JP4751573B2 - アナログ電子時計 - Google Patents

Description

この発明は、衝撃が加えられたときにおいても表示されている時刻の狂いを防止できるアナログ電子時計に関する。特に、腕時計を落下させたり衝撃が加わったときに時刻針の狂いを防止できるアナログ電子時計に関する。

腕時計等のアナログ電子時計は、表示部に設けられた時刻針が回転する構造であり、この時刻針である時間針、分針、秒針の回転位置によって現在時刻を視認することができる。このような腕時計は小型であるため、時刻針の視認性および表示時刻の正確性が求められている。特に腕時計は、小型化と低消費電力化が要求されており、これを満たすためには対応して小さな細い針を用いなければならず、視認性が劣るものとなった。

視認性を向上させるために例えば秒針を太くすると、この秒針が重くなり小さな衝撃を受けただけで時刻が狂ってしまうという耐衝撃性の低下が懸念される。このような耐衝撃性を向上させるためには駆動源であるステップモータの保持力を増大させればよいが駆動時の消費電流が増大し、採用することはできない。

外部から衝撃が加えられたときに時刻の狂いをなくす機構としては、例えば下記の特許文献１、２等が開示されている。特許文献１に開示された技術は、衝撃によってステップモータのロータが揺動時の逆起電力を検出したとき、このロータを制動させ時刻の狂いを防止するものである。また、特許文献２に開示された技術は、衝撃検出時の逆起電力と、この逆起電力レベルを周期的に増幅させて衝撃を検出しやすくしたものである。

特開昭５６−１１００７３号公報 特公昭６１−６１３５６号公報

しかしながら、近年の腕時計は、発電時計が普及していることもあって、バッテリを内蔵した腕時計であってもバッテリ（電源）の低容量化が進んでいる。同時に腕時計の小型化も図られている。このため、上記従来の技術では、衝撃が加えられたときに時刻の狂いを防止できないことがあった。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、衝撃が加えられたときであっても時刻の狂いを防止することができ、小型化およびバッテリの低容量化を同時に達成できるアナログ電子時計を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項１の発明にかかるアナログ電子時計は、計時用の基準信号を生成して供給する駆動信号供給手段と、時刻針を運針駆動するステップモータと、前記ステップモータに駆動パルスを供給するための信号ラインを有する駆動手段と、前記ステップモータにより前記信号ラインに発生する逆起電力に基づいて外部から加えられた衝撃を検出する衝撃検出手段と、前記時刻針が運針状態のときには前記駆動信号供給手段から供給された前記基準信号に基づいて前記ステップモータを間欠的な駆動パルスにより駆動制御し、前記時刻針が非運針状態であって前記衝撃検出手段による前記衝撃が検出されたときには前記ステップモータを制動制御する制御手段と、を有し、前記衝撃検出手段は、前記信号ラインに接続された衝撃検出抵抗と、前記衝撃検出抵抗と電源電位間のオン・オフを行うスイッチ手段とを有し、前記制御手段は、前記時刻針が運針状態の場合に、前記スイッチ手段をオフにし前記衝撃検出抵抗と電源電位を切り離し、前記時刻針が非運針状態の場合に、前記駆動手段の出力をオープン状態とし、かつ、衝撃検出するために前記スイッチ手段をオンにし、前記衝撃検出抵抗を介して電源電位と前記信号ラインとを接続することを特徴とする。

また、請求項２の発明にかかるアナログ電子時計は、請求項１に記載の発明において、外部から衝撃が加えられたときに前記ステップモータが発生する逆起電力を所定の増幅度およびパルス周期で増幅するチョッパー増幅手段を備え、前記衝撃検出手段には、所定の閾値が設定され、前記チョッパー増幅手段により前記パルス周期を有して増幅された信号レベルが該閾値を超えたか否かに基づいて前記衝撃の有無を検出することを特徴とする。

また、請求項３の発明にかかるアナログ電子時計は、請求項２に記載の発明において、前記時刻針が非運用状態の場合に、前記信号ラインは、前記チョッパー増幅手段によるパルス出力中は固定電位とされ、それ以外の区間ではオープン状態とされることを特徴とする。また、請求項４の発明にかかるアナログ電子時計は、請求項２または３に記載の発明において、前記チョッパー増幅手段は、前記パルス周期を前記時刻針の重さ、慣性モーメントに対応した値に設定したことを特徴とする。

また、請求項５の発明にかかるアナログ電子時計は、請求項２〜４のいずれか一つに記載の発明において、前記チョッパー増幅手段は、前記パルス周期を電源電圧に対応した値に設定したことを特徴とする。

また、請求項６の発明にかかるアナログ電子時計は、請求項２〜５のいずれか一つに記載の発明において、前記チョッパー増幅手段は、前記パルスのチョッパー幅を３０．５μｓに設定したことを特徴とする。

また、請求項７の発明にかかるアナログ電子時計は、請求項１〜６のいずれか一つに記載の発明において、前記制御手段は、前記駆動パルスの出力直後に前記ステップモータからの逆起電力の検出に基づきロータの回転を検出する負荷補償手段を備えたことを特徴とする。

また、請求項８の発明にかかるアナログ電子時計は、請求項１〜７のいずれか一つに記載の発明において、前記制御手段は、前記駆動パルスを出力する前にそれぞれ前記ステップモータのロータを静的安定点からスタートさせ、前記駆動パルスを出力した後に前記ステップモータのロータを静的安定点に戻すための所定時間の安定期間を設けたことを特徴とする。

また、請求項９の発明にかかるアナログ電子時計は、請求項１〜８のいずれか一つに記載の発明において、前記衝撃検出手段は、電源電圧に依存しない定電圧化された電源供給に基づき動作するインバータからなることを特徴とする。

また、請求項１０の発明にかかるアナログ電子時計は、請求項７に記載の発明において、前記衝撃検出手段は、衝撃時に前記ステップモータからの逆起電力を検出する衝撃検出抵抗を備え、前記負荷補償手段は、前記駆動パルスの出力直後に前記ステップモータからの逆起電力を検出する負荷補償用抵抗を備えたことを特徴とする。

また、請求項１１の発明にかかるアナログ電子時計は、請求項１０に記載の発明において、前記衝撃検出抵抗は、前記衝撃で前記ステップモータの回転が検出できる最低の抵抗値に設定されたことを特徴とする。

また、請求項１２の発明にかかるアナログ電子時計は、請求項１０に記載の発明において、前記衝撃検出抵抗は、時計機種毎に設定可能なことを特徴とする。

また、請求項１３の発明にかかるアナログ電子時計は、請求項１０〜１２のいずれか一つに記載の発明において、前記衝撃検出用および前記負荷補償用を共用する検出抵抗を設け、前記衝撃検出手段および前記負荷補償手段は、前記検出抵抗を用いて前記衝撃検出および前記負荷補償検出を行うことを特徴とする。

また、請求項１４の発明にかかるアナログ電子時計は、請求項７〜１３のいずれか一つに記載の発明において、前記衝撃が検出されたときに前記ステップモータを制御するロックパルスを出力するロックパルス出力手段を備え、前記ロックパルス出力手段は、所定期間毎に論理周波数調整を行う際に前記ロックパルスが入力されたとき、該ロックパルスの出力期間を確保することを特徴とする。

また、請求項１５の発明にかかるアナログ電子時計は、請求項７〜１４のいずれか一つに記載の発明において、所定期間毎に電源電圧を検出する際に前記ロックパルス出力手段から前記ロックパルスが出力されたとき、前記ロックパルスの出力を優先させるバッテリ検出制御手段を備えたことを特徴とする。

本発明にかかるアナログ電子時計によれば、衝撃が加えられたときであっても時刻の狂いを防ぐことができるという効果を奏する。特に、バッテリが低容量化され、時計本体が小型化された場合であっても衝撃時に時刻針の移動を抑制して時刻の狂いを防止できるという効果を奏する。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかるアナログ電子時計の好適な実施の形態を詳細に説明する。以下の説明では、アナログ電子時計として腕に装着する腕時計を例に説明する。

（実施の形態１）
図１は、この発明の実施の形態１にかかるアナログ電子時計の構成を示すブロック図である。アナログ電子時計１００は、駆動信号供給部１０１と、制御回路１０２と、駆動回路１０３と、衝撃検出回路１０４と、ステップモータ１０５によって構成されている。図には各部から出力される信号にＳ１，Ｓ２，…の番号を附してある。

駆動信号供給部１０１は、アナログ電子時計１００としての腕時計に設けられた時刻針を回転駆動するための駆動信号を供給する。ステップモータ１０５は、秒針１０６を１秒周期でステップ駆動する。秒針１０６の駆動時を運針状態、非駆動時を非運針状態とする。駆動信号供給部１０１は、基準の発振信号Ｓ１（３２７６８Ｈｚ）を出力する発振回路１１１と、発振回路１１１の発振信号Ｓ１の入力に基づき必要な分周出力Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４を得るための複数段の分周回路１１２，１１３，１１４と、分周回路１１４の分周出力Ｓ４（１０秒単位のパルス）を波形成形する波形成形回路１１５を有する。

また、波形成形回路１１５の出力Ｓ５の周期で論理周波数調整（ＤＦ調）する信号Ｓ１７を出力するＤＦ調回路１１６と、分周回路１１２，１１４の分周出力Ｓ２，Ｓ４に基づいて駆動用のバッテリの電源電圧を検出する際に後述する衝撃検出が重なったときの制御を行うＢＤ制御回路１１７と、分周回路１１２の分周出力Ｓ８と、ロックパルス制御回路１２２から出力されるロックパルスの制御信号Ｓ１２の入力に基づいて秒針１０６の非運針状態のときに生じた衝撃の検出信号を精度よく検出すべくチョッパー増幅されたパルス信号を生成するためのチョッパー増幅用波形成形回路１１８とを有する。

制御回路１０２は、例えばランダムロジックによって構成され、分周回路１１３の分周出力Ｓ３（１秒単位のパルス）が出力される通常パルス中の期間、ロックパルス制御回路１２２をディゼーブルにする制御信号Ｓ１１を出力するモータ駆動パルス波形成形回路１２１と、モータ駆動パルス波形成形回路１２１から出力される制御信号Ｓ１１と、衝撃検出回路１０４によって検出された衝撃検出信号Ｓ３３が入力され、衝撃検出時にステップモータ１０５の秒針のずれを防止するロックパルスの出力の制御信号Ｓ１２，Ｓ１３を出力するロックパルス制御回路１２２と、ロックパルス制御回路１２２から出力されるロックパルスの制御信号Ｓ１３と、波形成形回路１１５から出力される波形成形後の分周出力Ｓ５（１０秒単位のパルス）に基づいて出力期間を設定するカウンタからなるロックパルス用カウンタ１２３と、ロックパルス用カウンタ１２３から出力されるロックパルスＳ１４を波形成形するロックパルス波形成形回路１２４と、秒針１０６の運針状態のときにステップモータ１０５に駆動パルスを供給した直後の時期にステップモータ１０５のロータ１６２が回転したかどうかを検出するための負荷補償制御回路１２５と、秒針１０６の運針状態のときに衝撃検出を停止させ、非運針状態のときに衝撃検出するための衝撃検出抵抗制御回路１２６とを有している。

駆動回路１０３は、制御回路１０２から秒針１０６を１秒毎に運針駆動するための駆動パルスＳ１８，Ｓ１９をステップモータ１０５に供給する信号ラインＡＡ，ＢＢを有している。信号ラインＡＡには、ＭＯＳ−ＦＥＴ等のトランジスタ１３１，１３２が設けられ、信号ラインＢＢには駆動パルスＳ２０，Ｓ２１を受けるトランジスタ１３３，１３４が設けられ、ステップモータ１０５のコイル１６１に供給する。信号ラインＡＡ上には、トランジスタ１３１，１３２と並列にトランジスタ１３５が設けられ、信号ラインＢＢ上には、トランジスタ１３３，１３４と並列にトランジスタ１３６が設けられる。これらトランジスタ１３５，１３６は、非運針状態のときにチョッパー増幅用波形成形回路１１８から供給される衝撃検出用のパルス信号Ｓ１０を信号ラインＡＡ，ＢＢに供給する。このトランジスタ１３５，１３６は、駆動パルスＳ１８，Ｓ１９，Ｓ２０，Ｓ２１を出力するドライバとしてのトランジスタ１３１，１３２，１３３，１３４と並列に設けられて小さめのトランジスタであるためにゲート容量が小さく消費電力の増加を抑えることができる。

衝撃検出回路１０４は、信号ラインＡＡに接続された衝撃検出抵抗１４１とトランジスタ１４２と、信号ラインＢＢに接続された衝撃検出抵抗１４３とトランジスタ１４４を有する。衝撃検出抵抗１４１の抵抗値は、ステップモータ１０５のロータ１６２が衝撃で回転したことが検出できる最低の値（例えば４０ｋΩ〜１６０ｋΩの範囲）に設定される。抵抗値は大きくすれば感度を上げることができるが、同時に小さな衝撃でも衝撃検出されることになるため、適切な値を設定する必要がある。この衝撃検出抵抗１４１の抵抗値は、時計の機種（例えば秒針１０６の重さ、慣性モーメント（称して、片重り）や大きさ）毎や、個々の時計毎に最適な値を設定、あるいは調整して出荷することができる。これにより、不必要に衝撃検出したときのロックパルスの出力を抑えることができる。

トランジスタ１４２，１４４は、衝撃検出抵抗制御回路１２６の制御信号Ｓ１５により非運針状態で衝撃を検出できるよう制御される。秒針１０６の非運針時に受けた衝撃は、ステップモータ１０５の逆起電力により信号ラインＡＡ，ＢＢ上に電流波形として表れる。この際、チョッパー増幅された電流波形（衝撃検出信号）が衝撃検出ライン上の信号Ｓ２２，Ｓ２３を介してインバータ１４５，１４６に入力される。インバータ１４５，１４６は、予め定めた閾値と、入力された衝撃検出信号Ｓ２２，Ｓ２３とを比較し、衝撃検出信号Ｓ２２，Ｓ２３のレベルが閾値を超えたときに衝撃検出状態の信号Ｓ２８，Ｓ２９（この信号についても衝撃検出信号と称す）を出力する。

レベル変換回路１４７，１４８は、この衝撃検出信号Ｓ２８，Ｓ２９をレベル変換した信号Ｓ３０，Ｓ３１をＯＲ回路１４９に出力し、ＯＲ回路１４９は信号Ｓ３０，Ｓ３１をＡＮＤ回路１５０に出力Ｓ３２として出力する。ＡＮＤ回路１５０には、この信号（衝撃検出信号）Ｓ３２と、衝撃検出抵抗制御回路１２６の制御信号Ｓ１５が入力され、非運針時に検出された衝撃検出信号Ｓ３３のみをロックパルス制御回路１２２に出力する。また、信号ラインＡＡ，ＢＢには負荷補償検出抵抗１５１，１５２と、トランジスタ１５３，１５４が接続され、負荷補償制御回路１２５の信号Ｓ１６により負荷補償検出時期が制御される。負荷補償時には、信号ラインＡＡ，ＢＢにそれぞれ接続されたインバータ１５５，１５６の出力Ｓ２４，Ｓ２５がＯＲ回路１５７を介した出力Ｓ２６として負荷補償制御回路１２５に出力される。そして、その結果を反映し、信号Ｓ２７がモータ駆動パルス波形成形回路１２１に出力される。

ステップモータ１０５は、コイル１６１の磁極片１６１ａ部分で回転可能なロータ１６２と、ロータ１６２に連結された複数のギヤ１６３，１６４からなる。最終段のギヤ１６４には秒針１０６が取り付けられている。

図２は、レギュレータ回路を示すブロック図である。この発明の腕時計は、電源電圧ＶＳＳをレギュレータ回路２００により定電圧Ｖｒｅｇとして衝撃検出回路１０４のインバータ１４５，１４６に供給する。これにより、インバータ１４５，１４６は、電源電圧に依存せず感度の変化を防止して安定した衝撃検出が行えるようになる。また、インバータ１４５，１４６は、閾値付近で衝撃検出信号のレベルが変動すると、消費電力が増大するため、能力を下げるよう設定されている。この設定であっても電圧レベルで検出を行っているので、検出レベル、および感度への影響はない。

図３は、ロックパルス用カウンタの構成を示す回路図である。ロックパルス用カウンタ１２３は、所定周期（例えば１０秒毎）に行う論理周波数調整（ＤＦ調）のときロックパルスの出力期間が短くならないようにロックパルスの出力期間を確保する。ロックパルス用カウンタ１２３は、分周回路１１２から供給される分周出力Ｓ７が入力され、縦列接続された分周用の４つのカウンタＦ１〜Ｆ４と、最終段のカウンタＦ４の出力Ｓ４０と波形成形回路１１５からＤＦ調毎の出力Ｓ５が入力されるＡＮＤ回路３０６と、波形成形回路１１５の出力Ｓ５を反転させるインバータ３０７と、最終段のカウンタＦ４の出力Ｓ４０と波形成形回路１１５の出力Ｓ５をインバータ３０７により反転され入力されるＡＮＤ回路３０８と、ＡＮＤ回路３０６の出力をカウントするカウンタＦ５と、カウンタＦ５の出力Ｓ４１と、ＡＮＤ回路３０８の出力が入力されるＯＲ回路３０９とを有する。

カウンタＦ１〜Ｆ４の出力Ｓ４０に対し、カウンタＦ５の出力Ｓ４１は長い期間のロックパルスを出力する。すなわち、ＤＦ調を行う際には、カウンタＦ５の出力Ｓ４１を用い、ＤＦ調を行わない際にはカウンタＦ１〜Ｆ４の出力Ｓ４０を用いることにより、所定周期毎のＤＦ調を行う際にロックパルスの出力期間が短縮されることを防止している。すなわち、ＯＲ回路３０９の出力Ｓ１４は、ロックパルスの出力期間として一定な期間を確保している。ロックパルスは、ロックパルス波形成形回路１２４を介して波形成形された後にステップモータ１０５に供給される。

図４は、ＢＤ制御回路の制御内容を示すタイミングチャートである。ＢＤ制御回路１１７は、分周回路１１２，１１４の分周出力Ｓ４，Ｓ６のタイミングに基づき、通常の運針で電源電圧が低下したことを定期的に検出する（図中（ａ））。そして、衝撃検出によりロックパルス制御回路１２２からロックパルス（図中（ｂ）、図１の信号Ｓ３４）が出力されたとき（時期ｔ１）、ＢＤ制御回路１１７は、電源電圧の検出を停止する。ＢＤ制御回路１１７は、図中（ｃ）に示すように、時期ｔ１からロックパルスの出力が停止する時期ｔ２に至るまでの期間状態保持を行う。そして、時期ｔ２以降の所望時期（時期ｔ３）に停止されていた電源電圧の検出を再開させる。なお、通常の電源電圧の検出間隔は、図４の（ａ）に記載のタイミングよりも十分に長い。

次に、上記構成による動作を説明する。図５は、秒針の運針状態、および非運針状態のそれぞれにおける各部の信号状態を示すタイミングチャートである。図に示すように、秒針は交互に非運針状態と運針状態がある。非運針状態から運針状態に変わるとき、制御回路１０２は、トランジスタ１３１に対する出力Ｓ１８が「Ｈ」から「Ｌ」に変わり、トランジスタ１３２に対する出力Ｓ１９は「Ｌ」のまま変わらない。チョッパー増幅用波形成形回路１１８の出力Ｓ１０は図示のように、非運針状態のときチョッパー増幅のために周期的なパルスを出力する。信号ラインＡＡ、および信号ラインＢＢは、図中実線の期間が「Ｈ」で活性化され、点線の期間はＯＰＥＮである。

また、制御回路１０２は、トランジスタ１３３に対する出力Ｓ２０が「Ｈ」から所定期間（Ｔ２：例えば１ｍｓ）だけ経過してから駆動パルスの出力で周期的に「Ｈ」と「Ｌ」が交番する状態に変わり、トランジスタ１３４に対する出力Ｓ２１も同様に「Ｌ」から駆動パルスにより周期的に「Ｈ」と「Ｌ」が交差する状態に変わる。衝撃検出抵抗制御回路１２６は、運針状態の期間中、出力Ｓ１５により衝撃検出を禁止する（衝撃検出禁止区間Ｔ０）。この衝撃検出禁止区間は、運針状態から非運針状態に変わったとき所定期間（Ｔ１）だけ経過してから終了する。また、負荷補償制御回路１２５は、負荷補償検出区間に置いては、信号ラインＡＡ，ＢＢともにオープンとし、逆起電力による電流を許可するとともに、トランジスタ１５３，１５４をＯＮさせ電位をＶＤＤとし、片方の逆起電力により発生する電圧をインバータ１５５，１５６によって検出する。これにより、ステップモータ１０５のロータ１６２が回転したかどうかを検出する。このため、運針パルス出力後、数ｍｓの間、信号Ｓ１６を出力し、回転検出を行う。

図６は、運針状態における各部の信号状態を示すタイミングチャートである。運針状態の期間中は、運針開始から順に静的安定点からスタートさせる区間（期間Ｔ２：図５も参照のこと）、駆動パルス発生区間（期間Ｔ３）、負荷補償検出区間（期間Ｔ４）、静的安定点に戻す区間（期間Ｔ５）からなる。これら静的安定点とはステップモータ１０５のロータ１６２が駆動パルスの供給を受けない状態で安定する回転位置である。

駆動パルスは、制御回路１０２がトランジスタ１３３，１３４に対して図示の如く交差する所定数のパルス信号Ｓ２０，Ｓ２１からなる。この駆動パルスは、静的安定点からスタートさせる区間（期間Ｔ２）経過後に所定期間（例えば６ｍｓ）の間出力される。駆動パルス出力前における信号ラインＡＡ，ＢＢはオープンの状態であるため、急激に駆動パルスを供給するとステップモータ１０５のロータ１６２が静的安定点ではない不安定な位置から動き出すことになってしまう。この期間Ｔ２を設けることにより、ロータ１６２を静的安定点に引き戻すことができる。この駆動パルスの供給によりステップモータ１０５に流れる電流波形は、図示の如く変化する。駆動パルス発生区間（期間Ｔ３）が終了した後、信号ラインＡＡ，ＢＢ上の電流波形は収束のために図示の如く変動する。負荷補償検出区間（期間Ｔ４）では、ステップモータ１０５からの逆起電力を検出するために負荷補償制御回路１２５から出力Ｓ１６を出力する。この後、静的安定点に戻す区間（期間Ｔ５）の経過を待って運針状態が終了する。

図７は、非運針状態の期間中に軽衝撃が生じたときの各部の信号状態を示すタイミングチャートである。非運針状態に移行したとき、信号Ｓ１８は「Ｈ」、信号Ｓ１９は「Ｌ」、信号Ｓ１０は周期が１ｍｓでチョッパー幅である「Ｌ」期間が３０．５μｓの交番信号、信号Ｓ２０は「Ｈ」、信号Ｓ２１は「Ｌ」、信号Ｓ１５は「Ｈ」、信号Ｓ１６は「Ｌ」である。

この状態において時期ｔ５に軽衝撃が加わったとする。この場合、電流波形は図示の如く変化する。この電流波形はチョッパー増幅である信号Ｓ１０により増幅される。これにより、軽衝撃により生じた電流波形のレベルが小さくても図示のように、チョッパー増幅されてピーク値が高くなり軽衝撃の発生から短い期間で閾値を超え、衝撃検出できるようになる。チョッパー増幅の動作の詳細は後述する。

衝撃検出回路１０４のインバータ１４５，１４６に設定されている閾値は、定電圧とされたＶｒｅｇの半分の電圧（Ｖｒｅｇ／２）である。軽衝撃が加えられてステップモータ１０５のコイル１６１の誘起電力がこの閾値を超えたとき（時期ｔ６）、衝撃検出信号Ｓ３３がロックパルス制御回路１２２に出力される。ロックパルス制御回路１２２は、信号ラインＡＡに設けられたトランジスタ１３１，１３２に供給する信号Ｓ１８，Ｓ１９をいずれも「Ｈ」とし、ロックパルスを出力する（信号ラインＢＢの電流波形が「Ｈ」から「Ｌ」に変化）。同時に信号ラインＢＢに設けられたトランジスタ１３３，１３４に供給する信号Ｓ２０，Ｓ２１をいずれも「Ｈ」から「Ｌ」にする。また、信号Ｓ１５を「Ｌ」にする。上記説明は、信号ラインＢＢの電流波形が閾値を超えたとしたが、信号ラインＡＡの電流波形が同様に閾値を超えたときにもロックパルスが出力される。

このロックパルスによって秒針１０６を制動して移動による秒針１０６のずれを防止する。このロックパルスは、衝撃を検出した後に駆動パルスと同相のパルスを印加することにより秒針１０６（ロータ１６２）の回転を引き戻す形で制動（停止保持）する。これにより、秒針１０６（ロータ１６２）の移動後にこれを補正する制御を行う必要がない。

図７に示すように、ロックパルス区間Ｔ６は、例えば１ｍｓに設定され、信号ラインＡＡを介してステップモータ１０５のコイル１６１に連続する「Ｌ」レベルを供給する（ロック期間Ｔ６ａ）。ロックパルス区間Ｔ６のロック期間Ｔ６ａに対応して、衝撃検出抵抗制御回路１２６は、信号Ｓ１５を「Ｌ」に維持し、衝撃検出を禁止する。また、ロック期間Ｔ６ａの後には安定区間Ｔ６ｂが設けられており、ロックパルスが供給された後、トランジスタ１３１，１３２に対して信号Ｓ１８，Ｓ１９をいずれも「Ｌ」として供給する。安定区間Ｔ６ｂの後には不感区間Ｔ６ｃが設けられ、信号Ｓ１８を「Ｈ」に復帰させる。これにより、図示のようにロックパルス区間Ｔ６内で電流波形の変動を収束させることができる。

図８は、非運針状態の期間中に強衝撃が生じたときの各部の信号状態を示すタイミングチャートである。図７と比較して各部の信号状態はほぼ一致しているが、強衝撃であるため、軽衝撃よりも短い時間で衝撃検出できる。時期ｔ５に強衝撃が加わったとき、電流波形は図示の如く短時間で閾値を超えるように変化する。これにより、強衝撃が加えられてステップモータ１０５のコイル１６１がこの閾値を超えたとき（時期ｔ６）、ロックパルス制御回路１２２は、信号ラインＡＡに設けられたトランジスタ１３１，１３２に供給する信号Ｓ１８，Ｓ１９をいずれも「Ｈ」とし、ロックパルスを出力する。以降の各信号状態は図７と同様であり説明を省略する。

図９は、軽衝撃時に検出される電流波形を示す図である。時期ｔ５に軽衝撃が加えられたとき、ステップモータ１０５のコイル１６１は、衝撃の度合いが軽いため、図示のように衝撃検出用の閾値Ｖｔｈを超えないことがある。これにより軽衝撃時に衝撃を検出できずロックパルスを出力できないことがある。

図１０は、チョッパー増幅による軽衝撃時の電流波形を示す図である。図９と同様に時期ｔ５に同様の軽衝撃が加えられ、チョッパー増幅用波形成形回路１１８からチョッパー増幅されたときの電流波形が示されている。図示のように、所定周期（図示の例では１ｍｓ）でチョッパー増幅することにより、軽衝撃時の電流の値が衝撃検出用のインバータ１４５，１４６に設定された閾値Ｖｔｈを超え、時期ｔ６に衝撃を検出することができる。

図１１は、チョッパー増幅時の周期とチョッパー幅の関係の設定例を示す図表である。チョッパー増幅は、例えば、周期が１ｍｓ（１ｋＨｚ）、チョッパー幅である「Ｌ」期間が３０．５μｓに設定される。特に、チョッパー幅である「Ｌ」期間を時計用として設定し得る最も短周期の基準周期（原振）に設定している。３０．５μｓより広いと検出区間が短くなり、狭いとチョッパー増幅できない不具合を生じる。周期を１ｍｓに設定したのは、衝撃による逆起電圧の間隔（例えば２ｍｓ）より短い期間に設定することにより、ピーク値を超える前に検出するためである。また、軽衝撃時の間隔がより短い可能性もあるため１ｍｓとした。さらに、１ｍｓより短い周期にすると、ドライバとして用いるＰＭＯＳトランジスタ１３５，１３６のゲート静電容量による消費電力が増大するためである。

また、チョッパー増幅の増幅比は、時計の機種（例えば秒針１０６の重さ、片重りや大きさ）毎や、個々の時計毎に最適な値を設定、および調整することができる。さらに、電源電圧に対応して周期を可変することもでき、電源電圧の変動に対応し、安定した衝撃検出が行えるようになる。

また、ロックパルスについては、電源電圧によりパルス幅を可変することができ、電源電圧に対して最も効率のよいパルス幅でロックパルスを出力することができる。このロックパルスは、運針状態の駆動パルスよりも大きな期間のパルス（例えば２倍）にすることにより秒針１０６を制動することができるようになる。また、前述したＢＤ（バッテリの電源電圧検出）およびＤＦ調（論理周波数調整）の検出タイミングを避けてロックパルスの出力を優先させるため、非運針時における秒針１０６のずれを防止する際、他の処理に優先して衝撃検出できるようになる。

図１２および図１３は、それぞれ本発明の構成における電源電圧と時刻狂いの関係を説明するための図表である。これらの図において、衝撃検出抵抗１４１，１４３の抵抗値は５ｋΩ、ロックパルスの安定期間Ｔ６ｂは５ｍｓ、不感区間Ｔ６ｃは１ｍｓ（図７参照）である。図１２におけるロックパルスのロック期間は５ｍｓであり、図１３におけるロックパルスのロック期間は１０ｍｓである点が異なる。これらの図表の横軸は落下高さ、縦軸は電源電圧（ステップモータ１０６のコイル１６１に対する印加電圧）である。

図１２に示すように、ロックパルスのロック期間が５ｍｓのときには、落下高さの違いにかかわらず、電源電圧が１．５Ｖ以下〜１．２５Ｖのほとんどの場合において２秒遅れる、という時刻狂いが生じた。これに対して、図１３に示すように、ロックパルスのロック期間を１０ｍｓとしたときには、全ての高さからの落下、および電源電圧が１．８Ｖ〜１．２５Ｖのいずれの電源電圧としたときであっても時刻の狂いは生じなかった。このようにロックパルスのロック期間を適当な値に設定することにより、時刻狂いを解消できるようになる。

また、電源電圧が比較的高い（例えば１．８Ｖ〜１．６Ｖ）場合には、ロックパルスのロック期間を短縮（例えば１０ｍｓから５ｍｓへの短縮化）する設定にすることもできる。このため、制御回路１０２は、ＢＤ制御回路１１７等によって検出されたバッテリの電源電圧に応じてロック期間を可変する構成とすることができる。例えば、電源電圧に最適なロック期間を予めテーブル形式等で図示しない記憶部に設定しておき、検出された電源電圧に対応するロック期間を記憶部から読み出して用いることができる。

以上説明したように、この発明の実施の形態１によれば、秒針が非運針状態のときに受けた衝撃が軽衝撃であっても強衝撃であってもこの衝撃を検出でき、秒針のずれを防止し正確な時刻表示を行うことができるようになる。さらに、精度よく衝撃検出できるため、ステップモータの保持トルクを増大させずとも秒針を制動させることができ、衝撃検出時に必要な秒針の制動に必要な消費電力の低減を図ることができるようになる。

（実施の形態２）
図１４は、この発明の実施の形態２にかかるアナログ電子時計の構成を示すブロック図である。実施の形態１を用いて説明した構成と同一の構成部には同一の符号を附している。この実施の形態２では、実施の形態１において独立して設けた衝撃検出抵抗と負荷補償検出抵抗を共用した検出抵抗として設けられる。信号ラインＡＡには検出抵抗１２０１とトランジスタ１２０２が設けられ、信号ラインＢＢには検出抵抗１２０３とトランジスタ１２０４が設けられる。検出抵抗１２０１，１２０３の抵抗値は、実施の形態１同様に、ステップモータ１０５のロータ１６２が衝撃で回転したことが検出できる最低の値（例えば４０ｋΩ〜１６０ｋΩの範囲）に設定される。なお、検出抵抗１２０１，１２０３を可変抵抗とし、衝撃検出時に適した抵抗値（例えば４０ｋΩ）と、負荷補償検出時に適した抵抗値（１６０ｋΩ）に切り替える構成にもできる。

衝撃検出抵抗制御回路１２６が出力する信号Ｓ１５と、負荷補償制御回路１２５が出力する信号Ｓ１６は、ＯＲ回路１２０５を介してトランジスタ１２０２，１２０４に接続され、衝撃検出時および負荷補償検出時それぞれのタイミングで制御する。衝撃検出回路１０４が出力する衝撃検出信号Ｓ３２は、負荷補償制御回路１２５に出力される。衝撃検出抵抗制御回路１２６が出力する信号Ｓ５１は、負荷補償制御回路１２５を上述した負荷補償用として働かせるか、あるいは、ロックパルス制御回路１２２として働かせるかの選択用として出力される。負荷補償制御回路１２５は、運針時は、負荷補償制御回路として働き、信号Ｓ２７を出力するかしないかを判断し、非運針時はロックパルス制御回路として働き、信号Ｓ５３を出力するかしないかを判断する。実施の形態２の構成においても各部の信号状態は実施の形態１と同様であり、同様の衝撃検出機能を有している。

以上説明した実施の形態２の構成によれば、実施の形態１同様に、秒針が非運針状態のときに受けた衝撃が軽衝撃であっても強衝撃であってもこの衝撃を検出でき、秒針のずれを防止し正確な時刻表示を行うことができるようになる。さらに、精度よく衝撃検出できるため、ステップモータの保持トルクを増大させずとも秒針を制動させることができ、衝撃検出時に必要な秒針の制動に必要な消費電力の低減を図ることができるようになる。加えて、衝撃検出および負荷補償検出用の抵抗の数、および駆動するトランジスタの数を削減でき、回路素子の数、コストおよびスペースの削減を図ることができるようになる。

以上説明したように、この発明によれば、秒針が非運針状態のときの衝撃を検出でき、秒針のずれを防止し正確な時刻表示を行うことができ、秒針の太さや大きさ、重さ、片重りにかかわらず衝撃検出時に秒針を制動させることができるため、秒針を大きくして表示している時刻の視認性を向上させることができるようになる。また、秒針のデザインの制約を緩和でき、多様なデザイン化を図ることができるようになる。

なお、本実施の形態で説明した衝撃検出時の制御方法は、ランダムロジックにより実現されているが、予め用意されたプログラムを制御回路を構成するマイクロコンピュータで実行することにより実現することも可能である。このプログラムは、ハードディスク、フレキシブルディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行される。またこのプログラムは、インターネット等のネットワークを介して配布することが可能な伝送媒体であってもよい。

以上のように、本発明にかかるアナログ電子時計は、衝撃を受けても時刻の狂いを防止できる時刻針を有するアナログ電子時計に有用であり、特に、装着して用いるため、落下や物にぶつかった衝撃を受けやすい腕時計等に適している。

この発明の実施の形態１にかかるアナログ電子時計の構成を示すブロック図である。 レギュレータ回路を示すブロック図である。 ロックパルス用カウンタの構成を示す回路図である。 ＢＤ制御回路の制御内容を示すタイミングチャートである。 秒針の運針状態、および非運針状態のそれぞれにおける各部の信号状態を示すタイミングチャートである。 運針状態における各部の信号状態を示すタイミングチャートである。 非運針状態の期間中に軽衝撃が生じたときの各部の信号状態を示すタイミングチャートである。 非運針状態の期間中に強衝撃が生じたときの各部の信号状態を示すタイミングチャートである。 軽衝撃時に検出される電流波形を示す図である。 チョッパー増幅による軽衝撃時の電流波形を示す図である。 チョッパー増幅時の周期とチョッパー幅の関係の設定例を示す図表である。 本発明の構成における電源電圧と時刻狂いの関係を説明するための図表である。 本発明の構成における電源電圧と時刻狂いの関係を説明するための図表である。 この発明の実施の形態２にかかるアナログ電子時計の構成を示すブロック図である。

符号の説明

１００ アナログ電子時計
１０１ 駆動信号供給部
１０２ 制御回路
１０３ 駆動回路
１０４ 衝撃検出回路
１０５ ステップモータ
１０６ 秒針
１１１ 発振回路
１１２，１１３，１１４ 分周回路
１１５ 波形成形回路
１１６ ＤＦ調回路
１１７ ＢＤ制御回路
１１８ チョッパー増幅用波形成形回路
１２１ モータ駆動パルス波形成形回路
１２２ ロックパルス制御回路
１２３ ロックパルス用カウンタ
１２４ ロックパルス波形成形回路
１２５ 負荷補償制御回路
１２６ 衝撃検出抵抗制御回路
１３１，１３２，１３３，１３４，１３５，１３６，１４２，１４４，１５３，１５４ トランジスタ
１４１，１４３ 衝撃検出抵抗
１４５，１４６ インバータ
１４７，１４８ レベル変換回路
１４９，１５７ ＯＲ回路
１５０ ＡＮＤ回路
１５１，１５２ 負荷補償検出抵抗
１５５，１５６ インバータ
１６１ コイル
１６１ａ 磁極片
１６２ ロータ
１６３，１６４ ギヤ
ＡＡ，ＢＢ 信号ライン

Claims (15)

1. 計時用の基準信号を生成して供給する駆動信号供給手段と、
   時刻針を運針駆動するステップモータと、
   前記ステップモータに駆動パルスを供給するための信号ラインを有する駆動手段と、
   前記ステップモータにより前記信号ラインに発生する逆起電力に基づいて外部から加えられた衝撃を検出する衝撃検出手段と、
   前記時刻針が運針状態のときには前記駆動信号供給手段から供給された前記基準信号に基づいて前記ステップモータを間欠的な駆動パルスにより駆動制御し、前記時刻針が非運針状態であって前記衝撃検出手段による前記衝撃が検出されたときには前記ステップモータを制動制御する制御手段と、を有し、
   前記衝撃検出手段は、前記信号ラインに接続された衝撃検出抵抗と、
   前記衝撃検出抵抗と電源電位間のオン・オフを行うスイッチ手段とを有し、
   前記制御手段は、
   前記時刻針が運針状態の場合に、前記スイッチ手段をオフにし前記衝撃検出抵抗と電源電位を切り離し、
   前記時刻針が非運針状態の場合に、前記駆動手段の出力をオープン状態とし、かつ、衝撃検出するために前記スイッチ手段をオンにし、前記衝撃検出抵抗を介して電源電位と前記信号ラインとを接続することを特徴とするアナログ電子時計。
2. 外部から衝撃が加えられたときに前記ステップモータが発生する逆起電力を所定の増幅度およびパルス周期で増幅するチョッパー増幅手段を備え、
   前記衝撃検出手段には、所定の閾値が設定され、前記チョッパー増幅手段により前記パルス周期を有して増幅された信号レベルが該閾値を超えたか否かに基づいて前記衝撃の有無を検出することを特徴とする請求項１に記載のアナログ電子時計。
3. 前記時刻針が非運用状態の場合に、前記信号ラインは、
   前記チョッパー増幅手段によるパルス出力中は固定電位とされ、それ以外の区間ではオープン状態とされることを特徴とする請求項２に記載のアナログ電子時計。
4. 前記チョッパー増幅手段は、前記パルス周期を前記時刻針の重さ、慣性モーメントに対応した値に設定したことを特徴とする請求項２または３に記載のアナログ電子時計。
5. 前記チョッパー増幅手段は、前記パルス周期を電源電圧に対応した値に設定したことを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つに記載のアナログ電子時計。
6. 前記チョッパー増幅手段は、前記パルスのチョッパー幅を３０．５μｓに設定したことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つに記載のアナログ電子時計。
7. 前記制御手段は、前記駆動パルスの出力直後に前記ステップモータからの逆起電力の検出に基づきロータの回転を検出する負荷補償手段を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載のアナログ電子時計。
8. 前記制御手段は、前記駆動パルスを出力する前にそれぞれ前記ステップモータのロータを静的安定点からスタートさせ、前記駆動パルスを出力した後に前記ステップモータのロータを静的安定点に戻すための所定時間の安定期間を設けたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載のアナログ電子時計。
9. 前記衝撃検出手段は、電源電圧に依存しない定電圧化された電源供給に基づき動作するインバータからなることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一つに記載のアナログ電子時計。
10. 前記衝撃検出手段は、衝撃時に前記ステップモータからの逆起電力を検出する衝撃検出抵抗を備え、
    前記負荷補償手段は、前記駆動パルスの出力直後に前記ステップモータからの逆起電力を検出する負荷補償用抵抗を備えたことを特徴とする請求項７に記載のアナログ電子時計。
11. 前記衝撃検出抵抗は、前記衝撃で前記ステップモータの回転が検出できる最低の抵抗値に設定されたことを特徴とする請求項１０に記載のアナログ電子時計。
12. 前記衝撃検出抵抗は、時計機種毎に設定可能なことを特徴とする請求項１０に記載のアナログ電子時計。
13. 前記衝撃検出用および前記負荷補償用を共用する検出抵抗を設け、
    前記衝撃検出手段および前記負荷補償手段は、前記検出抵抗を用いて前記衝撃検出および前記負荷補償検出を行うことを特徴とする請求項１０〜１２のいずれか一つに記載のアナログ電子時計。
14. 前記衝撃が検出されたときに前記ステップモータを制御するロックパルスを出力するロックパルス出力手段を備え、
    前記ロックパルス出力手段は、所定期間毎に論理周波数調整を行う際に前記ロックパルスが入力されたとき、該ロックパルスの出力期間を確保することを特徴とする請求項７〜１３のいずれか一つに記載のアナログ電子時計。
15. 所定期間毎に電源電圧を検出する際に前記ロックパルス出力手段から前記ロックパルスが出力されたとき、前記ロックパルスの出力を優先させるバッテリ検出制御手段を備えたことを特徴とする請求項７〜１４のいずれか一つに記載のアナログ電子時計。

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