JP2007052002A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】基準発振器に原子発振器を用いた場合でも、その発熱の影響を受けることなく、計時機構、計時回路を駆動する。
【解決手段】第１発振信号を生成し出力する水晶発振器１１と、第１発振信号よりも高精度の第２発振信号を生成し出力する原子発振器１３と、第１発振信号および第２発振信号に基づいて動作する時計モジュール１２と、原子発振器１３と、水晶発振器１１および時計モジュール１２とを、熱的に分離する熱的分離手段と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、電子機器に係り、特に基準クロック信号を生成する発振器を備えた電子機器に関する。

従来、電子時計においては、基準発振器から出力される基準クロック信号を分周して例えば１Ｈｚの信号を生成し、この１Ｈｚの信号に基づいて時刻を計時するものがある。この種の電子時計には、基準発振器に、温度補償水晶発振器（Temperature Compensated Crystal Oscillator）を用いて、年差±数十秒以内を実現した年差時計が知られている（例えば、特許文献１参照）。
また、近年では、原子発振器を使った標準発振器が提案されている（例えば、特許文献２、３参照）。
特公平６−３１７３１号公報 米国特許第６８０６７８４号 米国特許第６２６５９４５号 特開昭５８−３８８８２号公報

ところで、従来の水晶発振器を用いた時計においては、水晶発振器を輪列機構などの駆動機構と一体化していわゆるムーブメントを構成することにより、装置の小型化を図っていた（例えば、特許文献４参照）。
ここで、電子時計の基準発振器に原子発振器を使用しようとする場合には、従来の水晶発振器を用いた時計と同様の構成を採用すると、原子発振器の熱（例えば、セルの温度保持に起因するヒータの熱、レーザダイオードの発熱などであり、８５℃程度）のために、輪列機構等の駆動体の材料、それらを円滑に駆動させるための潤滑油、電力を供給する電池などがその温度上昇に起因して悪影響を受けるという問題点が生じることとなる。
具体的には、原子発振器からの熱により、時計駆動体（ムーブメント）を構成する要素（潤滑油、発振回路、駆動回路、電池など）が変形、変質、特性劣化などの悪影響を受ける可能性が生じる。
また、発熱に伴って電力ロスが大きくなり、結果として消費電力が増加するという問題点も生じる。
そこで、本発明の目的は、基準発振器に原子発振器を用いた場合でも、その発熱の影響を低減し、消費電力の低減も図ることが可能な携帯時計あるいは電子機器、特に腕時計として構成された携帯時計を提供することにある。

上記課題を解決するため、第１発振信号を生成し出力する水晶発振器と、前記第１発振信号よりも高精度の第２発振信号を生成し出力する原子発振器と、前記第１発振信号および前記第２発振信号に基づいて動作する動作モジュールと、前記原子発振器と、前記水晶発振器および前記動作モジュールとを、熱的に分離する熱的分離手段と、を備えたことを特徴としている。
上記構成によれば、原子発振器と、水晶発振器および動作モジュールとは熱的分離手段により熱的に分離されるので、水晶発振器および動作モジュールは原子発振器の発熱の影響を受けることがなく、正常な動作状態を長期にわたって維持することが可能となる。

この場合において、水晶発振器と動作モジュールとは一体的に配置されているようにしてもよい。
また、前記原子発振器は、前記動作モジュールと一体的に配置されているようにしてもよい。
また、前記熱的分離手段は、空気層あるいは断熱材のうち少なくともいずれかを含むようにしてもよい。
また、前記動作モジュールを収納するモジュール収納部を有するケースを備え、前記原子発振器は、前記ケースのモジュール収納部の周囲に配置されるようにしてもよい。
さらに、前記動作モジュールを支持する断熱材で形成された中枠を有し、前記モジュール収納部は、前記中枠に支持された前記動作モジュールを収納するようにしてもよい。
また、前記原子発振器と前記動作モジュールとは、３次元空間的に分離されて配置されているようにしてもよい。

さらに、前記動作モジュールおよび前記原子発振器の所定平面に対する正射影が重ならないように前記動作モジュールおよび前記原子発振器が配置されているようにしてもよい。
さらにまた、前記電子機器は、計時装置を構成しており、前記動作モジュールは、時計駆動回路を含んでいるようにしてもよい。
また、当該電子機器は、腕時計として構成されており、前記腕時計を人体に装着するための時計バンドを備え、前記原子発振器は、前記時計バンドに支持されているようにしてもよい。
さらに、当該電子機器は、腕時計として構成されており、前記原子発振器は、前記腕時計を人体に装着するための時計バンドに支持されているようにしてもよい。
さらにまた、時刻表示用の文字板を備え、前記原子発振器は、前記文字板に支持されているようにしてもよい。

また、前記原子発振器は、原子を封入したセルと、前記セルを加熱するヒータと、前記セルに対して、前記原子の励起に伴う励起状態のエネルギー準位と、基底状態のエネルギー準位とのエネルギー差に相当する周波数を参照するとともに、前記ヒータを制御し前記セルを所定温度に維持する制御装置と、を備えているようにしてもよい。

本発明によれば、基準発振器に原子発振器を用いた場合でも、その発熱の影響を受けることなく、計時機構、計時回路を駆動できる。
また、発熱に伴う電力ロスも低減でき、結果として消費電力を低減できる。

次に図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
［１］第１実施形態
図１は、実施形態の時計の概要構成を示すブロック図である。
時計（電子時計）１０は、腕時計として構成されており、大別すると、第１発振信号ＳＸ１を生成し出力する水晶発振器１１を備えた動作モジュールとしての時計モジュール１２と、第１発振信号ＳＸ１よりも高精度の第２発振信号ＳＸ２を生成し出力する原子発振器１３と、を備えている。
この場合において、時計モジュール１２と、原子発振器１３とは、３次元空間的に分離されて配置されており、より詳細には、時計モジュール１２および原子発振器１３の所定平面（表示面に平行な平面）に対する正射影が重ならないように配置されている。
さらに、時計モジュール１２は、水晶発振器１１と、第１発振信号ＳＸ１と第２発振信号ＳＸ２の周波数および位相比較を行う周波数・位相比較回路１４と、第１発振信号ＳＸ１を周波数・位相比較回路１４の比較結果に基づいて分周して、基準クロック信号ＣＬＫを生成し、出力する分周回路１５と、基準クロック信号ＣＬＫに基づいて計時機構を駆動する時計駆動回路１６と、計時機構を構成し、時計駆動回路１６により制御されるモータ１７と、モータ１７の駆動力を伝達する輪列１８と、を備えている。
この時計モジュール１２において、後述するモータ１７のロータ１７Ａは、５番車５１に噛み合っており、この５番車５１のカナ５１Ａには、４番車５２が噛み合っている。
この４番車５２の回転軸には、指針部１９を構成する秒針が取り付けられており、４番車５２の回転に伴って秒針が駆動されることとなる。

そして、４番車５２のカナ５２Ａには、３番車５３が噛み合っており、３番車５３のカナ５３Ａには、２番車５４が噛み合っている。この２番車５４の回転軸には、指針部１９を構成する分針が取り付けられており、２番車５４の回転に伴って分針が駆動されることとなる。また、２番車５４のカナ５４Ａには、日の裏車５５が噛み合っている。日の裏車の回転軸には、図示しない筒車が噛み合っており、この筒車が回転することにより、筒車の回転軸に取り付けられた指針部１９を構成する時針が駆動されることとなる。
さらに日の裏車５５は、日の裏中間車５６に噛み合っている。この日の裏中間車５６は、時刻修正輪列５７を介してリュウズ５８につながっている。

さらに輪列１８には、秒針、分針、時針等の指針を備えた指針部１９が接続されている。
水晶発振器１１は、音叉型水晶振動子を発振させる構成を採っており、例えば３２．７６８ｋＨｚの第１発振信号ＳＸ１を出力する。
分周回路１５は、論理緩急量を付与すべく機能するデータセット機能付き１／２分周回路を含む複数の分周器を多段に接続して構成されており、第１発振信号ＳＸ１を第２発振信号ＳＸ２を補正基準として、１Ｈｚまで分周し、１Ｈｚのクロック信号ＣＬＫを出力する。

図２は、第１実施形態の時計の部品実装状態の説明図である。ここで、図２（ａ）は、時計を正面側から見た場合の部品実装状態の説明図であり、図２（ｂ）は、時計の要部断面図である。
図３は、第１実施形態の原子発振器の固定状態の説明図である。
時計１０は、ケース２１を備えている。このケース２１は、金属（チタン、ステンレス、アルミなど）あるいは樹脂で形成されている。
ケース２１の周縁部寄りに収納される原子発振器１３の周囲の全部または一部は熱的分離手段として機能する断熱材５０で構成されている。本第１実施形態の場合、図２（ｂ）に示すように、原子発振器１３の周囲全部が断熱材５０に覆われている。ここで、用いる断熱材５０の材料としては、アクリル、ポリエチレン、ポリスチレン等の樹脂が挙げられる。
また、断熱材５０で周囲が覆われた原子発振器１３は、さらに金属製の原子発振器ケース１３Ａに収納されている。ここで、原子発振器ケース１３Ａとして金属製の原子発振器ケース１３Ａを用いているのは、耐磁のためである。この金属製の原子発振器ケース１３Ａを用いることによって、原子発振器１３とモータ１７とを近接配置することが可能になる。従って、原子発振器１３を電子時計のケース２１内に配置する際のレイアウト制約が小さくなり、時計の薄型化、小型化が可能になる。さらに原子発振器ケース１３Ａは、セラミック、樹脂などをコーティングすることにより断熱構造としてもよい。
また、ケース２１の原子発振器周辺にセラミックコーティング、樹脂コーティングなどを施すことで断熱構造としても良い。
さらに、ケース２１の中央部分には、断熱材で形成され、熱的分離手段として機能する中枠２２が収納されている。
この中枠２２内には、電源としての電池２３と、原子発振器１３、時計モジュール１２を構成する分周回路１５および時計駆動回路１６として機能する時計用ＩＣ２４と、モータ１７と、輪列１８と、が収納されている。

この時計モジュール１２において、後述するモータ１７のロータ１７Ａは、５番車５１に噛み合っており、この５番車５１のカナ５１Ａには、４番車５２が噛み合っている。
この４番車５２の回転軸には、指針部１９を構成する秒針が取り付けられており、４番車５２の回転に伴って秒針が駆動されることとなる。
支持部１３Ａ１としては、左右方向に形成されたものに限定せずに、１つ以上の支持部で時計モジュール１２に位置決め固定されればよい。さらには、ねじＳＣを用いずに周知の位置決め固定手段で位置決め固定されたものであってもよい。
図２は、第１実施形態の時計の部品実装状態の説明図である。図３は、第１実施形態の原子発振器の固定状態の説明図である。
時計１０は、ケース２１を備えている。このケース２１は、金属（チタン、ステンレス、アルミなど）あるいは樹脂で形成されている。
ケース２１の周縁部寄りに収納される原子発振器１３の周囲の全部または一部は熱的分離手段として機能する断熱材５０で構成されており、用いる断熱材としては、アクリル、ポリエチレン、ポリスチレン等の樹脂である。さらにケース２１の原子発振器周辺にセラミックコーティング、樹脂コーティングなどを施すことで断熱構造としても良い。
また、ケース２１の中央部分には、断熱材で形成され、熱的分離手段として機能する中枠２２が収納されている。
このケース２１には、断熱材で形成された中枠２２Ａが収納され、この中枠２２Ａ内には、電源としての電池２３と、原子発振器１３、時計モジュール１２を構成する分周回路１５および時計駆動回路１６として機能する時計用ＩＣ２４と、モータ１７と、輪列１８と、が収納されている。

この場合において、原子発振器１３は、断熱材で構成された中枠２２の内周側に配置されている。原子発振器１３を中枠２２の内周側に配置することによって、ケース２１の外部に温度変化が生じた場合に、その温度変化を緩和させることが可能になり、原子発振器１３の温度変化による特性劣化を低減させることが可能になる
中枠２２を構成する断熱材の材料としては、アクリル、ポリエチレン、ポリスチレン等の樹脂、セラミック、ソーダガラス、鉛ガラス、などが挙げられる。

また、本第１実施形態においては、時計モジュール１２は、コの字形状をなしており、原子発振器１３を収容した原子発振器ケース１３Ａは、動作モジュールの窪んだ部分に配置されている。
そして、原子発振器ケース１３Ａの一端からは、図２中、左右方向に支持部１３Ａ１が延びており、図３に示すように、ねじＳＣが地板ＢＰにねじ込まれることにより、押さえ板ＦＰおよび地板ＢＰに挟持されて、時計モジュール１２の配線が形成された基板１２Ａ１および原子発振器１３の配線が形成された回路基板１３Ｂが電気的に接続されている。
この場合において、原子発振器ケース１３Ａは、アクリル、ポリエチレン、ポリスチレン等の樹脂性の断熱材で形成されており、原子発振器１３を時計モジュール１２と空間的かつ熱的に分離している。
すなわち、原子発振器１３と時計モジュール１２とは、以下のような理由から、熱的に分離されている必要がある。
（１）時計モジュールを構成する構造材、歯車などの材料の変形・変質防止
（２）歯車などに塗布された潤滑油の変質防止
（３）電池の劣化防止
（４）回路の変形・変質防止

この場合に、原子発振器１３と時計モジュール１２とを結ぶ素材の熱伝導率をλ、断面積をＡ、両者間の距離をｘとすると、両者の間の熱抵抗Ｒは、次式により表される。
Ｒ＝ｘ／（λ・Ａ）
したがって、原子発振器１３と時計モジュール１２と熱的に分離するためには熱抵抗Ｒを大きくすれば良いので、両者を結ぶ場合には、距離ｘを大きくし、熱伝導率λが小さく、断面積Ａを小さくするのが好ましい。
しかしながら、原子発振器１３と時計モジュール１２との間で信号のやり取りを行うために設けられる信号線は、微小な信号伝送を行う必要上、すなわち、不要なノイズなどを拾わないように、距離ｘはあまり大きくすることはできない。
そこで、本実施形態では、原子発振器１３を収容した原子発振器ケース１３Ａは、動作モジュールの窪んだ部分に配置して空間的に分離することにより、実効的な熱伝導率λを小さくし、熱抵抗Ｒを大きくするようにしている。

図４は、原子発振器および第１実施形態の断熱部の説明図である。
原子発振器１３を構成する原子発振器ユニット３１は、大別すると、アルカリ金属（セシウム）が封入されたセル４１と、セル４１に対し励起用のレーザ光を出射するレーザダイオード４２と、セル４１を加熱するヒータ４３と、セル４１から出射された光を受光するフォトダイオード４４と、レーザダイオード４２の温度を測定するレーザ温度センサ４５と、セル４１の温度を測定するセル温度センサ４６と、を備えている。

原子発振器１３は、原子発振器ユニット３１としてセシウム原子発振器が用いられており、この原子発振器ユニット３１は、後述する制御回路部４７の制御下で局部発振器４８が生成した発振信号の周波数が所定周波数（＝９．２ＧＨｚ）であるか否かを所定の物理現象を利用して検証する。
制御回路部３３は、レーザ温度センサ４５の測定したレーザダイオードの温度に基づいてレーザダイオード４２の出力制御を行い、セル温度センサ４６の測定したセル４１の温度にも基づいてヒータ４３の制御を行い、フォトダイオード４４の出力信号を処理する制御回路部４７と、 制御回路部４７を介して出力されるフォトダイオード４４の出力信号の周波数を所定周波数までダウンコンバートして出力する局部発振器４８と、局部発振器４８の出力信号を分周して、第２発振信号ＳＸ２として出力する分周回路４９と、を備えている。

ここで、制御回路部３３は、セル４１に対して、セシウム原子の励起に伴う励起状態のエネルギー準位と、基底状態のエネルギー準位とのエネルギー差に相当する周波数を参照するとともに、ヒータ４３を制御しセル４１を所定温度に維持している。より詳細には、レーザダイオード４２は、その出力の上側サイドバンドと下側サイドバンドの周波数差がセシウム原子の固有振動数に一致するように変調されており、セル４１内の透過レーザ光量は上側サイドバンドと下側サイドバンドの周波数差がセシウム原子の固有周波数と一致したときに最も大きくなるので、フォトダイオード４４の出力が最大となるようにレーザダイオードの変調周波数を調整することにより、変調周波数がセシウム原子の固有周波数を基準として安定化される。その結果、第２発振信号ＳＸ２もセシウム原子の固有周波数を基準として安定化されることとなる。
この場合において、原子発振器１３全体（図４中、断熱部Ａ０で示す）が断熱された構成を採っている。ここで、断熱部Ａ０は、断熱材で構成されている。
この構成によれば、温度特性のある局部発振器４８とレーザダイオード４２の動作温度を一定に保つことができるので、基準クロック信号ＣＬＫ0の出力変動を皆無にできる。
以上の説明では、断熱的な構造についてのみ述べているが、現実的には、耐磁性の観点から、原子発振器１３およびその断熱構造の形状および配置も考慮している。

次に実施形態の動作について説明する。
本実施形態においては、腕時計などの小型携帯型時計を前提としているため、消費電力低減の観点から、原子発振器１３を間欠駆動（本実施形態では、３時間毎に駆動）している。

図５は、発振動作を中心とした動作フローチャートである。
前回の間欠動作終了後、図示しないカウンタをリセットして計時を開始させ（ステップＳ１）、当該カウンタのカウント値に基づいて原子発振器１３の駆動停止期間（３時間）が経過したか否かを判定する（ステップＳ２）。
そして、ステップＳ２の判別において、未だ原子発振器１３の駆動停止期間である場合には（ステップＳ２；ｎ）、分周回路１５は図示しない、データセット機能付き１／２分周回路に前回設定された補正データ（あるいは初回の場合には、所定の補正データ）に基づいて、第１発振信号ＳＸ１の論理緩急を行いつつ、第１発振信号ＳＸ１の周波数を分周し、１Ｈｚのクロック信号ＣＬＫを時計駆動回路１６に出力する。
これにより、時計駆動回路１６は、モータ１７を駆動する。

この結果、モータ１７のロータ１７Ａは、５番車５１を回転駆動し、５番車５１のカナ５１Ａを介して４番車５２を駆動する。そして、この４番車５２の回転に伴って秒針が駆動されることとなる。
さらに、４番車５２のカナ５２Ａを介して３番車５３が駆動され、この３番車５３のカナ５３Ａを介して２番車５４が駆動される。そして、この２番車５４の回転に伴って分針が駆動されることとなる。
さらにまた、２番車５４のカナ５４Ａに噛み合っている日の裏車５５が駆動され、図示しない筒車が駆動されることにより、時針が駆動されることとなる。
以上の結果、現在時刻が表示されることとなる。

一方、ステップＳ２の判別において、原子発振器１３の駆動停止期間が経過した場合には（ステップＳ２；ｙ）、原子発振器１３に電力が供給され、原子発振器ユニット３１の動作を開始させる（ステップＳ３）。
続いて、電力供給開始から原子発振器１３の発振周波数が安定するのに十分な時間が経過した後に、周波数・位相比較回路１４は、第１発振信号ＳＸ１と第２発振信号ＳＸ２の周波数差および位相差を測定し（ステップＳ４）、周波数差および位相差に基づいて補正データを分周回路１５に出力する。
分周回路１５のデータセット機能付１／２分周回路に出力し、補正データを格納させる。

その後、原子発振器１３への電力供給を開始してから上述の処理が完了するに十分な駆動期間（例えば、１０秒）が経過すると、原子発振器１３への電力供給を再び遮断し、再び、処理をステップＳ１に移行する（ステップＳ７）。以下、同様にして、原子発振器１３の動作停止中は、データセット機能付１／２分周回路に記憶された補正データ（論理緩急量）に基づいて、１Ｈｚのクロック信号ＣＬＫの位相ずれ量が補正されるとともに、３時間経過毎に、原子発振器１３の出力する第２発振信号ＳＸ２および水晶発振器１１の出力する第１発振信号ＳＸ１との周波数差および位相差に基づいて、補正データ（論理緩急量）が更新され、クロック信号ＣＬＫの位相ずれ量が補正される、という処理が繰り返される。

これと並行して、分周回路１５は新たに設定された補正データに基づいて、第１発振信号ＳＸ１の論理緩急を行いつつ、第１発振信号ＳＸ１の周波数を分周し、１Ｈｚのクロック信号ＣＬＫを時計駆動回路１６に出力する。
これにより、時計駆動回路１６は、モータ１７を駆動する。
この結果、モータ１７のロータ１７Ａは、５番車５１を回転駆動し、５番車５１のカナ５１Ａを介して４番車５２を駆動する。そして、この４番車５２の回転に伴って秒針が駆動されることとなる。
さらに、４番車５２のカナ５２Ａを介して３番車５３が駆動され、この３番車５３のカナ５３Ａを介して２番車５４が駆動される。そして、この２番車５４の回転に伴って分針が駆動されることとなる。

以上の説明のように、本第１実施形態によれば、原子発振器１３と時計モジュール１２とは、熱的に分離されて配置されているので、時計モジュール１２を構成する構造材、歯車などの材料の変形や変質防止、歯車などに塗布された潤滑油の変質防止、電池２３の劣化防止、回路の変形・変質防止が図れる。このため、これらに起因する時刻表示精度の低下を防止することができるとともに、原子発振器１３が生成した超高精度の基準クロック信号（＝発振信号ＳＸ２に相当）に基づくクロック信号ＣＬＫを生成するので、より一層の時刻表示精度の高精度化を図ることが可能となる。したがって、精度が要求される地下鉄等の鉄道駅員や列車運転者が使用する鉄道用腕時計として構成することが可能になる。
さらに原子発振器１３を加熱するためのヒータの発熱に伴う電力ロスも低減することができ、ひいては、電力消費を低減することができる。

［２］第２実施形態
図６は、第２実施形態の時計の部品実装状態の説明図である。
時計１０は、ケース２１を備えている。このケース２１は、金属（チタン、ステンレス、アルミなど）あるいは樹脂で形成されている。
ケース２１の周縁部寄りに収納される原子発振器１３の周囲の全部または一部は、熱的分離手段として機能する断熱材５０で構成されており、用いる断熱材としては、アクリル、ポリエチレン、ポリスチレン等の樹脂である。さらにケース２１の原子発振器周辺にセラミックコーティング、樹脂コーティングなどを施して断熱構造としても良い。
また、ケース２１の中央部分には、断熱材で形成され、熱的分離手段として機能する中枠２２が収納されている。
原子発振器１３は、熱的分離手段（断熱材５０、中枠２２）とケース２１とを利用して固定配置されている。

この中枠２２内には、電源としての電池２３と、時計モジュール１２（動作モジュール）を構成する分周回路１５および時計駆動回路１６として機能する時計用ＩＣ２４と、モータ１７と、輪列１８と、が収納されている。
モータ１７のロータ１７Ａは、５番車５１に噛み合っており、この５番車５１のカナ５１Ａには、４番車５２が噛み合っている。
この４番車５２の回転軸には、指針部１９を構成する秒針が取り付けられており、４番車５２の回転に伴って秒針が駆動されることとなる。

そして、４番車５２のカナ５２Ａには、３番車５３が噛み合っており、３番車５３のカナ５３Ａには、２番車５４が噛み合っている。この２番車５４の回転軸には、指針部１９を構成する分針が取り付けられており、２番車５４の回転に伴って分針が駆動されることとなる。また、２番車５４のカナ５４Ａには、日の裏車５５が噛み合っている。日の裏車の回転軸には、図示しない筒車が噛み合っており、この筒車が回転することにより、筒車の回転軸に取り付けられた指針部１９を構成する時針が駆動されることとなる。
さらに日の裏車５５は、日の裏中間車５６に噛み合っている。この日の裏中間車５６は、時刻修正輪列５７を介してリュウズ５８につながっている。
ケース２１には、中枠２２を介して時計モジュール１２とは熱的に分離された状態で、原子発振器１３が内蔵されている。この原子発振器１３は、大別すると、原子発振器ユニット３１と、制御回路部３３と、を備えており、この制御回路部３３と、時計モジュール１２とは、フレキシブル基板３４を介して電気的に接続されている。
制御回路部３３は、制御回路部４７と、局部発振器４８と、分周回路４９と、を備えている。
ここで、原子発振器１３と時計モジュール１２とは、前述した熱的に分離する理由（１）〜（４）及び熱抵抗Ｒとの関係を考慮して、本第２実施形態では、熱伝導率λを小さくできるとともに、断面積Ａを小さく構成できるフレキシブル基板３４を用いることとした。
原子発振器１３を中枠２２の外周側に配置することによって、既存の時計モジュールを利用した商品展開が可能になる。すなわち、例えば、既存の時計モジュールから回路基板と時計用ＩＣとを変更し、この部品変更された時計モジュールに原子発振器１３を接続することによって、既存の時計ムーブメントを利用した商品展開が可能になる。この結果、低コストで商品化することが可能になる。

［３］第３実施形態
図７は、第３実施形態の説明図である。
以上の第２実施形態は、原子発振器１３をケース２１の一部に配置する構成を採っていたが、ケース２１の周縁部に時計のムーブメントＭ（＝時計モジュール１２Ｂ＋電池２３など）を取り囲むように原子発振器１３（図６中、斜線で示す）を配置するように構成することも可能である。

［４］第４実施形態
図８は、第４実施形態の説明図である。
以上の第１実施形態および第２実施形態は、原子発振器１３をケース２１の一部に配置するものであったが、本第４実施形態は、原子発振器１３を中枠２２内に収納する場合の実施形態である。
この場合において、中枠２２は、断熱材で形成されており、原子発振器１３は断熱材で覆われるようにされている。
断熱材の材料としては、アクリル、ポリエチレン、ポリスチレン等の樹脂セラミック、ソーダガラス、鉛ガラス、などが挙げられる。
また、原子発振器１３は金属ケースにより覆われている。この金属ケースは、セラミック、樹脂などをコーティングすることにより断熱構造としてもよい。

［５］第５実施形態
図９は、第５実施形態の説明図である。
以上の各実施形態は、原子発振器１３を平面視でムーブメントＭの周囲のいずれかに配置させるものであったが、本第５実施形態は、原子発振器１３をムーブメントＭの裏面側に重ねて配置する場合の実施形態である。
原子発振器１３は、ムーブメントＭの裏面側（指針部１９とは反対側）に裏蓋６０および断熱材６１に囲まれた状態で収納されており、裏蓋６０に載置されている。
そしてムーブメントＭと原子発振器１３とは、コイルばね６２により電気的に接続され、信号伝送がなされている。特に、コイルばね６２を用いる場合には、基準クロック信号ＣＬＫ0の出力周波数を変更して商品展開する場合であっても、コイルばね６２の線径、巻数、外径のうち、少なくともいずれかを変更するだけで、他の構成部品を変更することなく、最適な信号伝送を容易に形成することが可能となる。
このコイルばね６２を用いることにより、ムーブメントＭと原子発振器１３ととの間の距離ｘをより大きくとることができる。その結果、熱抵抗Ｒ（前述の熱抵抗Ｒの式を参照）を大きくすることが可能となり、原子発振器１３からムーブメントＭへの熱の伝導を小さくすることが可能となり、断熱性の向上が図れる。
また、このコイルばね６２に代えて、導電性ゴムを用いるように構成することも可能である。
裏蓋６０は、金属あるいは金属に断熱コーティングとして、セラミック、樹脂がコーティングされたものが用いられる。この場合に、原子発振器ユニット３１を構成するセル４１を金属ケースで覆うようにしてもよい。
断熱材６１の材料としては、アクリル、ポリエチレン、ポリスチレン等の樹脂、セラミック、ソーダガラス、鉛ガラス、などが挙げられる。

［６］第６実施形態
図１０は、第６実施形態の説明図である。図１０（ａ）は、第６実施形態の時計の平面図、図１０（ｂ）は、第６実施形態の第１の態様の説明図、図１０（ｂ）は、第６実施形態の第２の態様の説明図である。
以上の第５実施形態は、原子発振器１３をムーブメントＭの裏面側に重ねて配置するものであったが、本第６実施形態は、原子発振器１３を文字板に配置する場合の実施形態である。
原子発振器１３は、断熱手段である断熱材８０に覆われているとともに、文字板６５の下面に配置した断熱手段である第２の断熱材８１の上に配置され、内部のムーブメントＭから熱的に分離されている。この場合において、原子発振器１３および断熱材８０は、図１０（ｂ）に示すように、分針Ｈｍの回転軌跡を含む平面よりも文字板６５側に配置され、かつ、時針Ｈｈの先端の回転軌跡ＥＨよりも外側に配置されている。さらに、原子発振器１３および断熱材８０は、文字板６５に設けられた孔に下方より挿入され、その上面が文字板６５から上方に突設されている。
ここで、文字板６５の構成としては、基材のみで文字板を構成してもよいし、基材の上面、下面、両面のいずれにセラミック、樹脂がコーティングされたものを用いてもよい。
以上の説明は、原子発振器１３および断熱材８０が、文字板６５に設けられた孔に下方より挿入され、その上面が文字板６５から上方に突設されている場合のものであったが、図１０（ｃ）に示すように、文字板６５に透明セラミック、ソーダガラス、鉛ガラスのように透光性の材料を設けた視認窓６５Ｗを形成し、その下方に視認窓６５Ｗを介して原子発振器１３（および断熱材８０）を視認可能に配置するようにしてもよい。あるいは、前記視認窓６５Ｗは設けず、断熱材８０の上面を文字板６５の視認側表面と同じ高さで構成してもよい。さらには、ムーブメントＭを文字板６５と第２の断熱材８１との間に配置する構成としてもよい。
上述したように、本第６実施形態によれば、原子発振器１３を文字板６５上に配置、あるいは、文字板６５を介して視認可能な位置に配置することによって、原子発振器１３を搭載した時計であることを時計の外観から容易に認識できるとともに、デザインバリエーションに幅を持たせた商品展開が可能となる。

［７］第７実施形態
図１１は、第７実施形態の説明図である。
以上の各実施形態は、原子発振器１３を２２ケース２１内に配置するものであったが、本第７実施形態は、時計バンド内に収納する場合の実施形態である。
原子発振器１３は、時計バンド６７内に収納されている。
この場合において、時計バンド６７が断熱材で構成されているか、あるいは、原子発振器１３が断熱材で覆われているようにされている。
時計バンド６７を断熱材で構成する場合には、アクリル、ポリエチレン、ポリスチレン等の樹脂、ゴム、などで構成する。
時計バンド６７を金属で構成する場合には、セラミック、樹脂などのコーティングにより原子発振器１３の周囲を断熱構造とするようにしてもよい。
この場合においては、原子発振器１３が時計モジュールを含むムーブメントＭとの距離が離れているため、信号線が長くなり、ノイズなどを拾いやすくなるため、原子発振器１３内に信号増幅用のアンプを備えるのが望ましい。
原子発振器１３を時計バンド６７内に配置することによって、原子発振器１３を搭載した時計の薄型化、小型化が容易に実現できる。さらには、前述と同様に既存の時計ムーブメントを利用した商品化展開が容易になる。

［８］第８実施形態
図１２は、第８実施形態の説明図である。
以上の各実施形態は、腕時計を例として説明したが、本第８実施形態は、置き時計として構成した場合の実施形態である。
図１２において、図１、図２および図４と同様の部分には同一の符号を付すものとする。
時計（電子時計）７０は、携帯型置き時計として構成されており、大別すると、土台７１と、土台７１に立設された支柱７２を介して上部に配置された時計モジュール１２Ｃおよび指針部１９と、土台７１部分に収納され、交流電力が供給された状態では、交流電力を直流電力に変換するＡＣ／ＤＣコンバータユニット７３と、ＡＣ／ＤＣコンバータユニット７３から供給された直流電力を蓄えるバッテリ７４と、土台７１に載置された原子発振器１３と、を備えている。

この場合において、原子発振器１３は断熱材７５により覆われている。
また、原子発振器１３と時計モジュール１２Ｃとの距離が離れているため、信号線が長くなり、ノイズなどを拾いやすくなるため、原子発振器１３内には信号増幅用のアンプを備えている。
時計７０の動作については、上記各実施形態と同様であるためのその詳細な説明は省略する。
以上の説明のように、上記第２〜８実施形態によっても、原子発振器１３と時計モジュール（１２、１２Ｂ、１２Ｃ）とは、熱的に分離されて配置されているので、時計モジュール（１２、１２Ｂ、１２Ｃ）を構成する構造材、歯車などの材料の変形や変質防止、歯車などに塗布された潤滑油の変質防止、電池２３の劣化防止、回路の変形・変質防止が図れるため、これらに起因する時刻表示精度の低下を防止することができる。
さらに発熱に伴う電力ロスも低減することができ、ひいては、電力消費を低減することができる。

［９］実施形態の変形例
上述した実施形態は、あくまでも本発明の一態様を示すものであり、本発明の範囲内で任意に変形が可能である。
［９．１］第１変形例
図１３は、第１変形例の説明図である。
以上の説明においては、原子発振器１３全体（図４中、断熱部Ａ０で示す）が断熱された構成を採っていたが、原子発振器１３のうち、セル４１、ヒータ４３、セル温度センサ４６、レーザダイオード４２、フォトダイオード４４およびレーザ温度センサ４５を断熱する構成としてもよい。すなわち、原子発振器ユニット３１（図１２中、断熱部Ａ１で示す）を断熱する構成としてもよい。ここで、断熱部Ａ１は、断熱材で構成されている。
上記構成によれば、温度特性のあるレーザダイオード４２の動作温度を一定に保つことができるので、基準クロック信号ＣＬＫ0の出力変動を皆無にできる。

［９．２］第２変形例
図１４は、第２変形例の説明図である。
上記第１変形例の説明においては、原子発振器１３のうち、セル４１、ヒータ４３、セル温度センサ４６、レーザダイオード４２、フォトダイオード４４およびレーザ温度センサ４５について断熱する構成を採っていたが、原子発振器１３のうち、セル４１、ヒータ４３およびセル温度センサ４６を断熱する構成（図１３中、断熱部Ａ２で示す）としてもよい。ここで、断熱部Ａ２は、断熱材で構成されている。
上記構成によれば、もっとも温度変化の影響を受けやすいセル４１の動作温度を一定に保つことができるので、基準クロック信号ＣＬＫ0の出力変動を皆無にできる。

［９．３］第３変形例
以上の説明では、水晶発振器１１の出力する第１発振信号ＳＸ１と原子発振器１３の出力する第２発振信号ＳＸ２との周波数・位相比較を行う場合を例示したが、第１発振信号ＳＸ１と第２発振信号ＳＸ２の周波数が一致している場合であれば、位相のみを比較するように構成することも可能である。
また、第１発振信号ＳＸ１と第２発振信号ＳＸ２との周波数比較を行い、原子発振器１３の出力する第２発振信号ＳＸ２の周波数を基準に水晶発振器１１の出力する第１発振信号ＳＸ１の発振周波数を補正してもよい。

［９．４］第４変形例
以上の説明では、基準クロック信号ＣＬＫの補正方式として、論理緩急方式を採用していたが、論理緩急方式と水晶発振器の容量可変方式とを併用するように構成してもよい。この場合、論理緩急方式と容量可変方式とを併用することで、基準クロック信号ＣＬＫの調整範囲を広げることができる。なお、水晶発振回路内に容量可変用のコンデンサを設ける場合に限らず、水晶発振回路の外に、容量可変用のコンデンサを設けるようにしてもよい。

［９．５］第５変形例
以上の説明では、原子発振器１３の駆動停止期間を３時間に設定し、駆動期間を１０秒に設定する場合を例示したが、これに限らず、任意の時間で構わない。
また、間欠駆動周期を等間隔にせずに、例えば、駆動停止期間を昼間時間帯は短くし（例えば２時間）、夜間時間帯は長くする（例えば４時間）等、間欠駆動周期を不等間隔にしてもよい。

［９．６］第６変形例
以上の説明では、原子発振器ユニット３１として、セシウム原子発振器を用いていたが、それ以外の原子発振器（例えばルビジウム原子発振器）を使用してもよい。また、水晶発振器１１は、年差時計又は月差時計等で使用される発振器等の任意の水晶発振器でよい。
［９．７］第７変形例
以上においては、電池２３として、リチウム電池や銀電池等のコイン型の一次電池が適用されるものとして説明したが、ソーラパネルまたは重力等により回転運動する回転錐の運動エネルギーを発電機のロータに伝達して運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電装置等の発電手段を配置し、電池２３として、二次電池を用いるようにしてもよい。

［９．８］第８変形例
以上の説明では、腕時計あるいは置き時計の場合について説明したが、針以外の表示手段を用いて時刻表示を行うデジタル時計、カレンダ機構を具備する時計、タイムコードが重畳された電波を受信してタイムコードに基づき時刻を補正する電波時計、懐中時計、置き時計及び掛け時計等の時計全般に広く適用が可能である。若しくは、携帯電話機、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）、携帯型計測器、携帯型ＧＰＳ（Global Positioning System）装置等の携帯可能な電子機器、又は、標準発振器、ノート型パーソナルコンピュータ等の商用電源以外で駆動可能な電子機器に広く適用が可能である。若しくは、商用電源で駆動可能な電子機器にも広く適用することが可能である。

特に、電波時計に適用した場合、電波を受信できない状況、例えば、電波が届かない場所（ビルの中、地下、水中、ノイズ源の近く）であったり、電波のない場所（標準時報局のない場所、宇宙等）であったり、アンテナの向きが不適切、電波の定期点検中、電波周波数やタイムコードが異なっていたり、気象上の電界強度低下等の状況が生じている場合でも、十分に正確な時刻を表示することが可能になり、様々な状況下でも高精度な電波時計を提供することが可能になる。また、携帯電話機等のデータ通信機器に適用した場合には、発振部４０からのクロック信号を通信ビットレート決定用基準信号として使用することで、高信頼でかつ高速な通信を行うことができる。

実施形態の時計の概要構成を示すブロック図である。 第１実施形態の説明図である。 第１実施形態の固定状態の説明図である。 原子発振器および第１実施形態の断熱部の説明図である。 発振動作を中心とした動作フローチャートである。 第２実施形態の時計の部品実装状態の説明図である。 第３実施形態の説明図である。 第４実施形態の説明図である。 第５実施形態の説明図である。 第６実施形態の説明図である。 第７実施形態の説明図である。 第８実施形態の説明図である。 第１変形例の説明図である。 第２変形例の説明図である。

符号の説明

１０…時計（電子時計）、１１…水晶発振器、１２…時計モジュール（動作モジュール）、１３…原子発振器、１４…周波数・位相比較回路、１５…分周回路、１６…時計駆動回路、１７…モータ、１８…輪列、１９…指針部、３１…原子発振器ユニット、４１…セル、４２…レーザダイオード、４３…ヒータ、４４…フォトダイオード、４６…セル温度センサ、４７…制御回路、４８…局部発振器、４９…分周回路、ＳＸ１…第１発振信号、ＳＸ２…第２発振信号。

Claims (13)

1. 第１発振信号を生成し出力する水晶発振器と、
   前記第１発振信号よりも高精度の第２発振信号を生成し出力する原子発振器と、
   前記第１発振信号および前記第２発振信号に基づいて動作する動作モジュールと、
   前記原子発振器と、前記水晶発振器および前記動作モジュールとを、熱的に分離する熱的分離手段と、を備えたことを特徴とする電子機器。
2. 請求項１記載の電子機器において、
   前記水晶発振器と前記動作モジュールとは一体的に配置されていることを特徴とする電子機器。
3. 請求項１記載の電子機器において、
   前記原子発振器は、前記動作モジュールと一体的に配置されていることを特徴とする電子機器。
4. 請求項１ないし請求項３記載の電子機器において、
   前記熱的分離手段は、空気層あるいは断熱材のうち少なくともいずれかを含むことを特徴とする電子機器。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の電子機器において、
   前記動作モジュールを収納するモジュール収納部を有するケースを備え、
   前記原子発振器は、前記ケースのモジュール収納部の周囲に配置されることを特徴とする電子機器。
6. 請求項５記載の電子機器において、
   前記動作モジュールを支持する断熱材で形成された中枠を有し、
   前記モジュール収納部は、前記中枠に支持された前記動作モジュールを収納することを特徴とする電子機器。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の電子機器において、
   前記原子発振器と前記動作モジュールとは、３次元空間的に分離されて配置されていることを特徴とする電子機器。
8. 請求項７記載の電子機器において、
   前記動作モジュールおよび前記原子発振器の所定平面に対する正射影が重ならないように前記動作モジュールおよび前記原子発振器が配置されていることを特徴とする電子機器。
9. 請求項１ないし請求８のいずれかに記載の電子機器において、
   前記電子機器は、計時装置を構成しており、
   前記動作モジュールは、時計駆動回路を含んでいることを特徴とする電子機器。
10. 請求項９記載の電子機器において、
    当該電子機器は、腕時計として構成されており、
    前記原子発振器は、前記腕時計のケースを構成する裏蓋に支持されていることを特徴とする電子機器。
11. 請求項９記載の電子機器において、
    当該電子機器は、腕時計として構成されており、
    前記腕時計を人体に装着するための時計バンドを備え、
    前記原子発振器は、前記時計バンドに支持されていることを特徴とする電子機器。
12. 請求項９記載の電子機器において、
    時刻表示用の文字板を備え、
    前記原子発振器は、前記文字板に支持されていることを特徴とする電子機器。
13. 請求項１ないし請求項１２のいずれかに記載の電子機器において、
    前記原子発振器は、原子を封入したセルと、
    前記セルを加熱するヒータと、
    前記セルに対して、前記原子の励起に伴う励起状態のエネルギー準位と、基底状態のエネルギー準位とのエネルギー差に相当する周波数を参照するとともに、前記ヒータを制御し前記セルを所定温度に維持する制御装置と、
    を備えていることを特徴とする電子機器。
    
    

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