holding energy value.
その外部衝撃の大きさを示す外乱エネルギー値は、 指針および輪列を含む回転体 のモ一メントの回転軸に対する不釣り合いの程度に起因するアンバランス性を考慮 した慣性モーメント (イナ一シャ) の大きさに関係する。  The disturbance energy value indicating the magnitude of the external impact is calculated by calculating the moment of inertia (inertia) that takes into account the imbalance caused by the degree of unbalance with respect to the rotation axis of the moment of the rotating body including the pointer and the wheel train. Related to size.
指針を対象とした場合には形状がほぼ設定されるため、 外乱エネルギー値は慣性 モーメン卜の大きさに大きく影響され、 デザィンを優先して針形状を大きく したり 異形にしたりすると、 そのアンバランス性が大きくなって慣性モーメントが増加し、 外乱エネルギー値が簡単に保持エネルギー値を越えてしまうという問題もあった。 このような現状において、 いかにして電子時計のさらなる低消費電力化を進め、 電池交換が不要なシステムを実現するかが大きな課題である。 その低消費電力化を 図るためには、 上述した保持エネルギー値を小さくすることが必要である。  Since the shape is almost set when the pointer is targeted, the disturbance energy value is greatly affected by the magnitude of the inertial moment, and if the needle shape is made larger or deformed with priority on design, the imbalance will occur. There is also a problem that the moment of inertia increases due to the increase of the inertia and the disturbance energy value easily exceeds the holding energy value. Under these circumstances, the major issue is how to further reduce the power consumption of electronic watches and realize a system that does not require battery replacement. In order to reduce the power consumption, it is necessary to reduce the above-mentioned retained energy value.
そのためには、 指針に対する設計上の制約要因を取り去ってザィンの自由度を確 保しながら、 ステップモータの保持エネルギー値が小さくても針飛び現象が生じな いようにすることが課題である。  To solve this problem, it is necessary to remove the design constraints on the pointer and to maintain the freedom of zine while preventing the needle jump phenomenon even when the holding energy value of the step motor is small.
この発明は、 これらの課題を解決して、 時計仕様を満たしながら上述した保持ェ ネルギ一値を小さく して、 電子時計のさらなる低消費電力化を達成することを目的 とする。  An object of the present invention is to solve these problems and reduce the above-mentioned holding energy value while satisfying the timepiece specification, thereby achieving further lower power consumption of the electronic timepiece.
さらに、 針飛び現象を防止するために指針に課せられている制約条件を取り除き、 更なるデザイン自由度を確保することも目的とする。 発 明 の 開 示 In addition, the objective is to remove the restrictions imposed on the guidelines to prevent the needle jump phenomenon and to secure more design freedom. Disclosure of the invention
この発明は、 時刻表示するための指針と、 静止時に前記指針を保持するための保 持エネルギーを有し、 運針時にはその保持エネルギーを越えるように駆動エネルギ 一を発生するステップモータと、 そのステップモータの動きを指針に伝達するため の輪列とを有するアナログ式電子時計において、 上記の目的を達成するため、 次の ようにしたものである。  The present invention relates to a step motor having a pointer for displaying time, holding energy for holding the pointer when stationary, and generating one drive energy so as to exceed the holding energy at the time of hand operation, and a step motor for the step motor. In order to achieve the above object, an analog electronic timepiece having a wheel train for transmitting the movement of the hand to the hands is configured as follows.
外部衝撃によりステップモータが有する保持エネルギー値より大きな外乱エネル ギーを発生する指針および輪列を含む回転体の少なく とも一部に、 その回転体全体 としてのモーメントを小さくするように錘を付加し、 上記ステップモータが受ける 外乱エネルギー値が前上保持エネルギー値よりも小さくなるようにする。  Weights are added to at least a part of the rotating body including the pointer and wheel train that generate disturbance energy larger than the holding energy value of the step motor due to an external impact so as to reduce the moment as the whole rotating body. The disturbance energy value received by the step motor is set to be smaller than the front upper holding energy value.
あるいは、 上記回転体の少なく とも一部に、 その回転体全体としてのモーメント を小さくするように薄肉部, 透孔あるいは切欠部を形成してもよい。  Alternatively, a thin portion, a through hole, or a notch may be formed in at least a part of the rotating body so as to reduce the moment as the whole rotating body.
さらにまた、 上記回転体の少なく とも一部の回転部材を、 その回転体全体として のモーメントを小さくするように比重の異なる部材の組み合わせによって形成して もよい。  Furthermore, at least some of the rotating members of the rotating body may be formed of a combination of members having different specific gravities so as to reduce the moment of the rotating body as a whole.
これらのアナログ式電子時計において、 上記回転体の有するモーメントを M、 指 針から輪列を介してステップモータのロータに至る指針等価慣性モ一メントを I、 時計が外部衝撃を受けて並進運動を行なう際の速度を V、 ステップモータの有する 保持エネルギーを E pとした時に、  In these analog electronic timepieces, the moment of the rotating body is represented by M, the pointer equivalent inertia moment from the finger to the step motor rotor via the wheel train is represented by I, and the watch undergoes a translational movement due to an external impact. When the speed at the time of performing is V and the holding energy of the step motor is Ep,
M2 / I < 2 X E p / v 2 M 2 / I <2 XE p / v 2
の関係を満足するように、 上記 Mおよび Iを設定するようにするとよい。 It is advisable to set the above M and I so as to satisfy the relationship.
また、 上記回転体に対して、 その輪列の一部に逆伝達防止歯車を設け、 外部衝擊 によって発生する外乱エネルギーがステップモータに伝達されないようにしてもよ レ、。  Further, a reverse transmission preventing gear may be provided on a part of the wheel train with respect to the rotating body so that disturbance energy generated by an external impact is not transmitted to the step motor.
ここで外乱エネルギー値とは、 外部衝擊を受けた際に、 指針とその指針と嵌合し た歯車, カナおよび軸からなる回転体に発生する回転エネルギ一値のことであり、 回転体の有するモ一メントの不釣り合い程度に起因するアンバランス性および慣性 モーメントの大きさに関係する量である。 図面の簡単な説明 Here, the disturbance energy value is defined as the value of the pointer and the pointer when the external collision occurs. Is the amount of rotational energy generated in a rotating body consisting of gears, pinions and shafts, and is an amount related to the magnitude of the unbalance and the moment of inertia caused by the degree of unbalance of the moment possessed by the rotating body. is there. BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
第 1図はこの発明の一実施形態を説明するための三針のアナログ式電子時計の模 式的断面図である。  FIG. 1 is a schematic sectional view of a three-handed analog electronic timepiece for explaining an embodiment of the present invention.
第 2図は第 2表に示した各試料に対して二種類のハンマ一試験をした際の秒針に 発生する外乱エネルギー値とステップモータが有する保持エネルギー値との関係を 示す図である。  FIG. 2 is a diagram showing a relationship between a disturbance energy value generated in a second hand and a holding energy value of a step motor when two kinds of hammer tests are performed on each sample shown in Table 2.
第 3図はこの発明の他の実施形態における指針回転用輪列の一部に設けられる逆 伝達防止歯車による通常の回転伝達動作の説明図である。  FIG. 3 is an explanatory view of a normal rotation transmitting operation by a reverse transmission preventing gear provided in a part of a pointer rotating wheel train according to another embodiment of the present invention.
第 4図は同じくその逆伝達防止動作の説明図である。  FIG. 4 is an explanatory view of the reverse transmission preventing operation.
第 5図は従来のアナログ式電子時計におけるステップモータから輪列を経て針に 回転力が伝達される様子を示す模式的斜視図である。 発明を実施するための最良の形態  FIG. 5 is a schematic perspective view showing a state in which torque is transmitted from a step motor to a hand via a wheel train in a conventional analog electronic timepiece. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
以下、 添付の図面を用いてこの発明を実施するための最良の形態について説明す る。  Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
第 1図は、 この発明の一実施形態を説明するための三針のアナログ式電子時計の 模式的断面図であり、 基本的な構成要素は第 4図に示した従来の電子時計と同じで ある。 そのため、 第 1図においても、 第 5図と同じ部材には同一符号を付してある。 すなわち、 秒針 8の動きに注目すると、 ステップモータ 1のロータ l a と、 五番 車 2、 四番車 3が順次小歯車 (カナ) 1 1 , 1 2を介して連結されることにより、 四番車 3と秒針軸 1 8によって一体に結合された秒針 8が運針動作を行なう。 ここ では三番車 4以降の説明は省略するが分針 9および時針 1 0についても、 第 4図に 示したものと同様である。 FIG. 1 is a schematic sectional view of a three-handed analog electronic timepiece for explaining an embodiment of the present invention. The basic components are the same as those of the conventional electronic timepiece shown in FIG. is there. Therefore, in FIG. 1, the same members as those in FIG. 5 are denoted by the same reference numerals. That is, focusing on the movement of the second hand 8, the rotor la of the step motor 1 and the fifth wheel 4 and the fourth wheel 3 are sequentially connected via the small gears 11 and 12, so that the fourth wheel The second hand 8 integrally connected by the wheel 3 and the second hand shaft 18 performs a hand movement operation. Here, the explanation of the third wheel 4 and thereafter is omitted, but the minute hand 9 and the hour hand 10 are also shown in FIG. It is the same as shown.
第 1図における 2 1は地板, 2 2は輪列受板, 2 3は文字板であり、 地板 2 1 と 輪列受板 2 2との間に、 ステップモータ 1のロータ 1 a , 五番車 2, 四番車 3 , 三 番車 4, 二番車 5, および日の裏車 6 (第 5図参照) をそれぞれ軸支している。 筒車 7は、 地板 2 1 とその上側に設けられた文字板 2 3との間に支持され、 秒針 軸 1 8を回転自在に嵌挿させた分針軸 2 4の外側に回転自在に嵌合されている。 この電子時計に外部衝撃が加わると、 秒針 8は外乱エネルギーを発生して回転し ようとするが、 この外乱エネルギーの大きさは秒針 8の有するモーメントの秒針軸 1 8に対する不釣り合いの程度に起因するアンバランス性、 および秒針 8 とステツ プモータ 1のロータ 1 aから五番車 2を介して四番車 3に至る輪列とによる回転体 が有する慣性モーメント (イナ一シャ) の大きさに関係する。  In FIG. 1, reference numeral 21 denotes a main plate, reference numeral 22 denotes a wheel train receiving plate, and reference numeral 23 denotes a dial plate. The car 2, the fourth wheel 3, the third wheel 4, the second wheel 5, and the minute wheel 6 (see Fig. 5) are supported. The hour wheel 7 is supported between the main plate 21 and a dial 23 provided on the upper side thereof, and rotatably fits outside the minute hand shaft 24 into which the second hand shaft 18 is rotatably inserted. Have been. When an external impact is applied to the electronic timepiece, the second hand 8 generates disturbance energy and tends to rotate, but the magnitude of the disturbance energy is caused by the degree of imbalance of the moment of the second hand 8 with respect to the second hand axis 18. And the magnitude of the moment of inertia (inertia) of the rotating body due to the second hand 8 and the wheel train from the rotor 1a of the step motor 1 to the fourth wheel 3 via the fifth wheel 2 via the fifth wheel 2 I do.
そこでこの実施形態では、 秒針 8の秒針軸 1 8に対して指示部 8 a と反対側の短 手部 8 bに、 ある大きさの質量を有する綞 2 0を付加することにより、 カウンタ一 バランス方式で秒針 8の秒針軸 1 8に対するモ一メントのアンパランス量を減少さ せ、 上記回転体全体としてのモーメントを小さく し、 その結果として、 その回転体 に発生する外乱エネルギー値を小さくすることができる。 そのため、 ステップモ一 タ 1の保持エネルギー値を小さく設定しても、 ステップモータ 1が受ける外乱エネ ルギ一値がその保持エネルギー値よりも小さくなるようにすることが可能になる。 そのためまず、 第 5図に示したような従来の電子時計において、 機械的運動を伴 なう運針機構の構成要素のそれぞれの運動状況を調べることにより、 発生ヱネルギ —値の見積もりを行なった。  Therefore, in this embodiment, the counterbalance is achieved by adding 綞 20 having a certain mass to the short portion 8b opposite to the indicating portion 8a with respect to the second hand shaft 18 of the second hand 8. In this way, it is possible to reduce the amount of momentary imbalance of the second hand 8 with respect to the second hand axis 18 to reduce the moment of the whole rotating body, and as a result, to reduce the disturbance energy value generated in the rotating body. it can. Therefore, even if the holding energy value of the step motor 1 is set to be small, it becomes possible to make the disturbance energy value received by the step motor 1 smaller than the holding energy value. Therefore, first, in the conventional electronic timepiece as shown in Fig. 5, the generated energy was estimated by examining the movement status of each component of the hand movement mechanism accompanied by mechanical movement.
まずステップモータ 1 と、 五番車 2から筒車 7までの輪列および各指針 8, 9 , 1 0からなるアナログ式電子時計の運針機構において、 それぞれの構成要素の回転 運動情報を回転角の時間情報として得る。 これから導出される角加速度に各構成要 素の慣性モ一メントを乗ずることにより、 各構成要素が運動しているある時刻にお ける発生トルク値を計測した。 First, in the stepping motor 1 and the handwheel mechanism of the analog electronic watch composed of the train wheel from the fifth wheel & pinion 2 to the hour wheel 7 and the hands 8, 9, and 10, the rotation motion information of each component is converted to the rotation angle. Obtain as time information. Each component required for the angular acceleration derived from this By multiplying the elementary moment of inertia, the generated torque value at a certain time when each component was moving was measured.
このうち、 三番車 4以降は減速比が大きく駆動エネルギーに対する寄与は非常に 小さいと考えられるため、 これ以降はステップモータ 1のロータ 1 aから五番車 2 , 四番車 3を経て秒針 8までに連結された各構成要素の動きに注目する。  Of these, the reduction ratio is large and the contribution to the driving energy is considered to be very small after the third wheel 4 and the second hand 8 from the rotor 1a of the step motor 1 through the fifth wheel 2 and the fourth wheel 3 thereafter. Attention is paid to the movement of each component connected up to.
先の方法により計測した各構成要素が運動している時の発生トルク値と回転角と の関係から、 それぞれの構成要素が運動を行う際の駆動エネルギー量を算出した。 ついで、 口一タ l a, 五番車 2, 四番車 3および秒針 8におけるそれぞれの駆動 エネルギー量と、 それぞれが有する慣性モーメントとの相関を調べた結果、 「口一 タ等価慣性モーメント」 の考えを用いることにより、 それぞれの構成要素に分配さ れるエネルギー量がうまく説明されることが判った。  From the relationship between the generated torque value and the rotation angle when each component was moving measured by the above method, the amount of drive energy when each component moved was calculated. Next, as a result of examining the correlation between the amount of driving energy at the first wheel la, the fifth wheel 2, the fourth wheel 3 and the second hand 8 and the moment of inertia of each, the idea of the "one-port equivalent inertia moment" was obtained. It was found that the use of satisfactorily explained the amount of energy distributed to each component.
ここでいう 「等価慣性モーメント」 とは、 通常のアナログ式電子時計においては、 上述のようにステップモータと輪列と指針がすべてリンクして回転運動しているこ とから、 それぞれの回転速度の違いを考慮した慣性モーメント (イナ一シャ) を 1 ケ所に付加することによって、 回転機構全体としての運動を見積もるために用いる 考え方である。 そして、 ロータから見た場合を 「ロータ等価イナ一シャ」 、 指針か ら見た場合を 「指針等価イナ一シャ」 と呼ぶ。  The term "equivalent moment of inertia" used here means that, in a normal analog electronic timepiece, as described above, the step motor, wheel train and pointer are all linked to make a rotational movement. This is a concept used to estimate the motion of the entire rotation mechanism by adding a moment of inertia (inertia) taking into account the difference at one location. When viewed from the rotor, it is called "rotor equivalent inertia", and when viewed from the pointer, it is called "guideline equivalent inertia".
すなわち、 回転機構の構成全体と各構成要素のロータ等価慣性モーメントとの相 関は、 次に示す数式で表わされる。  That is, the relationship between the entire configuration of the rotating mechanism and the rotor equivalent inertia moment of each component is expressed by the following mathematical formula.
J ^ J r + J 5/ 3 6 + ( J 4 + J s) / 9 0 0 ( 1 )  J ^ Jr + J5 / 36 + (J4 + Js) / 900 (1)
ここで、 Jは回転機構全体としてのロータ等価慣性モーメントを表わし、 J r, J 5 , J 4, J s はそれぞれロータ, 五番車, 四番車, および秒針の慣性モーメント を表わす。 この式の各項の分母となっている数値の 「3 6」 はロータに対する五番 車の減速比の二乗、 「9 0 0」 はロータに対する四番車の減速比の二乗である。 ロータに対する三番車以降の減速比の二乗の値はさらに急増するので、 ロータ等 価慣性モ一メントに対する三番車以降の寄与率は無視できるほど小さいことが判る。 ここで、 一例として男持の秒針を有する時計の低消費電力化を考えると、 それぞ れの構成要素の駆動エネルギーは数式 (1 ) のように記述されることから、 以下の 二つのことが判る。 Here, J represents the rotor equivalent moment of inertia of the entire rotating mechanism, and Jr, J5, J4, and Js represent the moments of inertia of the rotor, the fifth wheel, the fourth wheel, and the second hand, respectively. The denominator “36” of each term in this equation is the square of the reduction ratio of the fifth wheel to the rotor, and “900” is the square of the reduction ratio of the fourth wheel to the rotor. The value of the square of the reduction ratio for the third wheel after the third wheel with respect to the rotor further increases rapidly. It can be seen that the contribution of the third and subsequent vehicles to the value inertia moment is negligibly small. Here, as an example, considering the low power consumption of a watch with a male second hand, the driving energy of each component is described as in equation (1). I understand.
—つは、 回転機構全体としてのロータ等価慣性モ一メント Jが小さい方が全駆動 エネルギーは小さくなることであり、 もう一つは、 それぞれの構成要素によりロー タ等価慣性モーメント Jへの寄与率が異なり、 指針の慣性モーメント J s の変化が Jの変化に与える影響は小さいことが判る。  One is that the smaller the rotor equivalent moment of inertia J of the rotating mechanism as a whole, the smaller the total drive energy is. The other is the contribution rate of each component to the rotor equivalent moment of inertia J. It can be seen that the influence of the change in the moment of inertia J s of the pointer on the change in J is small.
すなわち、 秒針駆動に注目していえば、 駆動エネルギー値が設定以上あるならば、 できるだけロータ等価慣性モーメント Jの小さな構成要素の方が全駆動エネルギー を小さくできることを示している。  In other words, focusing on the second hand drive, it is shown that if the drive energy value is equal to or greater than the set value, the component with the smallest rotor equivalent inertia moment J can reduce the total drive energy as much as possible.
ついで、 種々のステップモータが有する保持エネルギー値の見積もりを行なった。 従来は、 秒針部に分銅をつり下げ、 秒針が動き始める時の重量から保持トルクを測 定し、 これを基に保持エネルギー値を見積もつていた。 しかし、 この方法では、 摩 擦や輪列の嵌合状態の影響などのために正確な見積もりができていなかった。  Next, the holding energy values of various stepping motors were estimated. In the past, a weight was suspended from the second hand, and the holding torque was measured from the weight at which the second hand began to move, and the holding energy value was estimated based on this. However, accurate estimation was not possible with this method due to the effects of friction and the fit of the train wheel.
そこで、 前述した発生エネルギー値の測定と同様な手法を用いて、 ステップモー タのロータの空走時 (無負荷回転時) の回転運動情報を回転角の時間情報として得 た。 これを基に回転位置におけるロータの運動エネルギー値を算出することによつ て保持エネルギー値の回転角情報を得て、 さらにこれを基に保持エネルギー値を見 積もった。  Therefore, using the same method as the above-mentioned measurement of the generated energy value, the rotation motion information of the step motor rotor during idle running (no load rotation) was obtained as the rotation angle time information. Based on this, the kinetic energy value of the rotor at the rotational position was calculated to obtain the rotation angle information of the retained energy value, and the retained energy value was estimated based on this.
その結果に基づいて、 従来の男持時計用に設計されている指針回転機構の構成要 素に比して、 一回り小さなロータ, 五番車, 四番車 (三番車以降は省略) を作製し て効果を確認した。 この時の各構成要素の有する慣性モーメント, 駆動エネルギー および保持エネルギーの値を従来の時計のそれと合わせて第 1表に示す。  Based on the results, the rotor, fifth wheel, and fourth wheel (which are omitted from the third wheel and later) are slightly smaller than the components of the pointer rotation mechanism designed for conventional male watches. The effect was confirmed after fabrication. Table 1 shows the values of the moment of inertia, drive energy, and retained energy of each component at this time, along with those of the conventional watch.
この表中の E— 1 1, E - 1 2 , E— 1 3は、 それぞ X 1 0 - 1 1 , X 1 0 - 1 2 , X 1 0-13を意味する。 また、 「―」 は左側の欄と同じであることを意味する。 In this table E- 1 1, E - 1 2 , E- 1 3 are respectively X 1 0 - 1 1, X 1 0 - 1 2, X 10-13 is meant. "-" Means the same as the left column.
これの表記は、 後に示す第 2表および第 3表中においても同様である。 The notation is the same in Tables 2 and 3 below.
秒針は従来と同じであるため、 この第 1表から判るように秒針の慣性モ一メシト J s の値は同一であるが、 ロータ等価慣性モーメント Jの値は新たに作製した電子 時計の方がかなり小さくなり、 それに合わせて駆動エネルギーも 1 3 6 n J (ナノ ジュール) と従来の 4 3 5 n Jの 1 /3以下の値を示した。  Since the second hand is the same as the conventional one, as can be seen from Table 1, the value of the inertia moment Js of the second hand is the same, but the value of the rotor equivalent inertia moment J is higher for the newly manufactured electronic watch. The driving energy was considerably reduced, and the driving energy was 13.6 nJ (nanojoule), which was less than 1/3 of the conventional 4355 nJ.
このように、 従来よりも一回り小さな構成要素に従来と同一の秒針を組み合わせ て秒針駆動を行った結果、 予想通り従来とほぼ同等の運針が可能であった。  In this way, as a result of combining the second hand with the same second hand as a component that is one size smaller than before and driving the second hand, it was possible to achieve almost the same hand movement as expected as expected.
さらに分針および時針も組み込んで運針させたが、 運針状況に従来との変化は見 られなかった。  In addition, the minute and hour hands were incorporated and the hands were moved, but there was no change in the hand movement compared to the conventional case.
また、 今回作製したステップモータの保持エネルギー値は 1 5 4 n J (ナノジュ ール) で、 従来の 3 3 4 n Jに比して 1ノ 2以下になり、 ロータ等価慣性モーメン ト Jの減少と合わせて、 秒針を 1ステップ運針させるのに必要な入力エネルギーは、 従来の 1 4 5 0 n Jから 6 3 0 n J程度へと大幅に減少した。  In addition, the holding energy value of the step motor manufactured this time is 154 nJ (nanojoule), which is less than 1 22 compared to the conventional 334 nJ, and the rotor equivalent inertia moment J decreases. In conjunction with this, the input energy required to move the second hand one step has been greatly reduced from the conventional 1450 nJ to about 6300 nJ.
したがって、 このような指針回転機構を使用することにより、 従来と同様な運針 を実現しながら大幅な消費電力の低化が可能であることが示された。  Therefore, it was shown that by using such a pointer rotating mechanism, it is possible to significantly reduce power consumption while achieving the same hand movement as in the past.
しかし、 保持エネルギー値が従来値の 3 34 n Jに比して 1 5 4 n J と 1 2以 下になつてしまうため、 このままでは指針が外部衝擊を受けた際に発生する外乱ェ ネルギ一に杭しきれずに針飛び現象が発生してしまう。 その対策として、 この実施 形態では、 第 1図に示すように秒針 8の短手部 8 bに錘 2 0を付加して、 カウンタ —バランス方式により秒針 8の回転体としてのモーメントを小さくするようにした。 通常、 男持時計の秒針は 2. 1 X 1 0- 11 k g ·πι2程度の慣性モーメント、 および 2. 7 X 1 0- 9 k g ·πι程度のモーメントを有している。 However, the retained energy value is 154 nJ, which is less than or equal to 12 compared to the conventional value of 334 nJ, so that the disturbance energy generated when the pointer is subjected to an external impact is left as it is. The needle jump phenomenon occurs because the pile cannot be completely piled up. As a countermeasure, in this embodiment, as shown in FIG. 1, a weight 20 is added to the short portion 8b of the second hand 8 so that the moment as a rotating body of the second hand 8 is reduced by a counter-balance method. I made it. Usually, the second hand of man lifting clock 2. has 1 X 1 0- 11 kg · πι 2 about the moment of inertia, and 2. 7 X 1 0- 9 kg · πι about moments.
第 1図に示した実施形態においては、 カウンタ一バランスとして秒針 8の短手部 8 bに、 ある慣性モーメントを有する錘 2 0を設置することによって、 秒針軸 1 8 に対するモーメントのアンバランス性を補正し、 秒針部に発生する外乱エネルギー を減少させ、 針飛び現象を防止できるか否かを確認した。 In the embodiment shown in FIG. 1, the weight 20 having a certain moment of inertia is installed on the short portion 8b of the second hand 8 as a counterbalance, so that the second hand shaft 18 The imbalance of the moment with respect to was corrected, the disturbance energy generated in the second hand was reduced, and it was confirmed whether the hand jumping phenomenon could be prevented.
この際、 I S O 1 4 1 3に準拠したハンマー試験を行ない、 実際に各試料の電子 時計に外部衝撃を与えることにより、 針飛び現象の有無を確認した。  At this time, a hammer test in accordance with ISO 1413 was performed, and the presence of the needle jump phenomenon was confirmed by actually applying an external impact to the electronic timepiece of each sample.
通常の男持秒針を用いた電子時計を試料 1 とし、 これに対してその秒針の短手部 の長さを徐々に長く していくことにより、 モーメント補正率を順次増加させた電子 時計の試料 2〜 8を作製した。 この時のそれぞれの試料の有する秒針のモーメント, その慣性モーメント (イナ一シャ) , 指針等価慣性モーメントの各値、 試料 1に対 するモ一メントの捕正率、 およびハンマー試験の結果としての針飛び現象の有無を 第 2表に示す。  An electronic watch using a normal male second hand was designated as sample 1.On the other hand, the length of the short portion of the second hand was gradually increased, so that the moment correction rate was gradually increased. 2 to 8 were prepared. At this time, the moment of the second hand of each sample, its moment of inertia (inertia), each value of the pointer equivalent inertia moment, the correction rate of the moment for sample 1, and the hand as a result of the hammer test Table 2 shows the presence or absence of the jump phenomenon.
なお、 ハンマ一試験 Iは通常の外部衝撃エネルギー (ハンマを 3 0 c mの高さか ら試料上に落させる) 、 ハンマ一試験 Πはハンマー試験 Iの 2倍の外部衝撃エネル ギー (ハンマを 6 0 c mの高さから試料上に落させる) を与えた時の結果を示して いる。 ハンマー試験は各条件に対して 1 0回ずつ行ない、 その結果、 常に針飛びが 起った場合は X、 何回か針飛びが起った場合は△、 全く針飛びが起らなかった場合 は〇を、 第 2表の各試験の欄に記入している。  The hammer test I is for normal external impact energy (drop the hammer onto a sample from a height of 30 cm), and the hammer test Π is for external impact energy twice as large as the hammer test I (hammer is 60 times smaller). (drop on a sample from a height of cm). The hammer test is performed 10 times for each condition. As a result, X indicates that the needle jumps constantly, △ indicates that the needle jumps several times, and that the needle jumps at all. 〇 is entered in the column for each test in Table 2.
この第 2表から明らかなように、 カウンターバランスのない試料 1においてはハ ンマー試験 Iにおいても針飛び現象を完全に抑えることはできない。 これに対して 秒針短手部にある慣性モ一メントを有する錘を付加する (この例では短手部の長さ を増加する) ことにより、 モーメント補正率を 7 %以上にすれば、 外部衝撃に対し て確実に針飛び現象を防止できることが示された。  As is clear from Table 2, in sample 1 without counterbalance, even in hammer test I, the needle jump phenomenon cannot be completely suppressed. On the other hand, by adding a weight with inertia moment at the short hand of the second hand (in this example, increasing the length of the short hand), if the moment correction rate is increased to 7% or more, the external impact It was shown that the needle jump phenomenon could be reliably prevented.
この程度のカウンターパランスを取るために秒針の短手部に付加する錘 2 0は、 微小なもので済むため、 従来の時計の外観を何ら損なうことなく実施することが可 能である。 なお、 この錘 2 0を付加することにより秒針の慣性モーメント J s の値 は若干増加するが、 数式 (1 ) から明らかなように、 それによるロータ等価慣性モ 一メント Jへの影響は無視し得る程小さく、 運針状況は変化しない。 Since the weight 20 to be added to the short portion of the second hand for obtaining such a counter balance can be small, it can be implemented without impairing the appearance of a conventional watch. The addition of the weight 20 slightly increases the value of the inertia moment J s of the second hand. However, as is clear from the equation (1), the rotor equivalent inertia model due to this is obtained. The effect on the one-ment J is negligible and the driving situation does not change.
ついで、 外部衝撃時に第 2表に記した試料 1〜 8の秒針部に発生する外乱エネル ギ一の大きさを見積もり、 第 1表に示した新たに作製した電子時計におけるステツ プモータが有する保持エネルギー : 1 5 4 n J との比較を試みた。  Next, the magnitude of the disturbance energy generated in the second hand of Samples 1 to 8 shown in Table 2 due to an external impact was estimated, and the holding energy of the step motor in the newly manufactured electronic watch shown in Table 1 was estimated. : An attempt was made to compare with 154 nJ.
外部衝撃時に、 秒針の有するモ一メントの不釣り合いの程度に起因して発生する 外乱エネルギーの発生メカニズムを考察して、 次の数式を導出した。  The following equation was derived by considering the mechanism of disturbance energy generated due to the degree of moment imbalance in the second hand during an external impact.
E = ( v 2/ 2 ) X (M2 I ) ( 2 ) E = (v 2/2) X (M 2 I) (2)
ここで、 Eは秒針部に発生する外乱エネルギー値を表わし、 Vは時計が外部衝撃 を受けて並進運動を行う際の速度、 Mは秒針が有するモーメント、 Iは指針等価慣 性モーメントを表わす。  Here, E represents the disturbance energy value generated in the second hand, V represents the speed at which the watch performs a translational movement by receiving an external impact, M represents the moment of the second hand, and I represents the pointer equivalent inertia moment.
指針等価慣性モーメント Iは、 指針から見たステップモータのロータとの間の回 転力伝達用の輪列を含む回転体全体の等価慣性モーメントであり、 次式によって求 められる。  The pointer equivalent inertia moment I is the equivalent inertia moment of the entire rotating body including the wheel train for transmitting the rotational force between the step motor and the rotor viewed from the pointer, and is obtained by the following equation.
I = J 4+ J s + 2 5 · J 5 + 9 0 0 · J r ( 3 ) ここで、 J s , J 4, J 5, J rはそれぞれ秒針, 四番車, 五番車, およびロータ の慣性モーメント、 数値 「2 5」 は秒針からみた五番車の增速比の二乗の値、 「9 I = J 4 + J s + 25 · J 5 + 900 · J r (3) where J s, J 4, J 5, J r are the second hand, the fourth wheel, the fifth wheel, and The moment of inertia of the rotor, the numerical value “25” is the square of the speed ratio of the fifth wheel, as viewed from the second hand, and “9”.
0 0 J は秒針からみたロータの增速比の二乗の値である。 0 0 J is the square of the rotor speed ratio as viewed from the second hand.
ついで、 ステップモータの有する保持エネルギー : E p と、 数式 (2 ) から導出 される外乱エネルギー : Eとの相関を、 第 2表に示したハンマー試験 I, Πによる 針飛び現象の結果と併せて第 2図に示す。  Next, the correlation between the holding energy of the step motor: Ep and the disturbance energy: E derived from Equation (2) is shown together with the results of the needle jump phenomenon by the hammer tests I and Π shown in Table 2. Figure 2 shows.
この第 2図において、 丸の黒ドッ トは第 2表に示したハンマ試験 Iの場合、 方形 の黒ドッ トはハンマ試験 Πの場合のそれそれ外乱エネルギー値を示し、 各ドッ トの 近傍に付記した数字は第 2表における試料番号である。 また、 ステップモータの有 する保持エネルギー E pが、 第 1表に示した新たに作製した電子時計の場合の 1 5 In Fig. 2, the circled black dots indicate the disturbance energy values for hammer test I shown in Table 2 and the squared black dots indicate the disturbance energy values for hammer test に shown in Table 2. The appended numbers are the sample numbers in Table 2. In addition, the holding energy Ep of the step motor is 15 times that of the newly manufactured electronic timepiece shown in Table 1.
4 n Jであるときのレベルを破線で示している。 第 2表および第 2図の結果から、 The level at 4 nJ is indicated by a broken line. From the results in Table 2 and Figure 2,
E p > E = ( v 2/ 2 ) X (M2/ I ) ( 4 ) E p> E = (v 2 /2) X (M 2 / I) (4)
を満足する範囲内においては、 針飛び現象が防止できることがわかった。 第 2表の ハンマ一試験結果からも明らかなように、 条件によっては結果が△と判定される領 域が存在するため、 明確に成立範囲を規定することは難しいが、 今回の結果から数 式 (4 ) が目安になると思われる。 It was found that the needle jump phenomenon could be prevented within the range satisfying the above. As is clear from the hammer test results in Table 2, there are areas where the results are judged to be △ depending on the conditions, so it is difficult to clearly define the validity range. (4) seems to be a guide.
なお、 実際には輪列における摩擦ロスも含む保持エネルギーが作用する。 それを E qとすると、 今回のハンマ一試験に用いたステップモータおよび輪列構成におい ては第 2図に二点鎖線で示すように、 E q p + 1 0 0 n Jである。 したがって、 実際には第 2表に示した試験結果のように、 試料 2から 8の場合には、 衝撃試験 I においてはいずれも Eく E q となるため、 針飛びが発生しなかった。  Actually, the retained energy including the friction loss in the wheel train acts. Assuming that it is Eq, in the stepping motor and wheel train configuration used in this hammer test, as shown by the two-dot chain line in FIG. 2, Eqp + 100 nJ. Therefore, as in the test results shown in Table 2, in the case of Samples 2 to 8, the impact test I showed E and E q, and no needle jump occurred.
これは、 従来全く異なったパラメータと思われていた、 秒針が有するモーメント M, 指針等価慣性モーメント I, 時計が外部衝撃を受けて並進運動を行う際の速度 Vは, およびステップモータの有する保持エネルギー E pが、 それぞれに相関を有 しており、 少なく とも数式 (4 ) を満足する範囲内 (M2Z I < 2 X E p / v 2 ) に おいては、 指針の保持が確実に達成されることを示している。 This is because the moment M of the second hand, the equivalent moment of inertia I of the pointer, the speed V at which the watch performs a translational movement due to an external impact, and the retained energy of the step motor Ep is correlated with each other, and at least within the range that satisfies Equation (4) (M 2 ZI <2 XE p / v 2 ), the guidelines are reliably maintained. It is shown that.
従来は、 設定されたステップモータに対して実際にハンマー試験を行ない、 この 結果から出されたモ一メントの成立範囲という形でしか指針に対する使用条件に規 制をかけられなかったが、 今後は数式 (4 ) に各パラメータ値を代入することによ り、 事前に指針の満たすべき条件範囲が決まり、 この範囲内においては指針の保持 は達成されることになる。  In the past, a hammer test was actually performed on a set step motor, and the use conditions for the guidelines could only be restricted in the form of the range of moments obtained from these results. By substituting each parameter value into Equation (4), the condition range to be satisfied by the guideline is determined in advance, and the maintenance of the guideline is achieved within this range.
この発明の上述した実施形態においては、 秒針が有するモーメントのアンバラン ス性に対して 7 %以上のモ一メント補正をすれば、 秒針の保持が達成されることが 明らかになった。  In the above-described embodiment of the present invention, it has been clarified that the second hand can be maintained if the moment correction of the moment imbalance of the second hand is 7% or more.
一方、 現実的には指針にはデザイン性が付与されるため、 その慣性モーメントお よびモーメントも一義的には決められず、 ある範囲に分布することになる。 これに ついては数式 (4 ) を満たす範囲で、 モーメント補正率が一番大きな場合を想定し てカウンターパランスを行なっておけば、 指針のバリエ一ションに対しても同一の 構成要素が使用可能になる。 On the other hand, in reality, since the design is given to the pointer, its moment of inertia and The moments and moments cannot be determined uniquely, but are distributed over a certain range. In this case, if the counter balance is performed assuming that the moment correction rate is the largest within the range that satisfies the formula (4), the same component can be used for the variation of the pointer. .
上述の実施形態では、 カウンターバランスとして秒針 8の短手部 8 bにある慣性 モーメントを有する錘 2 0を付加 (長くしたり肉厚にしたりすることも含む) した。 しかし、 同様な対応は、 第 1図に示す秒針 8とロータ 1 aとの間の輪列を構成する 四番車 3と、 その小歯車 (カナ) 1 3の少なくとも一部に、 その各回転軸に対して 秒針 8の短手部 8 bと対応する位置に錘を付加することによっても可能である。 その結果、 秒針 8を含む回転体全体としてのモーメントを小さくして、 ステップ モータが受ける外乱エネルギー値が保持エネルギ値よりも小さくなるようにするこ とが可能である。  In the above-described embodiment, the weight 20 having the moment of inertia at the short portion 8b of the second hand 8 is added as a counterbalance (including making it longer or thicker). However, the same correspondence is applied to the fourth wheel & pinion 3, which constitutes the wheel train between the second hand 8 and the rotor 1a shown in FIG. It is also possible by adding a weight at a position corresponding to the short portion 8b of the second hand 8 with respect to the axis. As a result, it is possible to reduce the moment of the whole rotating body including the second hand 8 so that the disturbance energy value received by the step motor becomes smaller than the holding energy value.
秒針 8 , 四番車 3 , 小歯車 1 3 , および秒針軸 1 8は結合して運動するため、 そ れぞれ単独もしくはそれらのうちの複数の組み合わせによりアンバランス量を調節 することが可能である。 その調節の仕方も、 錘を付加する以外に、 秒針 8, 四番車 3 , 小歯車 1 3 , および秒針軸 1 8からなる回転体の少なくとも一部に、 該回転体 全体としてのモーメントを小さくするように薄肉部, 透孔あるいは切欠部を形成す ることによっても可能である。  Since the second hand 8, the fourth wheel & pinion 3, the small gear 13 and the second hand shaft 18 move in combination, it is possible to adjust the unbalance amount individually or in combination of a plurality of them. is there. In addition to adding a weight, the method of adjustment is to reduce the moment of the whole rotating body to at least a part of the rotating body composed of the second hand 8, the fourth wheel 3, the small gear 13 and the second hand shaft 18. It is also possible to form a thin-walled part, a through-hole, or a notch so as to make it thinner.
あるいはまた、 上記回転体の少なくとも一部の回転部材 (歯車等) を比重の異な る部材の組み合わせによって形成して、 その回転体全体としてのモーメントを小さ くすることもできる。  Alternatively, at least a part of the rotating member (such as a gear) of the rotating body may be formed by a combination of members having different specific gravities to reduce the moment as the whole rotating body.
勿論これらの場合にも、 結果として発生する外乱エネルギー値すなわちステップ モータが受ける外乱エネルギー値が、 保持エネルギー値よりも小さくなるようにす ることが可能である。  Of course, in these cases, it is possible to make the resulting disturbance energy value, that is, the disturbance energy value received by the step motor smaller than the retained energy value.
さらに、 前述の実施形態は秒針を例に説明したが、 分針や時針についても同様な 考え方を適用できる。 Further, in the above embodiment, the second hand has been described as an example, but the same applies to the minute hand and the hour hand. The idea can be applied.
すなわち、 運針させる指針が既知の場合には、 その指針の運針条件から導出され る駆動エネルギー値を見積もり、 ついでこの値を満足しつつできるだけ小さなロー チ等価慣性モ一メント Jを有するように、 輪列を含む回転体の構成要素を設計する。 そして、 その結果ステップモータが有する保持エネルギー値よりも外乱エネルギ 一値を小さくするようにカウンタ一バランスを行うことにより、 指針の駆動と保持 を従来の時計仕様の場合と同程度に満たしつつ、 小型化および大幅な低消費電力化 が可能になる。 また、 この発明を女持時計に適用すれば、 従来よりもさらに小型で 低消費電力の時計を実現でき、 しかもデザィンの多様化にも対応できる。  That is, if the pointer to be operated is known, the driving energy value derived from the operating condition of the pointer is estimated, and then the wheel is set so as to satisfy this value and to have the smallest possible roach equivalent inertia moment J. Design the components of the rotating body including the rows. As a result, counterbalance is performed so that the disturbance energy is smaller than the holding energy value of the step motor, so that the driving and holding of the hands can be satisfied to the same degree as in the case of the conventional watch specification, and Power consumption can be greatly reduced. In addition, when the present invention is applied to a female watch, it is possible to realize a watch that is smaller and consumes less power than before, and can also respond to diversifying designs.
次に、 この発明の他の実施形態ついて第 3図おょぴ第 4図によって説明する。 この実施の形態では、 特に図示はしていないが、 文字板上を世界地図に見立て、 その上を飛行機が旋回するイメージを表現するために、 秒針の先端付近に飛行機形 状を模した部品を取り付けた秒針を作製した。 この時の秒針とそれを回転させるた めの輪列からなる回転体の各構成要素が有する慣性モーメントおよび保持エネルギ 一の値を、 従来の男持電子時計のそれと合わせて第 3表に示す。  Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, although not specifically shown, a part imitating an airplane shape is provided near the tip of the second hand in order to represent the world map on the dial and to represent an image of an airplane turning on the dial. The attached second hand was produced. Table 3 shows the values of the moment of inertia and the holding energy of each component of the rotating body consisting of the second hand and the wheel train for rotating it at this time, together with those of the conventional man-held electronic timepiece.
秒針に施した意匠により、 従来の男持電子時計に対して秒針の慣性モーメント J sは 8倍程度に増加し、 運針挙動への影響が懸念された。 しかし、 数式 (1 ) から 見積もられるように、 ロータ等価慣性モ一メント Jの増加分としては高々 1 0パー セント程度であり、 実際の動きとしてはそれほど変化が見られず、 第 3表に示すよ うに入力エネルギー値にもほとんど変化がなかった。  The design applied to the second hand increased the moment of inertia J s of the second hand to about eight times that of the conventional man-held electronic watch, and there was concern about the effect on hand movement behavior. However, as can be estimated from Equation (1), the increase of the rotor equivalent inertia moment J is at most about 10 percent, and the actual movement is not so much changed. Thus, there was almost no change in the input energy value.
なお、 別の実験からここで用いたステップモータにおいては、 ロータ等価慣性モ —メント Jの増加分が 1 0 0パーセント程度までは、 動きにあまり変化を生じない で運針可能なことを確認している。  From another experiment, it was confirmed that in the stepping motor used here, it was possible to move the hand without much change in the movement until the increase of the rotor equivalent inertia moment J was about 100%. I have.
この実施形態における秒針の有するモ一メントは 1 . 8 X 1 0 - 8 k g ' m程度とな り、 従来の男持秒針が有する 2 . 7 X 1 0 - 9 k g ' mと比して 7倍程度も大きな値と なっている。 このままでは前述の実施形態で述べたように、 従来と同程度の外部衝 撃に対しても指針の針飛び現象が生じてしまう。 Mode one instrument 1 having the second hand in this embodiment 8 X 1 0 -. 8 kg 'm about the Do Ri, 2 conventional man lifting hand has 7 X 1 0 -. 9 kg ' than the m 7 About twice as large Has become. If this state is left as it is, as described in the above-described embodiment, the needle jump phenomenon of the pointer will occur even for an external impact of the same level as in the related art.
これを防止するために、 この実施の形態においては、 秒針とステップモータの口 To prevent this, in this embodiment, the second hand and the step motor
—タとの間の輪列を構成する歯車の一部に、 逆伝達防止歯車を設け、 外乱エネルギ-A reverse transmission prevention gear is provided on a part of the gear train that constitutes the train
—がステップモータに伝達されないようにした。 -Is not transmitted to the step motor.
第 3図および第 4図は、 アナログ三針式電子時計の輪列構成において、 秒針とス テツプモータのロータとの間の輪列を構成するカナ 3 1 (第 5図における小歯車 1 1 , 1 2のいずれかに相当する) と歯車 3 2 (第 5図における五番車 2又は四番車 3に相当する) の少なく とも一方に逆伝達防止歯車を用いた場合の動作を説明する ための図である。  FIGS. 3 and 4 show the wheel train configuration of the analog three-hand electronic timepiece, which shows the pinion 31 that constitutes the wheel train between the second hand and the rotor of the step motor (the small gears 11 and 1 in FIG. 5). 2) and gear 3 2 (corresponding to fifth wheel 2 or fourth wheel 3 in FIG. 5) to explain the operation when at least one of the reverse transmission prevention gears is used. FIG.
通常は第 3図に示すように、 カナ 3 1が矢示 A方向に回転することにより力が伝 達されて、 歯車 3 2が矢示 B方向に回転する。 この関係が、 ロータから五番車, 四 番車, 三番車, …と順次続くことにより力は効率よく伝達される。  Normally, as shown in FIG. 3, the force is transmitted by the rotation of the pinion 31 in the direction of arrow A, and the gear 32 rotates in the direction of arrow B. This relationship continues from the rotor to the fifth wheel, the fourth wheel, the third wheel, and so on, so that power is transmitted efficiently.
一方、 時計本体に外部衝擊が加わると、 秒針部に発生する外乱エネルギーに起因 する回転力が歯車 3 2に働き、 この力をカナ 3 1に伝達しょうとする。 ここで第 4 図に示すように、 カナ 3 1 と歯車 3 2は a点および b点でかみ合い、 お互いに突つ 張るために回転できなくなる。 このため、 通常の力伝達とは逆方向である歯車 3 2 の矢示 C方向への回転力は、 カナ 3 1には伝達されないことになる。  On the other hand, when an external impact is applied to the main body of the watch, a rotational force caused by disturbance energy generated in the second hand acts on the gear 32, and attempts to transmit this force to the pinion 31. Here, as shown in Fig. 4, the kana 31 and the gear 3 2 mesh at points a and b, and cannot rotate because they stick together. Therefore, the rotational force in the direction indicated by the arrow C of the gear 32, which is the opposite direction to the normal force transmission, is not transmitted to the pinion 31.
秒針の保持を考える場合には、 ロータのカナと五番歯車、 五番車のカナと四番歯 車の少なく とも 1ケ所に逆伝達防止歯車を用いれば良い。 なお、 第 4図においては 外部衝撃により歯車 3 2が左回転しようとする場合について説明したが、 右回転し ようとする場合においても同様に力の伝達は防止される。  When holding the second hand, a reverse transmission prevention gear should be used in at least one of the pinion and fifth gear of the rotor and the pinion and fourth gear of the fifth wheel. FIG. 4 illustrates the case where the gear 32 is about to rotate leftward due to an external impact. However, the transmission of force is similarly prevented when the gear 32 is about to rotate rightward.
この機構を用いることにより、 ステップモータが有する保持エネルギー値が外乱 エネルギー値よりも小さな状況下においても、 針飛び現象を防止することが可能に なる。 したがって、 従来に比して大きな慣性モーメントおよびモーメントを有する W By using this mechanism, it is possible to prevent the needle jump phenomenon even in a situation where the held energy value of the step motor is smaller than the disturbance energy value. Therefore, it has a large moment of inertia and moment compared to conventional W
1 6 指針を使用しても、 前述の実施形態の場合と同様に、 指針の駆動と保持を従来の時 計仕様と同程度に満たすことが可能になった。 この効果は、 実際に時針, 分針, 秒 針を装着した完成時計に I S O I 4 1 3に準拠したハンマー試験を行うことにより 確認した。  16 Even with the use of the hands, the driving and holding of the hands can be satisfied to the same extent as the conventional clock specification, as in the above-described embodiment. This effect was confirmed by performing a hammer test in accordance with ISO 1413 on the completed watch with the hour, minute and second hands.
また、 外部衝撃により時計には上記のような並進エネルギーの他に回転エネルギ 一が加わる場合もあるが、 これに対しては通称バタバタ試験なるものを実施して、 不都合のないことを確認している。  In addition, the rotational energy may be applied to the watch due to an external impact in addition to the above-mentioned translational energy. For this purpose, a so-called flutter test is performed to confirm that there is no inconvenience. I have.
ここでバタバタ試験とは、 空箱中に任意の向きに時計本体を設置し、 決められた 高さから自由落下させることにより発生する回転衝撃をも考慮した試験法であり、 試験前後において指針ズレがあってはならないとされている。  Here, the fluttering test is a test method that takes into account the rotational shock generated by placing the watch body in an arbitrary direction in an empty box and free-falling it from a predetermined height. It must not be.
通常の使用条件下では、 時計本体にそれほど大きな回転衝撃が加わることはない ので、 ハンマ一試験をパスすれば全く問題ないと考えられる。  Under normal operating conditions, the watch body is not subjected to such a large rotational impact, so it is considered that there is no problem if the hammer test is passed.
上述した 2つの実施形態において錘の付加等によるカウンタ一バランスおよび逆 伝達防止歯車の効果を説明したが、 これらの両機構を併用することにより更なる効 果が生まれる。  In the two embodiments described above, the effects of the counterbalance and the reverse transmission prevention gear by adding a weight and the like have been described. However, further effects can be obtained by using these two mechanisms together.
すなわち、 外部衝撃が小さな領域においてはカウンタ一バランス機構により、 指 針部に発生する外乱エネルギー値は非常に小さく、 輪列を大きく変位させる力は発 生しないため指針は保持される。 また、 カウンターパランスだけでは保持できない 程の大きな外部衝撃に対しては、 逆伝達防止歯車機構により力の逆伝達が阻止され ることになる。  In other words, in the area where the external impact is small, the disturbance energy value generated at the finger portion by the counter-balance mechanism is very small, and the force for displacing the wheel train is not generated. In addition, against a large external impact that cannot be maintained by the counterbalance alone, the reverse transmission prevention gear mechanism prevents the reverse transmission of force.
しかし、 この際カウンターパランスにより外乱エネルギー値が大幅に減少してい ることから、 第 4図に示した歯車 3 2とカナ 3 1 との突っ張り部 (b点) に働く力 は小さくなり、 そのため突っ張り部の形状劣化などの心配は皆無になる。  However, at this time, since the disturbance energy value was greatly reduced by the counter balance, the force acting on the strut (point b) between the gear 32 and the pinion 31 shown in FIG. There is no need to worry about deterioration of the shape of the part.
これにより、 小さな保持エネルギーを有するステップモータを用いても、 信頼性 が高く広範囲の衝撃に対して指針を確実に保持できる。 この発明においては、 第 1表に示した内容においても従来に比して十分低消費電 力化が可能なことを確認したが、 ステップモータの構成部材の条件の最適化による 効率改善および構成部材のさらなる小型化あるいはプラスチック化による低慣性モ 一メント化、 および運針条件の緩和などにより、 さらなる低消費電力化が可能であ る。 As a result, even if a step motor having a small holding energy is used, the pointer can be reliably held with high reliability against a wide range of impacts. In the present invention, it has been confirmed that the power consumption can be sufficiently reduced compared to the conventional case even in the contents shown in Table 1.However, improvement of efficiency and optimization of the component It is possible to further reduce power consumption by further reducing the inertia moment by reducing the size of the device or by using plastic, and by reducing the hand-handling conditions.
また、 外部衝撃の大きさを結果的に保持エネルギー値よりも小さな外乱エネルギ 一値に縮小できる機構であれば、 カウンタ—バランス以外の機構でも使用可能であ る。 たとえば、 モジュール周辺に配置した衝撃吸収材などで外部衝撃を途中で吸収 してしまっても良く、 指針形状および材料により外乱エネルギー値自体を小さく し ても良い。 また、 外部衝撃に対して構成要素を機械的に固定しても良く、 外部衝撃 検出時にのみ口ック機構が働くような構造でも良い。  In addition, any mechanism other than the counter-balance can be used as long as the mechanism can reduce the magnitude of the external impact to a disturbance energy smaller than the retained energy value. For example, an external shock may be absorbed in the middle by a shock absorbing material arranged around the module, or the disturbance energy value itself may be reduced by the pointer shape and material. Further, the components may be mechanically fixed against an external impact, and a structure may be employed in which the locking mechanism operates only when an external impact is detected.
また、 この発明の実施の形態においては、 ァクチユエ一タとしてステップモータ を用いた腕時計の場合について説明したが、 ク口ックにも勿論適用可能である。 むしろクロックの場合には、 外部衝撃は腕時計の場合ほど問題視されないので、 さ らに保持トルク値は小さくてもかまわない。 針の運針に必要な駆動エネルギー値を 見積もり、 この範囲内でロータ等価慣性モ一メント Jを小さくすることにより大幅 な低消費電力化が可能になる。 Further, in the embodiment of the present invention, the case of a wristwatch using a step motor as an actuator has been described, but the present invention is of course applicable to a mouthpiece. Rather, in the case of a clock, the external impact is not as much of a problem as in a wristwatch, so the holding torque value may be smaller. Estimating the driving energy value required for needle movement and reducing the rotor equivalent inertia moment J within this range will make it possible to significantly reduce power consumption.
8 8
u u
第 1表  Table 1
新らたに作製したMade newly
•CE米 W¾f? eaナ BT • CE rice W¾f? Ea na BT
電 子 時 計 駆動エネルギー (n J) 435 1 36 保持エネルギー ( n J ) 334 1 54 Electronic timepiece Drive energy (n J) 435 1 36 Retention energy ( n J) 334 1 54
J (k g · m2 ) 1. 3 E— 12 2. 3 E— 1 3 J (kg · m 2 ) 1.3 E—12 2.3 E—1 3
1. 1 E— 1 2 1. 6 E— 13 1. 1 E— 1 2 1. 6 E— 13
J 5 (k g ' m2 ) 6. 4 E— 1 2 1. 9 E— 1 2 J 5 (kg 'm 2 ) 6.4 E— 1 2 1.9 E— 1 2
J 4 (k g · m2 ) 8. 0 E— 1 2 3. 5 E— 12 J 4 (kg · m 2 ) 8.0 E— 1 23.5 E— 12
J s (k g · m2 ) 2. 1 E— 1 1 入力エネルギー (n J ) 1450 630 J s (kg · m 2 ) 2.1 E—11 Input energy (n J) 1450 630
第 2表 試料 N o 1 2 3 4 5 6 7 8 モーメ ン ト 2.7E-9 2.5E-9 2.3E-9 1.9E-9 1.6E-9 1.1E- 5.9E-10 , 1.6E-11 (■ k g · m ) Table 2 Sample No 1 2 3 4 5 6 7 8 Moment 2.7E-9 2.5E-9 2.3E-9 1.9E-9 1.6E-9 1.1E- 5.9E-10, 1.6E-11 ( ■ kg · m)
秒針の慣性モ—メント 2.1E-11 2.2E-11 2.3E-11 2.4E-11 2.6E-11 2.8E-H 3.0E-11 ( k g - mつ  Second hand moment of inertia 2.1E-11 2.2E-11 2.3E-11 2.4E-11 2.6E-11 2.8E-H 3.0E-11 (kg-m
指針等価慣性モーメント 2.0E-10 2.1E-10 Pointer equivalent inertia moment 2.0E-10 2.1E-10
( k g · m "  (kg · m "
試料 1 に対する 0 7 17 29 43 60 78 99.4 モ一メ ン ト補正率 0 7 17 29 43 60 78 99.4 Moment correction factor for sample 1
(%)  (%)
ノヽンマー試験 I Δ 〇  Nommer test I Δ 〇
ノヽンマ ー試験 Π X Δ 〇 Nommer test Π X Δ 〇
第 3表 Table 3
Figure imgf000022_0001
産業上 の利用 性
Figure imgf000022_0001
Industrial applicability
この発明によれば、 時計において運針に必要な駆動エネルギー値を満足する範囲 内で、 指針およびそれを回転させるための輪列を含む回転体の全体としての等価慣 性モーメントを小さくする。 そして、 外部衝撃により指針に発生する外乱エネルギ 一値を、 小さくなった保持エネルギー値以下に減少させる。  According to the present invention, the equivalent inertia moment of the whole rotating body including the hands and the wheel train for rotating the hands is reduced within a range that satisfies the driving energy value required for the hands movement in the timepiece. Then, the disturbance energy generated in the pointer due to the external impact is reduced to a value smaller than the reduced holding energy value.
それによつて、 従来と同程度の駆動おょぴ保持性能を確保しつつ、 大幅な低消費 電力化を達成でき、 電池交換不要なシステムを実現可能になる。  As a result, drastically lower power consumption can be achieved while maintaining the same driving and holding performance as before, and a system that does not require battery replacement can be realized.
あるいは、 従来と同程度の電力を用いる場合には、 従来に比して 1 0倍以上の大 きさの慣性モーメントを有する指針を使用しても、 従来と同程度の駆動および保持 性能を確保できる。 そのため、 従来の制約条件下では達成できなかった指針部への デザィンゃ機能要素の付加が可能になり、 自由度が大幅に広がる。  Alternatively, when using the same level of power as before, the same driving and holding performance as before can be ensured even if a pointer with a moment of inertia that is at least 10 times larger is used than before. it can. For this reason, it is possible to add design function elements to the pointer, which could not be achieved under the conventional constraint conditions, and the degree of freedom is greatly expanded.

Claims

請 求 の 範 囲 The scope of the claims
1 . 時刻表示するための指針と、 静止時に前記指針を保持するための保持エネルギ —を有し、 運針時にはその保持エネルギーを越えるように駆動エネルギーを発生す るステップモータと、 該ステップモータの動きを前記指針に伝達するための輪列と を有するアナログ式電子時計において、 1. A step motor that has a pointer for displaying time and holding energy for holding the pointer when stationary, and generates driving energy so as to exceed the holding energy during hand operation, and the movement of the step motor. And a wheel train for transmitting to the hands,
外部衝撃により前記ステップモータが有する保持エネルギー値より大きな外乱ェ ネルギ一を発生する前記指針および輪列を含む回転体の少なく とも一部に、 該回転 体全体としてのモーメントを小さくするように錘を付加し、 前記ステップモータが 受ける外乱エネルギー値が前記保持エネルギー値よりも小さくなるようにしたこと を特徴とするアナ口グ式電子時計。  At least a part of the rotating body including the pointer and the train wheel which generates a disturbance energy larger than the holding energy value of the step motor due to an external impact is provided with a weight so as to reduce the moment as the whole rotating body. In addition, the disturbing energy value received by the step motor is made smaller than the retained energy value.
2 . 時刻表示するための指針と、 静止時に前記指針を保持するための保持エネルギ —を有し、 運針時にはその保持エネルギーを越えるように駆動エネルギーを発生す るステップモータと、 該ステップモータの動きを前記指針に伝達するための輪列と を有するアナログ式電子時計において、 2. A step motor having a pointer for displaying time, and holding energy for holding the pointer when stationary, and generating driving energy so as to exceed the holding energy during hand operation, and movement of the step motor. And a wheel train for transmitting to the hands,
外部衝撃により前記ステップモータが有する保持エネルギー値より大きな外乱ェ ネルギーを発生する前記指針および輪列を含む回転体の少なく とも一部に、 該回転 体全体としてのモーメントを小さくするように薄肉部, 透孔あるいは切欠部を形成 し、 前記ステップモータが受ける外乱エネルギー値が前記保持エネルギー値よりも 小さくなるようにしたことを特徴とするアナログ式電子時計。  At least a part of the rotating body including the pointer and the wheel train, which generates a disturbance energy larger than the retained energy value of the step motor due to an external impact, includes a thin-walled portion, so as to reduce the moment as the whole rotating body. An analog electronic timepiece, wherein a through hole or a notch is formed, and a disturbance energy value received by the step motor is smaller than the holding energy value.
3 . 時刻表示するための指針と、 静止時に前記指針を保持するための保持エネルギ 一を有し、 運針時にはその保持エネルギーを越えるように駆動エネルギーを発生す るステップモータと、 該ステップモータの動きを前記指針に伝達するための輪列と を有するアナログ式電子時計において、 外部衝撃により前記ステップモータが有する保持エネルギー値より大きな外乱ェ ネルギーを発生する前記指針および輪列を含む回転体の少なく とも一部の回転部材 を、 該回転体全体としてのモーメントを小さくするように比重の異なる部材の組み 合わせによって形成し、 前記ステップモータが受ける外乱エネルギー値が前記保持 エネルギー値よりも小さくなるようにしたことを特徴とするアナログ式電子時計。 3. A step motor that has a pointer for displaying time, a holding energy for holding the pointer when stationary, and generates driving energy to exceed the holding energy at the time of hand operation, and a movement of the step motor. And a wheel train for transmitting to the hands, At least some of the rotating members, including the hands and the train wheel, that generate disturbance energy greater than the retained energy value of the step motor due to an external impact, so as to reduce the moment of the rotating body as a whole. An analog electronic timepiece formed of a combination of members having different specific gravities, wherein a disturbance energy value received by the step motor is smaller than the holding energy value.
4 . 請求の範囲第 1項記載のアナログ式電子時計において、 4. In the analog electronic timepiece according to claim 1,
前記回転体の有するモ一メントを M、 前記指針から輪列を介して前記ステップモ ータのロータに至る指針等価慣性モーメントを I、 時計が外部衝撃を受けて並進運 動を行なう際の速度を v、 前記ステップモータの有する保持エネルギーを E pとし た時に、 M2Z l < 2 X E p / v 2 The moment of the rotating body is M, the equivalent moment of inertia of the pointer from the pointer to the rotor of the step motor via the train wheel is I, and the speed at which the watch performs translational movement by receiving an external impact. v, the holding energy of the step motor when a E p, M 2 Z l < 2 XE p / v 2
の関係を満足するように、 前記 Mおよび Iが設定されていることを特徴とするアナ 口グ式電子時計。 An analog electronic timepiece, wherein M and I are set so as to satisfy the following relationship.
5 . 請求の範囲第 2項記載のアナログ式電子時計において、 5. The analog electronic timepiece according to claim 2,
前記回転体の有するモーメントを M、 前記指針から輪列を介して前記ステップモ ータのロータに至る指針等価慣性モ一メントを I、 時計が外部衝撃を受けて並進運 動を行なう際の速度を v、 前記ステップモータの有する保持エネルギーを E pとし た時に、 M2Z I く 2 X E p Z v 2 M is the moment of the rotating body, I is the pointer equivalent inertia moment from the pointer to the step motor rotor via the train wheel, and I is the speed at which the watch performs translational movement by receiving an external impact. v, when the holding energy of the step motor is Ep, M 2 ZI and 2 XE p Z v 2
の関係を満足するように、 前記 Mおよび Iが設定されていることを特徴とするアナ 口グ式電子時計。 An analog electronic timepiece, wherein M and I are set so as to satisfy the following relationship.
6 . 請求の範囲第 3項記載のアナログ式電子時計において、 6. The analog electronic timepiece according to claim 3,
前記回転体の有するモ一メントを M、 前記指針から輪列を介して前記ステップモ —タのロータに至る指針等価慣性モーメントを I、 時計が外部衝撃を受けて並進運 動を行なう際の速度を v、 前記ステップモータの有する保持エネルギーを E pとし た時に、 M2/ I < 2 X E p/v2 The moment of the rotating body is M, the equivalent moment of inertia of the pointer from the pointer through the train wheel to the rotor of the step motor is I, and the speed at which the watch performs translational movement under external impact is v, the holding energy of the step motor is Ep Was at the time, M 2 / I <2 XE p / v 2
の関係を満足するように、 前記 Mおよび Iが設定されていることを特徴とするアナ 口グ式電子時計。 An analog electronic timepiece, wherein M and I are set so as to satisfy the following relationship.
7. 時刻表示するための指針と、 静止時に前記指針を保持するための保持エネルギ 一を有し、 運針時にはその保持エネルギーを越えるように駆動エネルギーを発生す るステップモータと、 該ステップモータの動きを前記指針に伝達するための輪列と を有するアナログ式電子時計において、 7. A step motor that has a pointer for displaying time, holding energy for holding the pointer when stationary, and generates driving energy so as to exceed the holding energy during hand operation, and movement of the step motor. And a wheel train for transmitting to the hands,
外部衝撃により前記ステップモータが有する保持エネルギー値より大きな外乱ェ ネルギ一を発生する前記指針および輪列を含む回転体に対して、 前記輪列の一部に 逆伝達防止歯車を設け、 前記外乱エネルギーが前記ステップモータに伝達されない ようにしたことを特徴とするアナログ式電子時計。  For a rotating body including the hands and the wheel train that generates a disturbance energy larger than the holding energy value of the step motor due to an external impact, a reverse transmission prevention gear is provided in a part of the wheel train, and the disturbance energy is provided. Is not transmitted to the stepping motor.
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