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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024127047
(43)【公開日】2024-09-20
(54)【発明の名称】電子制御式機械時計
(51)【国際特許分類】
G04C 10/00 20060101AFI20240912BHJP
G04B 1/10 20060101ALI20240912BHJP
G04B 17/00 20060101ALI20240912BHJP
【ＦＩ】
G04C10/00 C
G04B1/10
G04B17/00 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023035891
(22)【出願日】2023-03-08
(71)【出願人】
【識別番号】000002369
【氏名又は名称】セイコーエプソン株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000637
【氏名又は名称】弁理士法人樹之下知的財産事務所
(72)【発明者】
【氏名】山▲崎▼ 豊
【テーマコード（参考）】
2F101
【Ｆターム（参考）】
2F101DJ01
2F101DJ06
2F101DK01
(57)【要約】
【課題】持続時間を長くでき、かつ、ムーブメントの大型化を抑制できる電子制御式機械時計の提供。
【解決手段】電子制御式機械時計は、ゼンマイと、輪列と、時刻を表示する指針と、輪列の回転周期を制御する調速機と、調速機を制御する制御手段と、ゼンマイの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、発電機の電気エネルギーを蓄電し、制御手段に電気エネルギーを供給する第１蓄電装置と、第１蓄電装置にスイッチを介して並列に接続され、電気エネルギーを蓄電可能な第２蓄電装置と、ゼンマイに蓄積される機械的エネルギー量を検出する検出手段とを備える。制御手段は、スイッチがオフ状態の場合に機械的エネルギー量が第１設定値を超えたことが検出されると、スイッチをオフ状態からオン状態に制御し、スイッチがオン状態の場合に機械的エネルギー量が第２設定値を下回ったことが検出されると、スイッチをオン状態からオフ状態に制御する。
【選択図】図２
【解決手段】電子制御式機械時計は、ゼンマイと、輪列と、時刻を表示する指針と、輪列の回転周期を制御する調速機と、調速機を制御する制御手段と、ゼンマイの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、発電機の電気エネルギーを蓄電し、制御手段に電気エネルギーを供給する第１蓄電装置と、第１蓄電装置にスイッチを介して並列に接続され、電気エネルギーを蓄電可能な第２蓄電装置と、ゼンマイに蓄積される機械的エネルギー量を検出する検出手段とを備える。制御手段は、スイッチがオフ状態の場合に機械的エネルギー量が第１設定値を超えたことが検出されると、スイッチをオフ状態からオン状態に制御し、スイッチがオン状態の場合に機械的エネルギー量が第２設定値を下回ったことが検出されると、スイッチをオン状態からオフ状態に制御する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ゼンマイと、
前記ゼンマイの機械的エネルギーを伝達する輪列と、
前記輪列によって駆動されて時刻を表示する指針と、
前記輪列の回転周期を制御する調速機と、
前記調速機を制御する制御手段と、
前記ゼンマイの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、
前記発電機の電気エネルギーを蓄電し、前記制御手段に電気エネルギーを供給する第１蓄電装置と、
前記第１蓄電装置にスイッチを介して並列に接続され、電気エネルギーを蓄電可能な第２蓄電装置と、
前記ゼンマイに蓄積される機械的エネルギー量を検出する検出手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記スイッチがオフ状態の場合に、前記検出手段で前記機械的エネルギー量が第１設定値を超えたことが検出されると、前記スイッチをオフ状態からオン状態に制御し、
前記スイッチがオン状態の場合に、前記検出手段で前記機械的エネルギー量が第２設定値を下回ったことが検出されると、前記スイッチをオン状態からオフ状態に制御する
ことを特徴とする電子制御式機械時計。
前記ゼンマイの機械的エネルギーを伝達する輪列と、
前記輪列によって駆動されて時刻を表示する指針と、
前記輪列の回転周期を制御する調速機と、
前記調速機を制御する制御手段と、
前記ゼンマイの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、
前記発電機の電気エネルギーを蓄電し、前記制御手段に電気エネルギーを供給する第１蓄電装置と、
前記第１蓄電装置にスイッチを介して並列に接続され、電気エネルギーを蓄電可能な第２蓄電装置と、
前記ゼンマイに蓄積される機械的エネルギー量を検出する検出手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記スイッチがオフ状態の場合に、前記検出手段で前記機械的エネルギー量が第１設定値を超えたことが検出されると、前記スイッチをオフ状態からオン状態に制御し、
前記スイッチがオン状態の場合に、前記検出手段で前記機械的エネルギー量が第２設定値を下回ったことが検出されると、前記スイッチをオン状態からオフ状態に制御する
ことを特徴とする電子制御式機械時計。
【請求項2】
請求項１に記載の電子制御式機械時計において、
前記第１設定値は、前記第２設定値より大きい
ことを特徴とする電子制御式機械時計。
前記第１設定値は、前記第２設定値より大きい
ことを特徴とする電子制御式機械時計。
【請求項3】
請求項１に記載の電子制御式機械時計において、
前記発電機は、ローターを備え、
前記第２設定値は、前記ローターの回転速度が基準速度以下となる値である
ことを特徴とする電子制御式機械時計。
前記発電機は、ローターを備え、
前記第２設定値は、前記ローターの回転速度が基準速度以下となる値である
ことを特徴とする電子制御式機械時計。
【請求項4】
請求項１に記載の電子制御式機械時計において、
前記第２蓄電装置に蓄電される蓄電量は、前記第１蓄電装置に蓄電される蓄電量より大きい
ことを特徴とする電子制御式機械時計。
前記第２蓄電装置に蓄電される蓄電量は、前記第１蓄電装置に蓄電される蓄電量より大きい
ことを特徴とする電子制御式機械時計。
【請求項5】
請求項１に記載の電子制御式機械時計において、
クロック信号を出力する発振手段と、
前記発振手段の停止を検出する発振停止検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記発振停止検出手段で前記発振手段の停止を検出している場合は、前記スイッチをオフ状態に維持する
ことを特徴とする電子制御式機械時計。
クロック信号を出力する発振手段と、
前記発振手段の停止を検出する発振停止検出手段と、を備え、
前記制御手段は、前記発振停止検出手段で前記発振手段の停止を検出している場合は、前記スイッチをオフ状態に維持する
ことを特徴とする電子制御式機械時計。
【請求項6】
請求項１に記載の電子制御式機械時計において、
前記第２蓄電装置の電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記制御手段は、前記電圧検出手段で前記第２蓄電装置の電圧が所定値以下であることを検出している場合は、前記機械的エネルギー量が前記第１設定値を超えたことが検出されても前記スイッチをオフ状態に維持する
ことを特徴とする電子制御式機械時計。
前記第２蓄電装置の電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記制御手段は、前記電圧検出手段で前記第２蓄電装置の電圧が所定値以下であることを検出している場合は、前記機械的エネルギー量が前記第１設定値を超えたことが検出されても前記スイッチをオフ状態に維持する
ことを特徴とする電子制御式機械時計。
【請求項7】
請求項１に記載の電子制御式機械時計において、
前記発電機は、前記輪列に接続されたローターを備え、
前記検出手段は、前記ローターの回転速度に基づいて前記機械的エネルギー量を検出する
ことを特徴とする電子制御式機械時計。
前記発電機は、前記輪列に接続されたローターを備え、
前記検出手段は、前記ローターの回転速度に基づいて前記機械的エネルギー量を検出する
ことを特徴とする電子制御式機械時計。
【請求項8】
ゼンマイと、
前記ゼンマイの機械的エネルギーを伝達する輪列と、
前記輪列によって駆動されて時刻を表示する指針と、
前記輪列の回転周期を制御する調速機と、
前記調速機を制御する制御手段と、
前記ゼンマイの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、
前記発電機の電気エネルギーを蓄電し、前記制御手段に電気エネルギーを供給する第１蓄電装置と、
前記第１蓄電装置に並列に接続され、電気エネルギーを蓄電可能な第２蓄電装置と、
前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との間に配置され、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との接続状態を切り替えるスイッチと、を備え、
前記スイッチは、
前記ゼンマイの巻き上げ量が所定値を超えるとオフ状態からオン状態に切り替わり、前記第２蓄電装置を前記第１蓄電装置に接続し、
前記ゼンマイの巻き上げ量が所定値を下回るとオン状態からオフ状態に切り替わり、前記第２蓄電装置を前記第１蓄電装置から切断する
ことを特徴とする電子制御式機械時計。
前記ゼンマイの機械的エネルギーを伝達する輪列と、
前記輪列によって駆動されて時刻を表示する指針と、
前記輪列の回転周期を制御する調速機と、
前記調速機を制御する制御手段と、
前記ゼンマイの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、
前記発電機の電気エネルギーを蓄電し、前記制御手段に電気エネルギーを供給する第１蓄電装置と、
前記第１蓄電装置に並列に接続され、電気エネルギーを蓄電可能な第２蓄電装置と、
前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との間に配置され、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との接続状態を切り替えるスイッチと、を備え、
前記スイッチは、
前記ゼンマイの巻き上げ量が所定値を超えるとオフ状態からオン状態に切り替わり、前記第２蓄電装置を前記第１蓄電装置に接続し、
前記ゼンマイの巻き上げ量が所定値を下回るとオン状態からオフ状態に切り替わり、前記第２蓄電装置を前記第１蓄電装置から切断する
ことを特徴とする電子制御式機械時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、電子制御式機械時計に関する。
【背景技術】
【0002】
ゼンマイが開放する時の機械的エネルギーによって発電機を駆動して発生させた電気エネルギーを蓄電装置に蓄え、この蓄電装置から供給された電気エネルギーにより回転制御装置を駆動して発電機の回転周期を制御することにより、輪列で運針される指針を正確に駆動して正確に時刻を表示する電子制御式機械時計が知られている（特許文献１参照）。
【0003】
特許文献１の電子制御式機械時計では、ソーラー発電装置等の付加発電機および第２蓄電装置を備える付加電源装置を設け、蓄電装置の電圧が低下した場合に付加電源装置から電気エネルギーを供給することで、持続時間を延長することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０００－２１４２７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
特許文献１の電子制御式機械時計では、機械的エネルギーで発電する発電機とは別に、付加発電機等を備える付加電源装置を設けるため、時計のムーブメントが大型化するという課題があった。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示の電子制御式機械時計は、ゼンマイと、前記ゼンマイの機械的エネルギーを伝達する輪列と、前記輪列によって駆動されて時刻を表示する指針と、前記輪列の回転周期を制御する調速機と、前記調速機を制御する制御手段と、前記ゼンマイの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、前記発電機の電気エネルギーを蓄電し、前記制御手段に電気エネルギーを供給する第１蓄電装置と、前記第１蓄電装置にスイッチを介して並列に接続され、電気エネルギーを蓄電可能な第２蓄電装置と、前記ゼンマイに蓄積される機械的エネルギー量を検出する検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記スイッチがオフ状態の場合に、前記検出手段で前記機械的エネルギー量が第１設定値を超えたことが検出されると、前記スイッチをオフ状態からオン状態に制御し、前記スイッチがオン状態の場合に、前記検出手段で前記機械的エネルギー量が第２設定値を下回ったことが検出されると、前記スイッチをオン状態からオフ状態に制御することを特徴とする。
【0007】
本開示の電子制御式機械時計は、ゼンマイと、前記ゼンマイの機械的エネルギーを伝達する輪列と、前記輪列によって駆動されて時刻を表示する指針と、前記輪列の回転周期を制御する調速機と、前記調速機を制御する制御手段と、前記ゼンマイの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、前記発電機の電気エネルギーを蓄電し、前記制御手段に電気エネルギーを供給する第１蓄電装置と、前記第１蓄電装置に並列に接続され、電気エネルギーを蓄電可能な第２蓄電装置と、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との間に配置され、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との接続状態を切り替えるスイッチと、を備え、前記スイッチは、前記ゼンマイの巻き上げ量が所定値を超えるとオフ状態からオン状態に切り替わり、前記第２蓄電装置を前記第１蓄電装置に接続し、前記ゼンマイの巻き上げ量が所定値を下回るとオン状態からオフ状態に切り替わり、前記第２蓄電装置を前記第１蓄電装置から切断することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】実施形態の電子制御式機械時計を示す正面図である。
【図2】実施形態の電子制御式機械時計の概略構成を示すブロック図である。
【図3】実施形態の時計の要部の概略構成を示す回路図である。
【図4】実施形態のスイッチ回路を示す回路図である。
【図5】実施形態のスイッチ回路の動作を説明する図である。
【図6】実施形態のスイッチ回路の動作を説明する図である。
【図7】ローターの回転速度とＩＣ印加電圧のタイミングチャートである。
【図8】ゼンマイの出力トルクと、電源回路電圧の関係を示すグラフである。
【図9】変形例のスイッチの構成を示す図である。
【図10】変形例のスイッチの構成を示す図である。
【図11】変形例のスイッチの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、本開示の実施形態の電子制御式機械時計１を図面に基づいて説明する。
図１は、電子制御式機械時計１を示す正面図である。なお、以下の説明では、電子制御式機械時計１を時計１と略して説明する。図１に示すように、時計１は、ユーザーの手首に装着される腕時計であり、円筒状の外装ケース２を備え、外装ケース２の内周側に、文字板３が配置されている。外装ケース２の二つの開口のうち、表面側の開口は、カバーガラスで塞がれており、裏面側の開口は裏蓋で塞がれている。
図１は、電子制御式機械時計１を示す正面図である。なお、以下の説明では、電子制御式機械時計１を時計１と略して説明する。図１に示すように、時計１は、ユーザーの手首に装着される腕時計であり、円筒状の外装ケース２を備え、外装ケース２の内周側に、文字板３が配置されている。外装ケース２の二つの開口のうち、表面側の開口は、カバーガラスで塞がれており、裏面側の開口は裏蓋で塞がれている。
【0010】
時計１は、外装ケース２内に収容された図示略のムーブメントと、時刻情報を表示する指針４とを備えている。指針４は、時針４Ａ、分針４Ｂ、秒針４Ｃで構成される。文字板３には、カレンダー小窓３Ａが設けられており、カレンダー小窓３Ａから、日車６が視認可能となっている。また、文字板３には、時刻を指示するためのアワーマーク３Ｂや、パワーリザーブ針５で持続時間を指示する扇形のサブダイヤル３Ｃが設けられている。
【0011】
外装ケース２の側面には、りゅうず７が設けられている。りゅうず７は、時計１の中心に向かって押し込まれた０段位置から１段位置および２段位置に引き出されて移動することができる。
りゅうず７を１段位置に引いて回転すると、日車６を移動して日付を合わせることができる。りゅうず７を２段位置に引くと秒針４Ｃが停止し、２段位置でりゅうず７を回転すると、時針４Ａ、分針４Ｂが移動して時刻を合わせることができる。りゅうず７による日車６や時針４Ａ、分針４Ｂの修正方法は、従来の時計と同様であるため説明を省略する。
りゅうず７を１段位置に引いて回転すると、日車６を移動して日付を合わせることができる。りゅうず７を２段位置に引くと秒針４Ｃが停止し、２段位置でりゅうず７を回転すると、時針４Ａ、分針４Ｂが移動して時刻を合わせることができる。りゅうず７による日車６や時針４Ａ、分針４Ｂの修正方法は、従来の時計と同様であるため説明を省略する。
【0012】
また、りゅうず７を０段位置で回転すると、後述するゼンマイ４０を巻き上げることができる。そして、ゼンマイ４０の巻き上げに連動して、パワーリザーブ針５が移動する。本実施形態の時計１は、ゼンマイ４０をフルに巻き上げた場合に、約７２時間の持続時間を確保できる。
【0013】
［時計の概略構成］
図２は、時計１の概略構成を示すブロック図である。
図２に示すように、時計１は、制御手段であるＩＣ１０と、機械的エネルギー源としてのゼンマイ４０と、ゼンマイ４０のトルクを伝達するエネルギー伝達装置としての増速輪列５０と、増速輪列５０に連結されて時刻表示を行う表示部６０と、前記増速輪列５０を介して伝達されるトルクで駆動される発電機７０と、水晶振動子８０と、整流回路９０と、電源回路３０とを備えている。発電機７０は、後述するように増速輪列５０の回転速度を調速する調速機を兼用している。
図２は、時計１の概略構成を示すブロック図である。
図２に示すように、時計１は、制御手段であるＩＣ１０と、機械的エネルギー源としてのゼンマイ４０と、ゼンマイ４０のトルクを伝達するエネルギー伝達装置としての増速輪列５０と、増速輪列５０に連結されて時刻表示を行う表示部６０と、前記増速輪列５０を介して伝達されるトルクで駆動される発電機７０と、水晶振動子８０と、整流回路９０と、電源回路３０とを備えている。発電機７０は、後述するように増速輪列５０の回転速度を調速する調速機を兼用している。
【0014】
ＩＣ１０は、発振回路１１と、分周回路１２と、回転検出回路１３と、制動制御回路１４と、電源電圧検出回路１５と、発振停止検出回路１６とを備える。各回路の詳細は後述する。
【0015】
ゼンマイ４０は、図示を省略する巻き上げ輪列を介してりゅうず７によって巻き上げられる。
増速輪列５０は、ゼンマイ４０に蓄積される機械的エネルギーで回転する複数の歯車を備えて構成され、これらの歯車の軸に取り付けられた時針４Ａ、分針４Ｂ、秒針４Ｃを運針する。また、増速輪列５０は、発電機７０のローター７１のカナに噛合しており、ローター７１を回転する。
なお、図示は省略するが、ゼンマイ４０を巻き上げる巻き上げ輪列と、増速輪列５０とに連動するパワーリザーブ輪列が設けられ、このパワーリザーブ輪列には、パワーリザーブ針５が取り付けられている。
表示部６０は、図１に示す指針４や日車６を備えて構成され、時刻を表示する。
増速輪列５０は、ゼンマイ４０に蓄積される機械的エネルギーで回転する複数の歯車を備えて構成され、これらの歯車の軸に取り付けられた時針４Ａ、分針４Ｂ、秒針４Ｃを運針する。また、増速輪列５０は、発電機７０のローター７１のカナに噛合しており、ローター７１を回転する。
なお、図示は省略するが、ゼンマイ４０を巻き上げる巻き上げ輪列と、増速輪列５０とに連動するパワーリザーブ輪列が設けられ、このパワーリザーブ輪列には、パワーリザーブ針５が取り付けられている。
表示部６０は、図１に示す指針４や日車６を備えて構成され、時刻を表示する。
【0016】
［電源回路］
電源回路３０は、第１蓄電装置３１と、第２蓄電装置３２と、スイッチ回路３３とを備えている。
第１蓄電装置３１は、図３にも示すように、コンデンサーで構成され、発電機７０で発電された電荷を蓄え、電圧を平滑化してＩＣ１０に供給する。
第２蓄電装置３２は、リチウムイオン電池、全固体電池等の充電可能な二次電池で構成され、第１蓄電装置３１よりも大きな容量とされている。なお、第２蓄電装置３２は、二次電池に限定されず、大容量のコンデンサーでもよい。
第１蓄電装置３１は、整流回路９０に直接接続され、第２蓄電装置３２は、整流回路９０にスイッチ回路３３を介して接続されている。このため、スイッチ回路３３がオン状態に制御されると、第２蓄電装置３２は第１蓄電装置３１に並列に接続される。すなわち、スイッチ回路３３がオン状態に制御されると、ＩＣ１０のＶＤＤ端子に導通される第１の電源ライン２１と、ＩＣ１０のＶＳＳ端子に導通される第２の電源ライン２２に対して、第１蓄電装置３１および第２蓄電装置３２は並列に接続される。また、スイッチ回路３３がオフ状態に制御されると、第２蓄電装置３２は第１の電源ライン２１から切り離され、第１蓄電装置３１のみが第１の電源ライン２１および第２の電源ライン２２に接続される。したがって、スイッチ回路３３は、第１蓄電装置３１に第２蓄電装置３２を並列に接続するスイッチである。
なお、本実施形態では、第２の電源ライン２２がグランド電位ＶＳＳとされ、ＩＣ１０には電圧ＶＤＤが印加される。
また、本実施形態では、スイッチ回路３３は電源ライン２１と第２蓄電装置３２の間に記載されているが、電源ライン２２と第２蓄電装置３２の間にあっても良い。
電源回路３０は、第１蓄電装置３１と、第２蓄電装置３２と、スイッチ回路３３とを備えている。
第１蓄電装置３１は、図３にも示すように、コンデンサーで構成され、発電機７０で発電された電荷を蓄え、電圧を平滑化してＩＣ１０に供給する。
第２蓄電装置３２は、リチウムイオン電池、全固体電池等の充電可能な二次電池で構成され、第１蓄電装置３１よりも大きな容量とされている。なお、第２蓄電装置３２は、二次電池に限定されず、大容量のコンデンサーでもよい。
第１蓄電装置３１は、整流回路９０に直接接続され、第２蓄電装置３２は、整流回路９０にスイッチ回路３３を介して接続されている。このため、スイッチ回路３３がオン状態に制御されると、第２蓄電装置３２は第１蓄電装置３１に並列に接続される。すなわち、スイッチ回路３３がオン状態に制御されると、ＩＣ１０のＶＤＤ端子に導通される第１の電源ライン２１と、ＩＣ１０のＶＳＳ端子に導通される第２の電源ライン２２に対して、第１蓄電装置３１および第２蓄電装置３２は並列に接続される。また、スイッチ回路３３がオフ状態に制御されると、第２蓄電装置３２は第１の電源ライン２１から切り離され、第１蓄電装置３１のみが第１の電源ライン２１および第２の電源ライン２２に接続される。したがって、スイッチ回路３３は、第１蓄電装置３１に第２蓄電装置３２を並列に接続するスイッチである。
なお、本実施形態では、第２の電源ライン２２がグランド電位ＶＳＳとされ、ＩＣ１０には電圧ＶＤＤが印加される。
また、本実施形態では、スイッチ回路３３は電源ライン２１と第２蓄電装置３２の間に記載されているが、電源ライン２２と第２蓄電装置３２の間にあっても良い。
【0017】
図４は、本実施形態のスイッチ回路３３の一例である。図４に示すスイッチ回路３３は、第１の電源ライン２１と第２蓄電装置３２とを接続するアナログスイッチで構成されている。スイッチ回路３３は、Ｎチャネルトランジスター３３１と、Ｐチャネルトランジスター３３２と、インバーター３３３とを備える。このため、スイッチ回路３３に入力される制御信号がＨレベルの場合、Ｎチャネルトランジスター３３１およびＰチャネルトランジスター３３２はオン状態に制御され、制御信号がＬレベルの場合は、Ｎチャネルトランジスター３３１およびＰチャネルトランジスター３３２はオフ状態に制御される。
第２蓄電装置３２の電圧ＶＢ、発電機７０の発電電圧ＶＧはそれぞれ可変するが、例えば、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢがＰチャネルトランジスター３３２の閾値電圧近傍まで低下すると、Ｐチャネルトランジスター３３２のゲート－ソース間の電圧ＶＧＳが小さくなり、ＯＮ抵抗が大きくなり、電流を流しにくくなる。一方、Ｎチャネルトランジスター３３１の電圧ＶＧＳは大きくなり、ＯＮ抵抗は小さくなり、電流を流し易くする。
逆に、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢが高くなると、Ｐチャネルトランジスター３３２の電圧ＶＧＳは大きくなり、ＯＮ抵抗が小さくなり電流を流し易くする。一方、Ｎチャネルトランジスター３３１の電圧ＶＧＳは小さくなり、ＯＮ抵抗が大きくなり、電流が流れにくくなる。
以上のように、入出力の電圧が変動するような場合、トランジスターを単体で使用する場合と比較して、アナログスイッチ回路であるスイッチ回路３３を用いれば、オン抵抗低減と入出力特性の線形性を改善できる。
第２蓄電装置３２の電圧ＶＢ、発電機７０の発電電圧ＶＧはそれぞれ可変するが、例えば、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢがＰチャネルトランジスター３３２の閾値電圧近傍まで低下すると、Ｐチャネルトランジスター３３２のゲート－ソース間の電圧ＶＧＳが小さくなり、ＯＮ抵抗が大きくなり、電流を流しにくくなる。一方、Ｎチャネルトランジスター３３１の電圧ＶＧＳは大きくなり、ＯＮ抵抗は小さくなり、電流を流し易くする。
逆に、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢが高くなると、Ｐチャネルトランジスター３３２の電圧ＶＧＳは大きくなり、ＯＮ抵抗が小さくなり電流を流し易くする。一方、Ｎチャネルトランジスター３３１の電圧ＶＧＳは小さくなり、ＯＮ抵抗が大きくなり、電流が流れにくくなる。
以上のように、入出力の電圧が変動するような場合、トランジスターを単体で使用する場合と比較して、アナログスイッチ回路であるスイッチ回路３３を用いれば、オン抵抗低減と入出力特性の線形性を改善できる。
【0018】
また、図５に示すように、スイッチ回路３３がオフ状態において、第１蓄電装置３１の電圧ＶＣがＩＣ停止電圧Ｖstop以上に維持されてＩＣ１０が動作中であっても、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢが所定値、例えば、ＩＣ１０の停止電圧Ｖstop以下に低下している場合、スイッチ回路３３をオンにすると、図６の矢印で示すように、第１蓄電装置３１に蓄えた電荷が第２蓄電装置３２側に放電し、第１蓄電装置３１の電圧ＶＣおよび第２蓄電装置３２の電圧ＶＢがＩＣ１０の停止電圧Ｖstop未満に低下する場合がある。
そのため、ＩＣ１０はスイッチ回路３３の第２蓄電装置３２側の電圧ＶＢを検出する電源電圧検出回路１５を備えており、スイッチ回路３３をオンする前に、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢを測定し、電圧ＶＢが所定値以下、例えばＩＣ１０の停止電圧Ｖstop以下の場合には、後述するように、ローター７１の回転速度が所定の第１回転速度ｖ１を上回っていても、スイッチ回路３３をオフ状態に維持する。
そのため、ＩＣ１０はスイッチ回路３３の第２蓄電装置３２側の電圧ＶＢを検出する電源電圧検出回路１５を備えており、スイッチ回路３３をオンする前に、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢを測定し、電圧ＶＢが所定値以下、例えばＩＣ１０の停止電圧Ｖstop以下の場合には、後述するように、ローター７１の回転速度が所定の第１回転速度ｖ１を上回っていても、スイッチ回路３３をオフ状態に維持する。
【0019】
第１蓄電装置３１および第２蓄電装置３２が共に電圧が低く、ＩＣ１０の動作が停止している時は、回転検出回路１３、電源電圧検出回路１５等は動作を停止しており、それらの回路から正しい制御信号が出力されるかは保証されない。
そのため、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢが低い状態で、かつスイッチ回路３３がオン状態の場合に、ゼンマイ４０が巻かれて発電機７０が動き始めても、容量の大きな第２蓄電装置３２に電荷が流れ込み、ＩＣ１０が起動できる電圧になるまで非常に長く時間がかかることになる。そこで、発振回路１１の発振停止と発振開始に同期した発振停止検出回路１６を用いてスイッチ回路３３を制御することで、ＩＣ１０が発振を停止している時はスイッチ回路３３をオフすることで、第１蓄電装置３１だけに確実に電荷を溜め、ＩＣ１０が正常に起動するだけの電圧を速く確保することができる。
そのため、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢが低い状態で、かつスイッチ回路３３がオン状態の場合に、ゼンマイ４０が巻かれて発電機７０が動き始めても、容量の大きな第２蓄電装置３２に電荷が流れ込み、ＩＣ１０が起動できる電圧になるまで非常に長く時間がかかることになる。そこで、発振回路１１の発振停止と発振開始に同期した発振停止検出回路１６を用いてスイッチ回路３３を制御することで、ＩＣ１０が発振を停止している時はスイッチ回路３３をオフすることで、第１蓄電装置３１だけに確実に電荷を溜め、ＩＣ１０が正常に起動するだけの電圧を速く確保することができる。
【0020】
［発電機］
図３に示すように、発電機７０は、ローター７１と、ローター７１の回転に伴い誘起電圧ＶＧを発生するコイル７２とを備え、電気エネルギーを供給する。ローター７１は、増速輪列５０を介してゼンマイ４０によって駆動される。ローター７１は、２極に着磁され、発電機７０は、ローター７１が回転することで磁束が変化し、コイル７２に誘起電圧ＶＧを発生させて発電する。
発電機７０のコイル７２の出力端子ＭＧ１、ＭＧ２には、制動制御回路１４で制御されるブレーキ回路７３と、整流回路９０とが接続されている。このため、発電機７０から供給された電気エネルギーは、整流回路９０を介して、電源回路３０に充電される。この際、スイッチ回路３３がオフ状態であれば、第１蓄電装置３１のみが充電され、スイッチ回路３３がオン状態であれば、並列に接続された第１蓄電装置３１および第２蓄電装置３２が充電される。
図３に示すように、発電機７０は、ローター７１と、ローター７１の回転に伴い誘起電圧ＶＧを発生するコイル７２とを備え、電気エネルギーを供給する。ローター７１は、増速輪列５０を介してゼンマイ４０によって駆動される。ローター７１は、２極に着磁され、発電機７０は、ローター７１が回転することで磁束が変化し、コイル７２に誘起電圧ＶＧを発生させて発電する。
発電機７０のコイル７２の出力端子ＭＧ１、ＭＧ２には、制動制御回路１４で制御されるブレーキ回路７３と、整流回路９０とが接続されている。このため、発電機７０から供給された電気エネルギーは、整流回路９０を介して、電源回路３０に充電される。この際、スイッチ回路３３がオフ状態であれば、第１蓄電装置３１のみが充電され、スイッチ回路３３がオン状態であれば、並列に接続された第１蓄電装置３１および第２蓄電装置３２が充電される。
【0021】
［ブレーキ回路］
ブレーキ回路７３は、発電機７０を調速機として機能させるために、ローター７１の回転にブレーキを掛けるものである。ブレーキ回路７３は、発電機７０で発電された交流信号が出力される出力端子ＭＧ１に接続された第１チョッピングトランジスター７３１と、交流信号が出力される出力端子ＭＧ２に接続された第２チョッピングトランジスター７３２とを有する。そして、各チョッピングトランジスター７３１、７３２をオンすることにより、出力端子ＭＧ１、ＭＧ２を短絡させて閉ループ状態にし、発電機７０にショートブレーキを掛けるようになっている。
これらの各チョッピングトランジスター７３１、７３２は、第１の電源ライン２１側に接続されている。
ブレーキ回路７３は、発電機７０を調速機として機能させるために、ローター７１の回転にブレーキを掛けるものである。ブレーキ回路７３は、発電機７０で発電された交流信号が出力される出力端子ＭＧ１に接続された第１チョッピングトランジスター７３１と、交流信号が出力される出力端子ＭＧ２に接続された第２チョッピングトランジスター７３２とを有する。そして、各チョッピングトランジスター７３１、７３２をオンすることにより、出力端子ＭＧ１、ＭＧ２を短絡させて閉ループ状態にし、発電機７０にショートブレーキを掛けるようになっている。
これらの各チョッピングトランジスター７３１、７３２は、第１の電源ライン２１側に接続されている。
【0022】
各チョッピングトランジスター７３１、７３２は、Ｐチャネル型の電界効果型トランジスターで構成されている。これらの各チョッピングトランジスター７３１、７３２のゲートには、制動制御回路１４から制動制御信号が入力される。このため、各チョッピングトランジスター７３１、７３２は、制動制御信号がＬレベルとなっている間はオン状態に維持される。一方、制動制御信号がＨレベルとなっている間は、各チョッピングトランジスター７３１、７３２はオフ状態に維持され、発電機７０にはブレーキが加わらない。すなわち、制動制御信号のレベルによって、各チョッピングトランジスター７３１、７３２のオン、オフが制御され、発電機７０をチョッピング制御することができる。
【0023】
ここで、制動制御信号は、例えば128Hzの信号であり、ゼンマイ４０から供給される機械的エネルギーに応じてデューティー比を変えることで、発電機７０のブレーキ力を調整する。すなわち、制動制御信号の１周期においてＬレベルの期間が長くなると、各チョッピングトランジスター７３１、７３２がオン状態に維持されてショートブレーキが加えられる期間も長くなり、ブレーキ力が増加する。一方、制動制御信号の１周期においてＬレベルの期間が短くなると、ブレーキ力が低下する。したがって、制動制御信号のデューティー比によって、ブレーキ力を調整できる。
【0024】
［整流回路］
整流回路９０は、昇圧整流、全波整流、半波整流、トランジスター整流等からなり、発電機７０からの交流出力を昇圧、整流して、電源回路３０に充電供給するものである。
本実施形態の整流回路９０は、第１整流用スイッチ９１と、第２整流用スイッチ９２と、ダイオード９５と、ダイオード９６と、昇圧用コンデンサー９７とを備えている。
第１整流用スイッチ９１は、ブレーキ回路７３の第１チョッピングトランジスター７３１と並列に接続され、かつ、出力端子ＭＧ２にゲートが接続された第１整流用トランジスターで構成されている。
同様に、第２整流用スイッチ９２は、第２チョッピングトランジスター７３２と並列に接続され、かつ、出力端子ＭＧ１にゲートが接続された第２整流用トランジスターで構成されている。これらの各整流用トランジスターも、Ｐｃｈの電界効果型トランジスターで構成されている。
ダイオード９５、９６は、一方向に電流を流す一方向性素子であればよく、その種類は問わない。特に、電子制御式機械時計として構成される時計１では、発電機７０の起電圧が小さいため、ダイオード９５、９６としては降下電圧や逆リーク電流が小さいショットキーバリアダイオードやシリコンダイオードを用いることが好ましい。
整流回路９０は、昇圧整流、全波整流、半波整流、トランジスター整流等からなり、発電機７０からの交流出力を昇圧、整流して、電源回路３０に充電供給するものである。
本実施形態の整流回路９０は、第１整流用スイッチ９１と、第２整流用スイッチ９２と、ダイオード９５と、ダイオード９６と、昇圧用コンデンサー９７とを備えている。
第１整流用スイッチ９１は、ブレーキ回路７３の第１チョッピングトランジスター７３１と並列に接続され、かつ、出力端子ＭＧ２にゲートが接続された第１整流用トランジスターで構成されている。
同様に、第２整流用スイッチ９２は、第２チョッピングトランジスター７３２と並列に接続され、かつ、出力端子ＭＧ１にゲートが接続された第２整流用トランジスターで構成されている。これらの各整流用トランジスターも、Ｐｃｈの電界効果型トランジスターで構成されている。
ダイオード９５、９６は、一方向に電流を流す一方向性素子であればよく、その種類は問わない。特に、電子制御式機械時計として構成される時計１では、発電機７０の起電圧が小さいため、ダイオード９５、９６としては降下電圧や逆リーク電流が小さいショットキーバリアダイオードやシリコンダイオードを用いることが好ましい。
【0025】
なお、本実施形態では、第１チョッピングトランジスター７３１、第２チョッピングトランジスター７３２、第１整流用スイッチ９１、第２整流用スイッチ９２、ダイオード９５、ダイオード９６、スイッチ回路３３は、ＩＣ１０の内部に構成されている。発電機７０のローター７１およびコイル７２と、昇圧用コンデンサー９７と、第１蓄電装置３１と、第２蓄電装置３２は、ＩＣ１０の外部に設けられている。このように、整流回路９０の一部をＩＣ１０の内部に構成することで、時計１の回路基板に実装する素子を少なくでき、コストを低減できる効果がある。
なお、各チョッピングトランジスター７３１、７３２の能力、つまりサイズは、発電機７０におけるチョッピング時の電流に基づいて設定すればよい。
なお、各チョッピングトランジスター７３１、７３２の能力、つまりサイズは、発電機７０におけるチョッピング時の電流に基づいて設定すればよい。
【0026】
このような整流回路９０は、昇圧用コンデンサー９７を備えているため、充電の過程で昇圧用コンデンサー９７に充電された電荷も利用して、電源回路３０の第１蓄電装置３１や第２蓄電装置３２を充電する。このため、ＩＣ１０に印加できる電圧も大きくなり、ＩＣ１０の安定的な動作が実現できる。なお、本実施形態では、整流回路９０は、２段昇圧整流回路であるが、ダイオード、コンデンサーを使用し、３段昇圧、４段昇圧など、昇圧段数を増やし、電源回路３０の電圧を高くすることもできる。
【0027】
［ＩＣ］
ＩＣ１０は、図２に示すように、発振回路１１と、分周回路１２と、回転検出回路１３と、制動制御回路１４と、電源電圧検出回路１５と、発振停止検出回路１６とを備える。なお、ＩＣは、Integrated Circuitの略語である。
ＩＣ１０は、図２に示すように、発振回路１１と、分周回路１２と、回転検出回路１３と、制動制御回路１４と、電源電圧検出回路１５と、発振停止検出回路１６とを備える。なお、ＩＣは、Integrated Circuitの略語である。
【0028】
発振回路１１は、水晶振動子８０とともに水晶発振回路１００を構成する。そして、水晶発振回路１００は、電源回路３０のＩＣ印加電圧ＶＤＤが発振停止電圧を下回ると発振停止し、ＩＣ印加電圧ＶＤＤが発振開始電圧を超えると発振を開始する。
なお、発振開始電圧は、発振停止電圧と同じ電圧でもよいが、発振開始後、安定して発振を継続できるように、発振停止電圧よりも高い電圧に設定することが好ましい。また、水晶発振回路１００が発振を開始するには、発振回路１１が作動していること、つまりＩＣ１０が作動している必要があるため、発振開始電圧は、ＩＣ１０の動作開始電圧以上であればよく、本実施形態では、発振開始電圧と、ＩＣ１０の動作開始電圧は同じ電圧とさされている。
発振停止電圧は、ＩＣ１０の停止前に発振回路１１により発振を停止するため、ＩＣ１０の停止電圧Ｖstopよりも高い電圧に設定される。
発振回路１１は、水晶振動子８０の発振で発生する所定周波数の発振信号を分周回路１２に出力する。本実施形態では、発振回路１１は、32768Hzの発振信号を発生する。したがって、水晶振動子８０および発振回路１１を備える水晶発振回路１００は、32768Hzのクロック信号を出力する発振手段である。
なお、発振開始電圧は、発振停止電圧と同じ電圧でもよいが、発振開始後、安定して発振を継続できるように、発振停止電圧よりも高い電圧に設定することが好ましい。また、水晶発振回路１００が発振を開始するには、発振回路１１が作動していること、つまりＩＣ１０が作動している必要があるため、発振開始電圧は、ＩＣ１０の動作開始電圧以上であればよく、本実施形態では、発振開始電圧と、ＩＣ１０の動作開始電圧は同じ電圧とさされている。
発振停止電圧は、ＩＣ１０の停止前に発振回路１１により発振を停止するため、ＩＣ１０の停止電圧Ｖstopよりも高い電圧に設定される。
発振回路１１は、水晶振動子８０の発振で発生する所定周波数の発振信号を分周回路１２に出力する。本実施形態では、発振回路１１は、32768Hzの発振信号を発生する。したがって、水晶振動子８０および発振回路１１を備える水晶発振回路１００は、32768Hzのクロック信号を出力する発振手段である。
【0029】
分周回路１２は、発振回路１１の出力を分周して、複数の周波数のクロック信号を作成し、制動制御回路１４や電源電圧検出回路１５に必要なクロック信号を出力する。分周回路１２から制動制御回路１４に出力されるクロック信号は、発電機７０のローター７１の回転制御の基準となる基準信号である。本実施形態では、発電機７０のローター７１の基準速度ｖ０が８Hzであるため、分周回路１２は、８Hzの基準信号を作成して制動制御回路１４に出力する。また、分周回路１２から電源電圧検出回路１５に出力されるクロック信号は、電源電圧検出回路１５の作動周期に応じた周波数のクロック信号である。
【0030】
回転検出回路１３は、発電機７０に接続された図示略の波形整形回路とモノマルチバイブレーターとで構成され、発電機７０に発生する誘起電圧波形からローター７１の回転周波数つまり回転速度を表す回転検出信号を制動制御回路１４に出力する。
発電機７０のローター７１は、増速輪列５０を介してゼンマイ４０の機械的エネルギーで回転するため、ローター７１の回転速度によって、ゼンマイ４０の機械的エネルギーを判定することができる。このため、回転検出回路１３は、ローター７１の回転速度の検出値に応じてゼンマイ４０の機械的エネルギー量を判定し、その機械的エネルギー量に応じてスイッチ回路３３の開閉を制御する制御信号を出力する。なお、スイッチ回路３３の制御に用いるゼンマイ４０の機械的エネルギーを判定する物理量は、ローター７１の回転速度に限らず、調速機を兼用する発電機７０のブレーキ量、発電電流値、発電電圧値でもよく、機械的エネルギーの大小を判定できる物理量であればよい。
発電機７０のローター７１は、増速輪列５０を介してゼンマイ４０の機械的エネルギーで回転するため、ローター７１の回転速度によって、ゼンマイ４０の機械的エネルギーを判定することができる。このため、回転検出回路１３は、ローター７１の回転速度の検出値に応じてゼンマイ４０の機械的エネルギー量を判定し、その機械的エネルギー量に応じてスイッチ回路３３の開閉を制御する制御信号を出力する。なお、スイッチ回路３３の制御に用いるゼンマイ４０の機械的エネルギーを判定する物理量は、ローター７１の回転速度に限らず、調速機を兼用する発電機７０のブレーキ量、発電電流値、発電電圧値でもよく、機械的エネルギーの大小を判定できる物理量であればよい。
【0031】
制動制御回路１４は、回転検出回路１３から出力される回転検出信号と、分周回路１２から出力される基準信号とを比較し、発電機７０の調速を行うための制動制御信号を発電機７０のブレーキ回路７３に出力する。
なお、本実施形態では、基準信号は、通常運針時のローター７１の基準回転速度に合わせた信号である。したがって、制動制御回路１４は、ローター７１の回転速度に応じた回転検出信号と基準信号との差に応じて制動制御信号を出力することで、ブレーキ回路７３によるブレーキ力を調整し、ローター７１の回転を制御する。
なお、本実施形態では、基準信号は、通常運針時のローター７１の基準回転速度に合わせた信号である。したがって、制動制御回路１４は、ローター７１の回転速度に応じた回転検出信号と基準信号との差に応じて制動制御信号を出力することで、ブレーキ回路７３によるブレーキ力を調整し、ローター７１の回転を制御する。
【0032】
電源電圧検出回路１５は、分周回路１２から出力されるクロック信号に基づいて、所定の周期で電源回路３０の第２蓄電装置３２の電圧ＶＢを検出する電圧検出手段である。そして、電源電圧検出回路１５は、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢが、所定の電圧、例えば、ＩＣ停止電圧Ｖstopより低い場合は、ゼンマイ４０の機械的エネルギー量によらずスイッチ回路３３をオフ状態に切り替えるＬレベルの制御信号を出力する。
一方、電源電圧検出回路１５は、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢが、所定の電圧以上の場合は、ゼンマイ４０の機械的エネルギー量に応じて、スイッチ回路３３の切替が可能となるＨレベルの制御信号を出力する。
一方、電源電圧検出回路１５は、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢが、所定の電圧以上の場合は、ゼンマイ４０の機械的エネルギー量に応じて、スイッチ回路３３の切替が可能となるＨレベルの制御信号を出力する。
【0033】
発振停止検出回路１６は、発振回路１１から出力されるクロック信号をモニターすることで、水晶発振回路１００の発振停止を検出する発振停止検出手段である。発振停止検出回路１６は、水晶発振回路１００の発振停止を検出すると、ゼンマイ４０の機械的エネルギー量によらずスイッチ回路３３をオフ状態に切り替えるＬレベルの制御信号を出力する。
また、発振停止検出回路１６は、ＩＣ１０が停止している状態から、電源回路３０の第１蓄電装置３１が充電され、水晶発振回路１００が発振開始すると、ゼンマイ４０の機械的エネルギー量に応じて、スイッチ回路３３の切替が可能となるＨレベルの制御信号を出力する。
また、発振停止検出回路１６は、ＩＣ１０が停止している状態から、電源回路３０の第１蓄電装置３１が充電され、水晶発振回路１００が発振開始すると、ゼンマイ４０の機械的エネルギー量に応じて、スイッチ回路３３の切替が可能となるＨレベルの制御信号を出力する。
【0034】
電源回路３０のスイッチ回路３３は、図３および図４に示すように、回転検出回路１３、電源電圧検出回路１５、発振停止検出回路１６によってオン状態およびオフ状態に切り替え制御される。ここで、電源電圧検出回路１５および発振停止検出回路１６は、スイッチ回路３３をオフ状態に維持する制御を実行し、回転検出回路１３は、電源電圧検出回路１５および発振停止検出回路１６でスイッチ回路３３がオフ状態に維持されていない場合に、スイッチ回路３３のオン状態およびオフ状態を切り替える制御を実行する。
このため、回転検出回路１３、電源電圧検出回路１５、発振停止検出回路１６から出力される制御信号はＡＮＤ回路を介してスイッチ回路３３に入力される。そして、電源電圧検出回路１５または発振停止検出回路１６からＬレベルの制御信号が出力されている間は、スイッチ回路３３はオフ状態に維持される。また、電源電圧検出回路１５および発振停止検出回路１６の両回路からＨレベルの制御信号が出力されている間は、スイッチ回路３３は、回転検出回路１３から出力される制御信号によってオン状態およびオフ状態が切り替えられる。
このため、回転検出回路１３、電源電圧検出回路１５、発振停止検出回路１６から出力される制御信号はＡＮＤ回路を介してスイッチ回路３３に入力される。そして、電源電圧検出回路１５または発振停止検出回路１６からＬレベルの制御信号が出力されている間は、スイッチ回路３３はオフ状態に維持される。また、電源電圧検出回路１５および発振停止検出回路１６の両回路からＨレベルの制御信号が出力されている間は、スイッチ回路３３は、回転検出回路１３から出力される制御信号によってオン状態およびオフ状態が切り替えられる。
【0035】
［電源回路の制御］
次に、ＩＣ１０による電源回路３０の制御、具体的にはスイッチ回路３３のオン・オフ制御について、図７のタイミングチャートを参照して説明する。なお、図７に示すローター回転速度は、ゼンマイ４０の機械的エネルギーを表すものであり、ショートブレーキが加えられていない非制動時のローター７１の回転速度の変化を示している。
ゼンマイ４０が巻き解けた状態であり、ＩＣ１０も停止している状態からゼンマイ４０が巻かれ始めると、ゼンマイ４０に蓄積される機械的エネルギーでローター７１が回転し始めて回転速度も上昇する。なお、ＩＣ１０の停止に伴い、水晶発振回路１００も停止しているため、発振停止検出回路１６からＬレベルの制御信号が出力され、スイッチ回路３３はオフ状態に制御されている。
ローター７１の回転速度が上昇するに伴って、発電機７０で発電された電荷が整流回路９０を介して第１蓄電装置３１に充電され、ＩＣ印加電圧ＶＤＤが上昇する。第１蓄電装置３１は、容量が小さいコンデンサーであるため、ＩＣ印加電圧ＶＤＤも比較的早く上昇する。
ＩＣ印加電圧ＶＤＤがＩＣ１０の動作開始電圧つまり発振開始電圧を超えると、ＩＣ１０は発振回路１１により水晶振動子８０を発振させ、ローター７１の回転制御を開始する。この回転制御により、実際のローター７１は、基準速度ｖ０を維持するように制御される。発振停止検出回路１６は、水晶振動子８０の発振を検出すると、Ｈレベルの制御信号をスイッチ回路３３に出力する。また、電源電圧検出回路１５も動作し、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢに応じた制御信号を出力する。ここでは、電源電圧検出回路１５からＨレベルの制御信号が出力されるものとする。すなわち、第２蓄電装置３２は、スイッチ回路３３によって無駄な放電が防止され、所定の電圧未満に低下することが殆ど無いため、通常は、電源電圧検出回路１５からＨレベルの制御信号が出力される。
次に、ＩＣ１０による電源回路３０の制御、具体的にはスイッチ回路３３のオン・オフ制御について、図７のタイミングチャートを参照して説明する。なお、図７に示すローター回転速度は、ゼンマイ４０の機械的エネルギーを表すものであり、ショートブレーキが加えられていない非制動時のローター７１の回転速度の変化を示している。
ゼンマイ４０が巻き解けた状態であり、ＩＣ１０も停止している状態からゼンマイ４０が巻かれ始めると、ゼンマイ４０に蓄積される機械的エネルギーでローター７１が回転し始めて回転速度も上昇する。なお、ＩＣ１０の停止に伴い、水晶発振回路１００も停止しているため、発振停止検出回路１６からＬレベルの制御信号が出力され、スイッチ回路３３はオフ状態に制御されている。
ローター７１の回転速度が上昇するに伴って、発電機７０で発電された電荷が整流回路９０を介して第１蓄電装置３１に充電され、ＩＣ印加電圧ＶＤＤが上昇する。第１蓄電装置３１は、容量が小さいコンデンサーであるため、ＩＣ印加電圧ＶＤＤも比較的早く上昇する。
ＩＣ印加電圧ＶＤＤがＩＣ１０の動作開始電圧つまり発振開始電圧を超えると、ＩＣ１０は発振回路１１により水晶振動子８０を発振させ、ローター７１の回転制御を開始する。この回転制御により、実際のローター７１は、基準速度ｖ０を維持するように制御される。発振停止検出回路１６は、水晶振動子８０の発振を検出すると、Ｈレベルの制御信号をスイッチ回路３３に出力する。また、電源電圧検出回路１５も動作し、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢに応じた制御信号を出力する。ここでは、電源電圧検出回路１５からＨレベルの制御信号が出力されるものとする。すなわち、第２蓄電装置３２は、スイッチ回路３３によって無駄な放電が防止され、所定の電圧未満に低下することが殆ど無いため、通常は、電源電圧検出回路１５からＨレベルの制御信号が出力される。
【0036】
ＩＣ１０が回転制御を開始すると、回転検出回路１３は、非制動時のローター７１の回転速度が第１回転速度ｖ１を上回ったか否かを検出する。第１回転速度ｖ１は、ローター７１の基準速度ｖ０よりも速い速度、例えば、９Ｈｚであり、基準速度ｖ０の１１０～１２０％程度の速度に設定すればよい。
第１回転速度ｖ１は、スイッチ回路３３をオフ状態からオン状態に制御する条件である機械的エネルギー量の第１設定値である。
このため、回転検出回路１３は、ゼンマイ４０の巻き上げに伴い、ローター７１の回転速度が上昇し、所定の第１回転速度ｖ１を上回ったことを検出すると、スイッチ回路３３をオンするために、Ｈレベルの制御信号をスイッチ回路３３に出力する。この際、電源電圧検出回路１５で検出される第２蓄電装置３２の電圧ＶＢがＩＣ停止電圧Ｖstop以上であり、かつ、発振停止検出回路１６で発振停止を検出してない場合は、電源電圧検出回路１５および発振停止検出回路１６からスイッチ回路３３をオフ状態にするＬレベル信号は出力されない。このため、回転検出回路１３からの制御信号によりスイッチ回路３３はオフ状態からオン状態に切り替えられる。
第１回転速度ｖ１は、スイッチ回路３３をオフ状態からオン状態に制御する条件である機械的エネルギー量の第１設定値である。
このため、回転検出回路１３は、ゼンマイ４０の巻き上げに伴い、ローター７１の回転速度が上昇し、所定の第１回転速度ｖ１を上回ったことを検出すると、スイッチ回路３３をオンするために、Ｈレベルの制御信号をスイッチ回路３３に出力する。この際、電源電圧検出回路１５で検出される第２蓄電装置３２の電圧ＶＢがＩＣ停止電圧Ｖstop以上であり、かつ、発振停止検出回路１６で発振停止を検出してない場合は、電源電圧検出回路１５および発振停止検出回路１６からスイッチ回路３３をオフ状態にするＬレベル信号は出力されない。このため、回転検出回路１３からの制御信号によりスイッチ回路３３はオフ状態からオン状態に切り替えられる。
【0037】
スイッチ回路３３がオン状態になると、第１蓄電装置３１および第２蓄電装置３２が並列に接続される。第２蓄電装置３２は、第１蓄電装置３１よりも容量が大きいため、ＩＣ印加電圧ＶＤＤは第２蓄電装置３２の電圧レベルとなる。例えば、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢの値がＶＢ１であった場合、ＩＣ印加電圧ＶＤＤもＶＢ１に上昇する。このため、ＩＣ１０は第２蓄電装置３２に蓄えられた電気エネルギーで駆動する。
スイッチ回路３３がオン状態になると、第１蓄電装置３１は第１蓄電装置３１よりも高い電圧レベルの第２蓄電装置３２で充電される。また、ＩＣ１０が第２蓄電装置３２の電気エネルギーで駆動されるため、第２蓄電装置３２の電圧は徐々に低下する。
さらに、ゼンマイ４０を巻き上げることで機械的エネルギーが増大し、ローター７１の回転速度が上昇すると、発電機７０の発電電圧ＶＧが第２蓄電装置３２の電圧ＶＢ以上となるため、発電機７０は第２蓄電装置３２を充電し、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢが徐々に上昇する。
スイッチ回路３３がオン状態になると、第１蓄電装置３１は第１蓄電装置３１よりも高い電圧レベルの第２蓄電装置３２で充電される。また、ＩＣ１０が第２蓄電装置３２の電気エネルギーで駆動されるため、第２蓄電装置３２の電圧は徐々に低下する。
さらに、ゼンマイ４０を巻き上げることで機械的エネルギーが増大し、ローター７１の回転速度が上昇すると、発電機７０の発電電圧ＶＧが第２蓄電装置３２の電圧ＶＢ以上となるため、発電機７０は第２蓄電装置３２を充電し、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢが徐々に上昇する。
【0038】
ゼンマイ４０の巻き上げが終わり、ゼンマイ４０が解き始めると、非制動時のローター７１の回転速度は徐々に低下する。ただし、発電電圧ＶＧが第２蓄電装置３２の電圧ＶＢを上回っている間は、発電機７０は第２蓄電装置３２を充電するので、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢは上昇する。図７では、発電電圧ＶＧが第２蓄電装置３２の電圧ＶＢを下回るまで、第２蓄電装置３２の電圧は上昇して電圧ＶＢ２に到達している。
発電電圧ＶＧが第２蓄電装置３２の電圧ＶＢを下回ると、第２蓄電装置３２に蓄えられた電気エネルギーでＩＣ１０を駆動するため、第２蓄電装置３２に蓄えられた電気エネルギーは減少し、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢも低下する。
発電電圧ＶＧが第２蓄電装置３２の電圧ＶＢを下回ると、第２蓄電装置３２に蓄えられた電気エネルギーでＩＣ１０を駆動するため、第２蓄電装置３２に蓄えられた電気エネルギーは減少し、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢも低下する。
【0039】
ローター７１の回転速度が低下し、所定の第２回転速度ｖ２を下回ると、回転検出回路１３は、Ｌレベルの制御信号を出力してスイッチ回路３３をオフ状態に切り替える。なお、第２回転速度ｖ２は、基準速度ｖ０よりも低速に設定され、例えば、７Ｈｚであり、基準速度ｖ０の８０～９０％程度の速度に設定すればよい。第２回転速度ｖ２は、スイッチ回路３３をオン状態からオフ状態に制御する条件である機械的エネルギー量の第２設定値である。このため、第１設定値である第１回転速度ｖ１は、第２設定値である第２回転速度ｖ２よりも大きな値に設定されている。
スイッチ回路３３がオフ状態になると、第２蓄電装置３２は、第１蓄電装置３１やＩＣ１０から切り離されるため、スイッチ回路３３をオフする直前の電圧を維持する。
そして、ＩＣ１０は、第１蓄電装置３１に蓄えられた電気エネルギーで駆動する。第１蓄電装置３１は、容量が小さいコンデンサーであり、ゼンマイ４０の機械的エネルギーが低下して発電機７０での発電量が小さい状態では、ＩＣ印加電圧ＶＤＤは急激に低下する。このため、第１蓄電装置３１の電圧レベル、つまりＩＣ印加電圧ＶＤＤが発振停止電圧を下回ると、水晶発振回路１００の発振は停止され、発振停止検出回路１６は、Ｌレベルの制御信号を出力する。また、電源電圧検出回路１５も動作を停止する。さらに、第１蓄電装置３１の電圧レベルがＩＣ停止電圧Ｖstopを下回ると、ＩＣ１０は停止する。
その後、ゼンマイ４０が巻き上げられると、ＩＣ１０は、前述した動作を繰り返す。
スイッチ回路３３がオフ状態になると、第２蓄電装置３２は、第１蓄電装置３１やＩＣ１０から切り離されるため、スイッチ回路３３をオフする直前の電圧を維持する。
そして、ＩＣ１０は、第１蓄電装置３１に蓄えられた電気エネルギーで駆動する。第１蓄電装置３１は、容量が小さいコンデンサーであり、ゼンマイ４０の機械的エネルギーが低下して発電機７０での発電量が小さい状態では、ＩＣ印加電圧ＶＤＤは急激に低下する。このため、第１蓄電装置３１の電圧レベル、つまりＩＣ印加電圧ＶＤＤが発振停止電圧を下回ると、水晶発振回路１００の発振は停止され、発振停止検出回路１６は、Ｌレベルの制御信号を出力する。また、電源電圧検出回路１５も動作を停止する。さらに、第１蓄電装置３１の電圧レベルがＩＣ停止電圧Ｖstopを下回ると、ＩＣ１０は停止する。
その後、ゼンマイ４０が巻き上げられると、ＩＣ１０は、前述した動作を繰り返す。
【0040】
図８は、第２蓄電装置３２およびスイッチ回路３３を備えていない比較例における電源回路の電圧VDD0と、本実施形態における電源回路３０の電圧VDDと、ゼンマイ４０の出力トルクＴとについて、それぞれ時間との関係を示すグラフである。
図８に示すように、電源回路として第１蓄電装置３１のみを設けた比較例では、電源回路の電圧VDD0は、第１蓄電装置３１の容量が小さいため、発電機７０の発電電圧に比例する。このため、ゼンマイ４０の出力トルクＴの低下に伴い発電機７０の発電電圧が低下すると、電源回路の電圧VDD0も低下し、電圧VDD0がＩＣ停止電圧Ｖstopに低下して調速不能となる時間t0までが時計の時刻精度を維持できる持続時間となる。
一方、本実施形態の電源回路３０は、第１蓄電装置３１に加えて容量の大きな第２蓄電装置３２を備えているので、前述したように、ゼンマイ４０の出力トルクＴが低下する巻き解け末期でも、電源回路３０の電圧VDDをＩＣ停止電圧Ｖstop以上に維持できる。このため、ゼンマイ４０の巻き解け末期でも、電源回路３０の電圧VDDの低下でＩＣ１０が停止することがなく、ローター７１が基準速度ｖ０以上で回転を続ける限りは正確に調速できる。したがって、ゼンマイ４０の出力トルクＴの低下によりローター７１の回転速度が基準速度ｖ０以下に低下し、調速制御に関係なく時刻が遅れ始める時間t1までが、時計１の時刻精度を維持できる持続時間となり、この持続時間t1は、持続時間t0よりも長くできる。なお、時間t2において、ローター７１が第２回転速度ｖ２を下回り、スイッチ回路３３がオフ状態になるため、前述のようにＩＣ印加電圧VDDは急激に低下する。
図８に示すように、電源回路として第１蓄電装置３１のみを設けた比較例では、電源回路の電圧VDD0は、第１蓄電装置３１の容量が小さいため、発電機７０の発電電圧に比例する。このため、ゼンマイ４０の出力トルクＴの低下に伴い発電機７０の発電電圧が低下すると、電源回路の電圧VDD0も低下し、電圧VDD0がＩＣ停止電圧Ｖstopに低下して調速不能となる時間t0までが時計の時刻精度を維持できる持続時間となる。
一方、本実施形態の電源回路３０は、第１蓄電装置３１に加えて容量の大きな第２蓄電装置３２を備えているので、前述したように、ゼンマイ４０の出力トルクＴが低下する巻き解け末期でも、電源回路３０の電圧VDDをＩＣ停止電圧Ｖstop以上に維持できる。このため、ゼンマイ４０の巻き解け末期でも、電源回路３０の電圧VDDの低下でＩＣ１０が停止することがなく、ローター７１が基準速度ｖ０以上で回転を続ける限りは正確に調速できる。したがって、ゼンマイ４０の出力トルクＴの低下によりローター７１の回転速度が基準速度ｖ０以下に低下し、調速制御に関係なく時刻が遅れ始める時間t1までが、時計１の時刻精度を維持できる持続時間となり、この持続時間t1は、持続時間t0よりも長くできる。なお、時間t2において、ローター７１が第２回転速度ｖ２を下回り、スイッチ回路３３がオフ状態になるため、前述のようにＩＣ印加電圧VDDは急激に低下する。
【0041】
［実施形態の効果］
本実施形態の電子制御式機械時計１は、第１蓄電装置３１と、第１蓄電装置３１にスイッチ回路３３を介して並列に接続される第１蓄電装置３１よりも容量の大きな第２蓄電装置３２とを備えた電源回路３０を設けているので、ゼンマイ４０の出力トルクＴに余剰があるときは、発電した電力を第２蓄電装置３２に蓄えておくことができる。このため、ゼンマイ４０の出力トルクＴが低下した時に、第２蓄電装置３２に蓄えた電力により、ＩＣ１０に印加する電圧をＩＣ停止電圧Ｖstop以上に維持できるため、ＩＣ１０を動作し続けることができる。したがって、ゼンマイ４０の巻き解け末期で出力トルクＴが低下した時でも、ＩＣ１０が早期に停止することを防止できるため、第１蓄電装置３１のみで電源回路を構成した場合に比べて、正確に調速できる持続時間を長くできる。
また、ローター７１の回転速度が第２回転速度ｖ２を下回ると、回転検出回路１３はスイッチ回路３３をオフ状態に切り替えるため、第２蓄電装置３２からの放電を防ぐことができる。このため、再度、ゼンマイ４０を巻き上げて、ローター７１の回転速度が第１回転速度ｖ１を上回ってスイッチ回路３３をオン状態に切り替えた際に、ＩＣ印加電圧ＶＤＤがＩＣ停止電圧Ｖstopを下回ってしまうことを防止できる。
本実施形態の電子制御式機械時計１は、第１蓄電装置３１と、第１蓄電装置３１にスイッチ回路３３を介して並列に接続される第１蓄電装置３１よりも容量の大きな第２蓄電装置３２とを備えた電源回路３０を設けているので、ゼンマイ４０の出力トルクＴに余剰があるときは、発電した電力を第２蓄電装置３２に蓄えておくことができる。このため、ゼンマイ４０の出力トルクＴが低下した時に、第２蓄電装置３２に蓄えた電力により、ＩＣ１０に印加する電圧をＩＣ停止電圧Ｖstop以上に維持できるため、ＩＣ１０を動作し続けることができる。したがって、ゼンマイ４０の巻き解け末期で出力トルクＴが低下した時でも、ＩＣ１０が早期に停止することを防止できるため、第１蓄電装置３１のみで電源回路を構成した場合に比べて、正確に調速できる持続時間を長くできる。
また、ローター７１の回転速度が第２回転速度ｖ２を下回ると、回転検出回路１３はスイッチ回路３３をオフ状態に切り替えるため、第２蓄電装置３２からの放電を防ぐことができる。このため、再度、ゼンマイ４０を巻き上げて、ローター７１の回転速度が第１回転速度ｖ１を上回ってスイッチ回路３３をオン状態に切り替えた際に、ＩＣ印加電圧ＶＤＤがＩＣ停止電圧Ｖstopを下回ってしまうことを防止できる。
【0042】
電源回路３０に追加するのは、第２蓄電装置３２およびスイッチ回路３３のみであり、調速機を兼用する既存の発電機７０を使用するため、新たな発電機を設ける必要もないため、ムーブメントの大型化を防ぎ、デザインの自由度を向上できる。
また、スイッチ回路３３を設け、ゼンマイ４０の出力トルクＴが余剰にあるときに第２蓄電装置３２を充電可能に構成しているので、電源回路３０の電圧降下を防ぎ、持続時間を延ばす効果を長続きさせることができる。
さらに、第１蓄電装置３１は容量が小さいコンデンサーであるため、ゼンマイ４０の巻始め等、スイッチ回路３３がオフ状態である場合は、ＩＣ印加電圧ＶＤＤを素早く上昇することができ、ＩＣ１０の動作開始電圧を超えてＩＣ１０の動作を開始するまでの時間も短くできる。
また、スイッチ回路３３を設け、ゼンマイ４０の出力トルクＴが余剰にあるときに第２蓄電装置３２を充電可能に構成しているので、電源回路３０の電圧降下を防ぎ、持続時間を延ばす効果を長続きさせることができる。
さらに、第１蓄電装置３１は容量が小さいコンデンサーであるため、ゼンマイ４０の巻始め等、スイッチ回路３３がオフ状態である場合は、ＩＣ印加電圧ＶＤＤを素早く上昇することができ、ＩＣ１０の動作開始電圧を超えてＩＣ１０の動作を開始するまでの時間も短くできる。
【0043】
回転検出回路１３は、ローター７１の回転速度が第１回転速度ｖ１を超えるとスイッチ回路３３をオン状態に切り替え、ローター７１の回転速度が第１回転速度ｖ１よりも低速である第２回転速度ｖ２を下回るとオフ状態に切り替えているので、スイッチ回路３３のオン、オフ制御の閾値にヒステリシスを持たせることができ、スイッチ回路３３をオンする設定値である第１回転速度ｖ１を大きな値に設定できる。このため、ゼンマイ４０が確実に巻き上がっている状態でスイッチ回路３３をオンすることができ、ゼンマイ４０のトルクが低いために調速制御に関係無く指針４の指示時刻がずれる状態での第２蓄電装置３２の無駄な放電を防止できる。
また、スイッチ回路３３をオフ状態に切り替える設定値である第２回転速度ｖ２は小さな値にできるため、確実にゼンマイ４０が解けている状態でスイッチ回路３３をオフすることができる。このため、ＩＣ１０で調速制御すれば正しい時刻を指示できる状態であるが、時計１の姿勢などによって一時的にローター７１の回転速度が基準速度ｖ０以下に低下した場合に、第２蓄電装置３２からの電気エネルギー供給を停止してしまうことを防止でき、その分、持続時間を延ばすことができる。
また、スイッチ回路３３をオフ状態に切り替える設定値である第２回転速度ｖ２は小さな値にできるため、確実にゼンマイ４０が解けている状態でスイッチ回路３３をオフすることができる。このため、ＩＣ１０で調速制御すれば正しい時刻を指示できる状態であるが、時計１の姿勢などによって一時的にローター７１の回転速度が基準速度ｖ０以下に低下した場合に、第２蓄電装置３２からの電気エネルギー供給を停止してしまうことを防止でき、その分、持続時間を延ばすことができる。
【0044】
電源電圧検出回路１５は、第２蓄電装置３２の電圧が、例えばＩＣ停止電圧Ｖstop以下に著しく低下している場合は、スイッチ回路３３をオフ状態に維持するため、第１蓄電装置３１に蓄えられた電荷がスイッチ回路３３を介して第２蓄電装置３２に放電し、ＩＣ印加電圧ＶＤＤがＩＣ１０のＩＣ停止電圧Ｖstopを下回ってＩＣ１０が停止することを防止できる。このため、第２蓄電装置３２の電圧が所定の電圧より低い場合には、ゼンマイ４０の機械的エネルギーが所定の値を上回っていてもスイッチ回路３３をオン状態に切り替えないようにして、電圧降下によるＩＣ１０の動作停止を防ぎ、調速不能とならないようにすることができる。
【0045】
水晶発振回路１００が発振停止しているような電圧が低い時は、回転検出回路１３、電源電圧検出回路１５等も動作を停止しており、スイッチ回路３３に出力される制御信号は保証されない。そのため、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢが低い状態で、かつスイッチ回路３３がオン状態になっていると、ゼンマイ４０が巻かれて発電機７０が動き始めても、容量の大きな第２蓄電装置３２に電荷が流れ込み、ＩＣ１０が起動できる電圧になるまで非常に長く時間がかかる。
本実施形態では、発振停止と開始に同期した発振停止検出回路１６を用いてスイッチ回路３３を制御することにより、ＩＣ１０が発振を停止している時はスイッチ回路３３をオフ状態に維持することで、スイッチ回路３３を介していない第１蓄電装置３１だけに確実に電荷を溜め、ＩＣ１０が正常に起動するだけの電圧を速く確保することができる。
本実施形態では、発振停止と開始に同期した発振停止検出回路１６を用いてスイッチ回路３３を制御することにより、ＩＣ１０が発振を停止している時はスイッチ回路３３をオフ状態に維持することで、スイッチ回路３３を介していない第１蓄電装置３１だけに確実に電荷を溜め、ＩＣ１０が正常に起動するだけの電圧を速く確保することができる。
【0046】
電子制御式機械時計１は、ＩＣ１０によりローター７１の回転速度を検出し、その回転速度に応じたブレーキ制御を行うことで調速している。
そのため、ローター７１の回転速度を検出することで、同時にＩＣ１０の機械的エネルギーを測定することになり、専用の測定回路を設ける必要が無く、回路構成を簡素化できる。
そのため、ローター７１の回転速度を検出することで、同時にＩＣ１０の機械的エネルギーを測定することになり、専用の測定回路を設ける必要が無く、回路構成を簡素化できる。
【0047】
［変形例］
なお、本開示は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本開示の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本開示に含まれるものである。
スイッチは、前記実施形態のスイッチ回路３３に限定されない。例えば、図９～図１１に示すように、ゼンマイ４０の巻き上げおよび巻き解けに連動するメカスイッチ３５を用いてもよい。メカスイッチ３５は、ＩＣ１０の第１の電源ライン２１に接続された第１電極３５１と、第２蓄電装置３２の第１の電源ライン２１に接続された第２電極３５２と、第１電極３５１、第２電極３５２に導通可能な導通バネ３５３とを備えている。導通バネ３５３は、パワーリザーブ針５を運針するパワーリザーブ輪列の歯車５５に取り付けられている。
なお、本開示は前述の各実施形態に限定されるものではなく、本開示の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本開示に含まれるものである。
スイッチは、前記実施形態のスイッチ回路３３に限定されない。例えば、図９～図１１に示すように、ゼンマイ４０の巻き上げおよび巻き解けに連動するメカスイッチ３５を用いてもよい。メカスイッチ３５は、ＩＣ１０の第１の電源ライン２１に接続された第１電極３５１と、第２蓄電装置３２の第１の電源ライン２１に接続された第２電極３５２と、第１電極３５１、第２電極３５２に導通可能な導通バネ３５３とを備えている。導通バネ３５３は、パワーリザーブ針５を運針するパワーリザーブ輪列の歯車５５に取り付けられている。
【0048】
第１電極３５１および第２電極３５２は、図９および図１０に示すように、平面視で円弧状に形成され、かつ、互いに離間して回路基板２０上に形成されている。
導通バネ３５３は、第１電極３５１に接触可能な第１導通部３５３１と、第２電極３５２に接触可能な第２導通部３５３２とを備えている。
ここで、パワーリザーブ輪列の歯車５５は、ゼンマイ４０を巻き上げると、図９において時計回り方向に回転し、導通バネ３５３も歯車５５と一体で時計回り方向に回転する。一方、パワーリザーブ輪列の歯車５５は、ゼンマイ４０が巻き解けると、図９において反時計回り方向に回転し、導通バネ３５３も歯車５５と一体で反時計回り方向に回転する。
導通バネ３５３は、ゼンマイ４０のフル巻状態では、図９に示すように、第１導通部３５３１が第１電極３５１の時計回り方向の端部に接触し、第２導通部３５３２が第２電極３５２の時計回り方向の端部に接触し、第２蓄電装置３２のＶＤＤ端子と、ＩＣ１０のＶＤＤ端子とを導通する。このため、メカスイッチ３５はオン状態とされている。
導通バネ３５３は、第１電極３５１に接触可能な第１導通部３５３１と、第２電極３５２に接触可能な第２導通部３５３２とを備えている。
ここで、パワーリザーブ輪列の歯車５５は、ゼンマイ４０を巻き上げると、図９において時計回り方向に回転し、導通バネ３５３も歯車５５と一体で時計回り方向に回転する。一方、パワーリザーブ輪列の歯車５５は、ゼンマイ４０が巻き解けると、図９において反時計回り方向に回転し、導通バネ３５３も歯車５５と一体で反時計回り方向に回転する。
導通バネ３５３は、ゼンマイ４０のフル巻状態では、図９に示すように、第１導通部３５３１が第１電極３５１の時計回り方向の端部に接触し、第２導通部３５３２が第２電極３５２の時計回り方向の端部に接触し、第２蓄電装置３２のＶＤＤ端子と、ＩＣ１０のＶＤＤ端子とを導通する。このため、メカスイッチ３５はオン状態とされている。
【0049】
ゼンマイ４０が巻き解け始めると、歯車５５および導通バネ３５３は、図９の矢印方向つまり反時計回りに回転し、導通バネ３５３は、第１電極３５１および第２電極３５２の導通状態を維持し、メカスイッチ３５はオン状態を維持する。
一方、ゼンマイ４０の巻き解け末期つまりゼンマイ４０の巻き上げ量が所定値を下回った場合は、図１１に示すように、第１導通部３５３１は、第１電極３５１から外れた位置に移動するため、メカスイッチ３５はオフ状態に切り替わる。
このようなメカスイッチ３５を用いた場合も、ゼンマイ４０の巻き上げ量に連動してメカスイッチ３５がオン状態またはオフ状態に切り替わるため、前記スイッチ回路３３と同様の機能を実現できる。
一方、ゼンマイ４０の巻き解け末期つまりゼンマイ４０の巻き上げ量が所定値を下回った場合は、図１１に示すように、第１導通部３５３１は、第１電極３５１から外れた位置に移動するため、メカスイッチ３５はオフ状態に切り替わる。
このようなメカスイッチ３５を用いた場合も、ゼンマイ４０の巻き上げ量に連動してメカスイッチ３５がオン状態またはオフ状態に切り替わるため、前記スイッチ回路３３と同様の機能を実現できる。
【0050】
第２蓄電装置３２は、電子制御式機械時計１の工場出荷時に充電され、その後の通常使用では、スイッチ回路３３の制御によって無駄な放電を防止しているので、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢがＩＣ停止電圧Ｖstop以下に低下する可能性は低い。ただし、第２蓄電装置３２の電圧ＶＢがＩＣ停止電圧Ｖstop以下に低下した場合は、電源電圧検出回路１５によってスイッチ回路３３がオフ状態に維持されるため、第２蓄電装置３２を充電することができなくなる。このため、電子制御式機械時計１に、スイッチ回路３３を強制的にオン状態に設定して第２蓄電装置３２を充電する充電モードを設定してもよい。
【0051】
前記実施形態では、第１設定値である第１回転速度ｖ１は、第２設定値である第２回転速度ｖ２よりも大きな値に設定していたが、第１設定値および第２設定値を同じ値に設定してもよい。
また、第２設定値である第２回転速度ｖ２を、ローター７１の基準速度ｖ０よりも小さい値に設定していたが、基準速度ｖ０と同じ値に設定してもよい。
さらに、前記実施形態では、制御手段であるＩＣ１０は、電源電圧検出回路１５および発振停止検出回路１６を備えていたが、これらの回路を備えずに、回転検出回路１３のみでスイッチ回路３３のオン、オフ制御を行ってもよい。
また、第２設定値である第２回転速度ｖ２を、ローター７１の基準速度ｖ０よりも小さい値に設定していたが、基準速度ｖ０と同じ値に設定してもよい。
さらに、前記実施形態では、制御手段であるＩＣ１０は、電源電圧検出回路１５および発振停止検出回路１６を備えていたが、これらの回路を備えずに、回転検出回路１３のみでスイッチ回路３３のオン、オフ制御を行ってもよい。
【0052】
前記実施形態では、ゼンマイ４０からの機械的エネルギーで調速機を兼用する発電機７０のローター７１を回転し、ローター７１の回転速度を調速制御することで、各指針４の運針速度を制御する電子制御式機械時計１に適用していたが、これに限定されない。例えば、ゼンマイ４０からの機械的エネルギーを伝達する輪列を、ガンギ車、アンクル、テンプを用いて調速する際に、テンプの振動を検出してテンプの動作を調速する電子制御式機械時計に適用してもよい。
【0053】
［まとめ］
本開示の電子制御式機械時計は、ゼンマイと、前記ゼンマイの機械的エネルギーを伝達する輪列と、前記輪列によって駆動されて時刻を表示する指針と、前記輪列の回転周期を制御する調速機と、前記調速機を制御する制御手段と、前記ゼンマイの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、前記発電機の電気エネルギーを蓄電し、前記制御手段に電気エネルギーを供給する第１蓄電装置と、前記第１蓄電装置にスイッチを介して並列に接続され、電気エネルギーを蓄電可能な第２蓄電装置と、前記ゼンマイに蓄積される機械的エネルギー量を検出する検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記スイッチがオフ状態の場合に、前記検出手段で前記機械的エネルギー量が第１設定値を超えたことが検出されると、前記スイッチをオフ状態からオン状態に制御し、前記スイッチがオン状態の場合に、前記検出手段で前記機械的エネルギー量が第２設定値を下回ったことが検出されると、前記スイッチをオン状態からオフ状態に制御することを特徴とする。
本開示の電子制御式機械時計によれば、ゼンマイに蓄積される機械的エネルギーが第１設定値を超えた場合に、スイッチをオン状態に制御して第２蓄電装置を第１蓄電装置に並列に接続するため、ゼンマイの機械的エネルギーに余剰があるときに発電機で発電した電力を第２蓄電装置に蓄えることができる。このため、ゼンマイの巻き解け末期でゼンマイに蓄積される機械的エネルギーが低下して発電電力が低下しても、第１蓄電装置に加えて第２蓄電装置を設けることによって制御手段を動作し続けることができ、第１蓄電装置のみを設けた場合に比べて、指針を正確に調速できる持続時間を延長できる。
また、ゼンマイに蓄積される機械的エネルギーが第２設定値を下回った場合に、スイッチをオフ状態に制御するため、第２蓄電装置からの放電を防止でき、第２蓄電装置の電圧を高いレベルに維持できる。このため、再度、ゼンマイを巻き上げて、機械的エネルギーが第１設定値を超えてスイッチをオン状態に切り替えた際に、第１蓄電装置および第２蓄電装置の電圧が大幅に低下して制御手段が停止することを防止できる。
さらに、第１蓄電装置に加えて、第２蓄電装置およびスイッチを追加すれば良く、付加電源用の新たな発電機を設ける必要がないため、ムーブメントの大型化を防ぎ、デザインの自由度を向上できる。
本開示の電子制御式機械時計は、ゼンマイと、前記ゼンマイの機械的エネルギーを伝達する輪列と、前記輪列によって駆動されて時刻を表示する指針と、前記輪列の回転周期を制御する調速機と、前記調速機を制御する制御手段と、前記ゼンマイの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、前記発電機の電気エネルギーを蓄電し、前記制御手段に電気エネルギーを供給する第１蓄電装置と、前記第１蓄電装置にスイッチを介して並列に接続され、電気エネルギーを蓄電可能な第２蓄電装置と、前記ゼンマイに蓄積される機械的エネルギー量を検出する検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記スイッチがオフ状態の場合に、前記検出手段で前記機械的エネルギー量が第１設定値を超えたことが検出されると、前記スイッチをオフ状態からオン状態に制御し、前記スイッチがオン状態の場合に、前記検出手段で前記機械的エネルギー量が第２設定値を下回ったことが検出されると、前記スイッチをオン状態からオフ状態に制御することを特徴とする。
本開示の電子制御式機械時計によれば、ゼンマイに蓄積される機械的エネルギーが第１設定値を超えた場合に、スイッチをオン状態に制御して第２蓄電装置を第１蓄電装置に並列に接続するため、ゼンマイの機械的エネルギーに余剰があるときに発電機で発電した電力を第２蓄電装置に蓄えることができる。このため、ゼンマイの巻き解け末期でゼンマイに蓄積される機械的エネルギーが低下して発電電力が低下しても、第１蓄電装置に加えて第２蓄電装置を設けることによって制御手段を動作し続けることができ、第１蓄電装置のみを設けた場合に比べて、指針を正確に調速できる持続時間を延長できる。
また、ゼンマイに蓄積される機械的エネルギーが第２設定値を下回った場合に、スイッチをオフ状態に制御するため、第２蓄電装置からの放電を防止でき、第２蓄電装置の電圧を高いレベルに維持できる。このため、再度、ゼンマイを巻き上げて、機械的エネルギーが第１設定値を超えてスイッチをオン状態に切り替えた際に、第１蓄電装置および第２蓄電装置の電圧が大幅に低下して制御手段が停止することを防止できる。
さらに、第１蓄電装置に加えて、第２蓄電装置およびスイッチを追加すれば良く、付加電源用の新たな発電機を設ける必要がないため、ムーブメントの大型化を防ぎ、デザインの自由度を向上できる。
【0054】
本開示の電子制御式機械時計において、前記第１設定値は、前記第２設定値より大きいことが好ましい。
第１設定値を第２設定値よりも大きな値に設定しているので、スイッチのオン、オフ制御の閾値にヒステリシスを持たせることができ、スイッチをオンする第１設定値を大きな値に設定できる。このため、ゼンマイが確実に巻き上がっている状態でスイッチをオンすることができ、ゼンマイのトルクが低いために調速制御に関係無く指針の指示時刻がずれる状態での第２蓄電装置の無駄な放電を防止できる。
また、スイッチをオフ状態に切り替える第２設定値を小さな値にできるため、ゼンマイが確実に解けている状態でスイッチをオフすることができる。このため、制御手段で調速制御すれば正しい時刻を指示できる状態で第２蓄電装置からの電気エネルギー供給を停止してしまうことを防止でき、その分、持続時間を延ばすことができる。
第１設定値を第２設定値よりも大きな値に設定しているので、スイッチのオン、オフ制御の閾値にヒステリシスを持たせることができ、スイッチをオンする第１設定値を大きな値に設定できる。このため、ゼンマイが確実に巻き上がっている状態でスイッチをオンすることができ、ゼンマイのトルクが低いために調速制御に関係無く指針の指示時刻がずれる状態での第２蓄電装置の無駄な放電を防止できる。
また、スイッチをオフ状態に切り替える第２設定値を小さな値にできるため、ゼンマイが確実に解けている状態でスイッチをオフすることができる。このため、制御手段で調速制御すれば正しい時刻を指示できる状態で第２蓄電装置からの電気エネルギー供給を停止してしまうことを防止でき、その分、持続時間を延ばすことができる。
【0055】
本開示の電子制御式機械時計において、前記発電機は、ローターを備え、前記第２設定値は、前記ローターの回転速度が基準速度以下となる値であることが好ましい。
第２設定値をローターの基準速度に設定した場合は、電子制御式機械時計の姿勢などによって、ローターの回転速度が一時的に基準速度以下に低下した場合にスイッチをオフに制御し、そのために調速制御が終了する可能性がある。
これに対し、ローターの回転速度が基準速度以下となる値を第２設定値とすれば、機械的エネルギーが確実に低下した場合にスイッチをオフに制御でき、持続時間を延ばすことができる。
第２設定値をローターの基準速度に設定した場合は、電子制御式機械時計の姿勢などによって、ローターの回転速度が一時的に基準速度以下に低下した場合にスイッチをオフに制御し、そのために調速制御が終了する可能性がある。
これに対し、ローターの回転速度が基準速度以下となる値を第２設定値とすれば、機械的エネルギーが確実に低下した場合にスイッチをオフに制御でき、持続時間を延ばすことができる。
【0056】
本開示の電子制御式機械時計において、前記第２蓄電装置に蓄電される蓄電量は、前記第１蓄電装置に蓄電される蓄電量より大きいことが好ましい。
第２蓄電装置に蓄電される蓄電量、つまり第２蓄電装置の容量を、第１蓄電装置よりも大きくしているので、容量が大きな第２蓄電装置を用いることによって持続時間を長くすることができる。また、第１蓄電装置は容量が小さなコンデンサー等で構成できるため、スイッチをオフして第１蓄電装置のみを発電機で充電することができるので、ゼンマイを巻き上げ始めた際に第１蓄電装置の電圧を、制御手段を駆動可能なレベルに迅速に高めることができ、制御手段を作動するまでの時間を短くできる。
第２蓄電装置に蓄電される蓄電量、つまり第２蓄電装置の容量を、第１蓄電装置よりも大きくしているので、容量が大きな第２蓄電装置を用いることによって持続時間を長くすることができる。また、第１蓄電装置は容量が小さなコンデンサー等で構成できるため、スイッチをオフして第１蓄電装置のみを発電機で充電することができるので、ゼンマイを巻き上げ始めた際に第１蓄電装置の電圧を、制御手段を駆動可能なレベルに迅速に高めることができ、制御手段を作動するまでの時間を短くできる。
【0057】
本開示の電子制御式機械時計において、クロック信号を出力する発振手段と、前記発振手段の停止を検出する発振停止検出手段と、を備え、前記制御手段は、前記発振停止検出手段で前記発振手段の停止を検出している場合は、前記スイッチをオフ状態に維持することが好ましい。
発振手段が発振を停止している間はスイッチをオフ状態に維持しているので、第１蓄電装置のみを発電機で充電できるので、ゼンマイを巻き上げ始めた際に第１蓄電装置の電圧を、制御手段を駆動可能なレベルに迅速に高めることができ、制御手段を作動するまでの時間を短くできる。
発振手段が発振を停止している間はスイッチをオフ状態に維持しているので、第１蓄電装置のみを発電機で充電できるので、ゼンマイを巻き上げ始めた際に第１蓄電装置の電圧を、制御手段を駆動可能なレベルに迅速に高めることができ、制御手段を作動するまでの時間を短くできる。
【0058】
本開示の電子制御式機械時計において、前記第２蓄電装置の電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記制御手段は、前記電圧検出手段で前記第２蓄電装置の電圧が所定値以下であることを検出している場合は、前記機械的エネルギー量が前記第１設定値を超えたことが検出されても前記スイッチをオフ状態に維持することが好ましい。
本開示の電子制御式機械時計によれば、第２蓄電装置の電圧が所定値以下に低下した場合はスイッチをオフ状態に維持するため、スイッチをオンすることで第１蓄電装置の電荷が第２蓄電装置に放電して電圧降下によって制御手段の動作が停止することを防止できる。
本開示の電子制御式機械時計によれば、第２蓄電装置の電圧が所定値以下に低下した場合はスイッチをオフ状態に維持するため、スイッチをオンすることで第１蓄電装置の電荷が第２蓄電装置に放電して電圧降下によって制御手段の動作が停止することを防止できる。
【0059】
本開示の電子制御式機械時計において、前記発電機は、前記輪列に接続されたローターを備え、前記検出手段は、前記ローターの回転速度に基づいて前記機械的エネルギー量を検出することが好ましい。
本開示の電子制御式機械時計によれば、調速制御用に検出するローターの回転速度を、機械的エネルギー量の検出にも利用しているので、機械的エネルギー量を検出するための専用の検出回路を設ける必要が無く、回路構成を簡素化できる。
本開示の電子制御式機械時計によれば、調速制御用に検出するローターの回転速度を、機械的エネルギー量の検出にも利用しているので、機械的エネルギー量を検出するための専用の検出回路を設ける必要が無く、回路構成を簡素化できる。
【0060】
本開示の電子制御式機械時計は、ゼンマイと、前記ゼンマイの機械的エネルギーを伝達する輪列と、前記輪列によって駆動されて時刻を表示する指針と、前記輪列の回転周期を制御する調速機と、前記調速機を制御する制御手段と、前記ゼンマイの機械的エネルギーを電気エネルギーに変換する発電機と、前記発電機の電気エネルギーを蓄電し、前記制御手段に電気エネルギーを供給する第１蓄電装置と、前記第１蓄電装置に並列に接続され、電気エネルギーを蓄電可能な第２蓄電装置と、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との間に配置され、前記第１蓄電装置と前記第２蓄電装置との接続状態を切り替えるスイッチと、を備え、前記スイッチは、前記ゼンマイの巻き上げ量が所定値を超えるとオフ状態からオン状態に切り替わり、前記第２蓄電装置を前記第１蓄電装置に接続し、前記ゼンマイの巻き上げ量が所定値を下回るとオン状態からオフ状態に切り替わり、前記第２蓄電装置を前記第１蓄電装置から切断することを特徴とする。
本開示の電子制御式機械時計によれば、ゼンマイの巻き上げ量が所定値を超えると、オフ状態からオン状態に切り替わり、ゼンマイの巻き上げ量が所定値を下回ると、オン状態からオフ状態に切り替わるスイッチを用いているので、ゼンマイの機械的エネルギーに余剰があるときに発電機で発電した電力を第２蓄電装置に蓄えることができる。このため、ゼンマイの巻き解け末期でゼンマイに蓄積される機械的エネルギーが低下して発電電力が低下しても、第１蓄電装置に加えて第２蓄電装置を設けることによって制御手段を動作し続けることができ、第１蓄電装置のみを設けた場合に比べて、指針を正確に調速できる持続時間を延長できる。
また、ゼンマイの巻き上げ量が所定値を下回った場合に、スイッチをオフ状態に制御するため、第２蓄電装置からの放電を防止でき、第２蓄電装置の電圧を高いレベルに維持できる。このため、再度、ゼンマイを巻き上げて、スイッチがオン状態に切り替わった際に、第１蓄電装置および第２蓄電装置の電圧が大幅に低下して制御手段が停止することを防止できる。
さらに、第１蓄電装置に加えて、第２蓄電装置およびスイッチを追加すれば良く、付加電源用の新たな発電機を設ける必要がないため、ムーブメントの大型化を防ぎ、デザインの自由度を向上できる。
本開示の電子制御式機械時計によれば、ゼンマイの巻き上げ量が所定値を超えると、オフ状態からオン状態に切り替わり、ゼンマイの巻き上げ量が所定値を下回ると、オン状態からオフ状態に切り替わるスイッチを用いているので、ゼンマイの機械的エネルギーに余剰があるときに発電機で発電した電力を第２蓄電装置に蓄えることができる。このため、ゼンマイの巻き解け末期でゼンマイに蓄積される機械的エネルギーが低下して発電電力が低下しても、第１蓄電装置に加えて第２蓄電装置を設けることによって制御手段を動作し続けることができ、第１蓄電装置のみを設けた場合に比べて、指針を正確に調速できる持続時間を延長できる。
また、ゼンマイの巻き上げ量が所定値を下回った場合に、スイッチをオフ状態に制御するため、第２蓄電装置からの放電を防止でき、第２蓄電装置の電圧を高いレベルに維持できる。このため、再度、ゼンマイを巻き上げて、スイッチがオン状態に切り替わった際に、第１蓄電装置および第２蓄電装置の電圧が大幅に低下して制御手段が停止することを防止できる。
さらに、第１蓄電装置に加えて、第２蓄電装置およびスイッチを追加すれば良く、付加電源用の新たな発電機を設ける必要がないため、ムーブメントの大型化を防ぎ、デザインの自由度を向上できる。
【符号の説明】
【0061】
１…電子制御式機械時計、４…指針、５…パワーリザーブ針、１０…ＩＣ、１１…発振回路、１２…分周回路、１３…回転検出回路、１４…制動制御回路、１５…電源電圧検出回路、１６…発振停止検出回路、２０…回路基板、２１…第１の電源ライン、２２…第２の電源ライン、３０…電源回路、３１…第１蓄電装置、３２…第２蓄電装置、３３…スイッチ回路、３５…メカスイッチ、４０…ゼンマイ、５０…増速輪列、５５…歯車、６０…表示部、７０…発電機、７１…ローター、７２…コイル、７３…ブレーキ回路、８０…水晶振動子、９０…整流回路、１００…水晶発振回路、３５１…第１電極、３５２…第２電極、３５３…導通バネ、３５３１…第１導通部、３５３２…第２導通部。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】