JP2017026639A - 電子時計 - Google Patents

Abstract

【課題】回路規模の拡大をせず、通常駆動パルスの駆動力を細かく制御でき、消費電流のばらつきを抑えた電子時計を提供する。【解決手段】当該電子時計は、チョッピングした駆動パルスを出力している間、従来であればコイル端子を短絡する区間に、通常駆動パルスを出力したモータドライバ（８）の端子とは異なる端子からパルスを出力し（以下調整パルスと称する）制御する構成とする。この調整パルスの出力パターンを駆動ランク選択回路（１１）に基づき変化させることで、モータ駆動電流を増減させ駆動力を変化させる。【選択図】図１

Description

本発明は、ステップモータを有する電子時計に関する。

従来、電子時計では消費電流を少なくするため駆動力の異なる通常駆動パルスを複数用意し、その中から常に最小のエネルギで駆動できる通常駆動パルスを選択してモータを駆動するという方法を採用している。その選択方法を簡単に説明すると、まず所定の駆動力の通常駆動パルスを出力し、続いてモータが回転したかどうかを判定する。そして回転しなかった場合は、直ちに、別途用意した駆動力の大きい補正駆動パルスを出力しロータを確実に回転させるとともに、次の通常駆動パルス出力時には前回よりも１ランク大きな駆動力を有する通常駆動パルスに切り替えて出力する。またモータが回転した場合には次の通常駆動パルス出力時には前回と同じ通常駆動パルスを出力する。そして一定回数同じ駆動パルスが出力されると１ランク小さな駆動力の通常駆動パルスに切り替えるという方法で通常駆動パルスを選択している。

なお従来の方式に於けるロータの回転・非回転の検出は、通常駆動パルス印加終了後に、回転検出パルスを出力してステップモータのコイルのインピーダンス値を急激に変化させ、コイルに発生する誘起電圧をコイル端で検出してロータの自由振動のパターンから回転判定する方式が多く用いられている。（例えば、特許文献１、特許文献２及び特許文献３参照）

また、通常駆動パルスの駆動力を変更する方法として、駆動パルスを複数のサブパルス（以降、駆動パルスの複数のサブパルスを「チョッパ」と呼ぶ）で構成し、各サブパルス（チョッパ）のデューティを制御しパルス幅を変更する方法が、特許文献４に記載されている。なお、このような複数のチョッパから構成される駆動パルスを以降、「チョッパ駆動パルス」と呼ぶ。

特開平７−１２０５６７号公報（段落００１８〜００２４、図７） 特公平８−３３４５７号公報（第３頁第６欄第２６行目〜第４頁第７欄第３９行目、第４図〜第６図） 特公平１−４２３９５号公報（第５貢第９欄） 特開平９−２６６６９７号公報（段落００１３、図５）

従来の技術では通常パルス出力後モータ回転検出により非回転と判断した場合、次の通常駆動パルス出力時には前回よりも１ランク大きな駆動力を有する通常パルスを出力するが、その際通常駆動パルスのチョッパ毎に全てのデューティ比が変化しランクアップするため消費電流の増加量が大きい。

そのため、ロータの偏心等で個体ごとにモータに駆動力の差があると、本来の設定値である駆動力の低い通常駆動パルスで回転可能なモータや１ランクアップし、駆動力の高い通常駆動パルスでないと回転できないモータが発生する。１ランクアップあたりの消費電流の増加量が大きいため、１ランク大きな通常駆動パルスでないと回転できないモータは、所定の電池寿命をクリアできない問題を生じる可能性がある。これは、時計の販売力向上のため、電池寿命を従来よりも長い年数（例えば、２年だったものを３年とする）に設定する傾向にあり、モータで消費する電流値、それを実現する通常駆動パルスの駆動力を、実現可能なギリギリの値に設定する傾向にあるからである。

従来の技術では、水晶振動子の発振周波数３２ｋＨｚの半周期約１６μsを、通常駆動パルスの１ランクあたりの変化量とし駆動力を制御している。これに対し、１ランクアップあたりの消費電流の増加量を抑えるため、例えば、逓倍回路を用いて発振周波数の２倍の６４ｋＨｚの基準信号を生成し、その信号の半周期約８μsを通常駆動パルスの変化量とし、１ランクアップあたりの駆動力の変化量をより細かく制御する方法も考えられる。

しかし、この方法は、逓倍回路を必要とするため、回路規模が大きくなってしまう。また、逓倍回路の駆動により、回路での消費電流が増大する問題もある。

本発明の目的は、逓倍回路等による回路規模の拡大をせず、通常駆動パルスの駆動力を細かく制御でき、モータの消費電流のバラツキを抑えた電子時計を提供することである。

本発明は、上記目的を達成するため、次の様な構成をしている。即ち、２極ステップモータ（９）と、該ステップモータ（９）を駆動するための２個の駆動端子を有するモータドライバ（８）と、前記ステップモータ（９）を駆動するための、複数のサブパルスで構成されるチョッパ駆動パルスの元信号を出力する駆動パルス生成回路（３）と、該駆動パルス生成回路（３）で生成された該チョッパ駆動パルスの元信号を、前記モータドライバ（８）に出力するセレクタ（７）と、を有し、さらに、前記チョッパ駆動パルスの前記複数のサブパルスの休止期間中に出力される調整パルスの元信号を、前記セレクタ（７）に出力する調整パルス生成回路（４）を有し、前記セレクタ（７）は、前記調整パルスが、前記チョッパ駆動パルスが出力される駆動端子とは異なる駆動端子から出力されるように、前記調整パルスの元信号を前記モータドライバ（８）に出力し、前記調整パルス生成回路（４）が、複数種類の前記調整パルスの元信号を出力可能に構成されるとともに、該複数種類の前記調整パルスのうちの１つを選択し、選択された前記調整パルスを出力するように前記調整パルス生成回路（４）に指示する指定回路（１１）を有し、前記駆動パルス生成回路（３）は、複数種類のチョッパ駆動パルスを出力可能に構成され、前記指定回路（１１）は、前記複数種類のチョッパ駆動パルスのうちの１つを選択することを特徴とする。

以上のように本発明によれば、チョッピングした通常駆動パルスにおいてパルスの従来であればチョッパの休止期間中に、通常駆動パルスを出力したモータドライバの端子とは異なる端子からパルス（以下調整パルスと称する。）を出力する。調整パルスは通常駆動パルスでの駆動力を抑制するパルスとなる。その調整パルスの出力パターンを制御することで、逓倍回路を使用しなくても通常駆動パルスの駆動力を細かく設定できる。

また、逓倍回路等不要なため、大きな回路構成の変更をすることもなく従来製品へ本発明の組み込みも容易に適用可能である。

本発明の第１、第２の実施形態の回路構成を示すブロック線図である。 本発明の第１、第２、第３の実施の形態の電子時計の回路が発生するパルスの波形図である。 本発明の第１、第２、第３の実施の形態の電子時計の回路が発生するパルスの波形図である。 本発明の第１の実施の形態の電子時計の回路が発生するパルスの波形図である。 本発明の第１の実施の形態の電子時計の回路が発生するパルスの波形図である。 本発明の第１の実施の形態の電子時計の回路が発生するパルスの波形図である。 本発明の第１の実施の形態の電子時計の回路が発生するパルスの波形図およびコイルに発生電流波形図である。 本発明の第１の実施の形態の電子時計のモータドライバの構成を示す等価回路図である。 本発明の第１の実施の形態の電子時計のモータドライバの状態を示す等価回路図であって、ｔ０より前の状態を示すものである。 本発明の第１の実施の形態の電子時計のモータドライバの状態を示す等価回路図であって、ｔ０−ｔ１間の状態を示すものである。 本発明の第１の実施の形態の電子時計のモータドライバの状態を示す等価回路図であって、ｔ１での状態を示すものである。 本発明の第１の実施の形態の電子時計のモータドライバの状態を示す等価回路図であって、ｔ１−ｔ２間の状態を示すものである。 本発明の第１の実施の形態の電子時計と従来の電子時計のステップモータのランク毎の消費電流変化量を比較した図である。 本発明の第２、第３の実施の形態の電子時計の回路が発生するパルスの波形図である。 本発明の第３の実施形態の回路構成を示すブロック線図である。 本発明の第３の実施の形態の電子時計の回路が発生するパルスの波形図である。 本発明の第３の実施の形態の電子時計の回路が発生するパルスの波形図である。 本発明の第３の実施の形態の電子時計と従来の電子時計のステップモータのランク毎の消費電流変化量を比較した図である。

［第１の実施の形態］
第１の実施の形態は、通常駆動パルスのチョッパ休止期間において通常駆動パルスを出力したモータドライバの端子とは異なる端子から調整パルスを出力し、調整パルスの出力パターンを変化させ、駆動力を細かく制御するものである。以下、本発明に係る第１の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態の電子時計の回路構成を示すブロック線図、図２〜図７は本発明の第１の実施の形態の電子時計の回路が発生する各種パルスの波形図であり、（ａ）はコイルの一方の端子Ｏ１に発生する電圧波形で、７つのサブパルスからなる１群のチョッパ駆動パルスを示し、（ｂ）はコイルの他方の端子Ｏ２に発生する電圧波形で、サブパルスの休止区間ａ１に発生する７〜０のサブパルスからなる１群の調整パルスを示している。（ｃ）はコイルに発生する電流波形である。なお、端子Ｏ１とＯ２の発生波形は１ステップごとに位相が逆になる交番パルスとなる。本発明の図８〜図９は本発明の第１の実施の形態の電子時計のモータドライバの状態を表す等価回路図、図１０は本発明の第１の実施の形態の電子時計および従来の電子時計のステップモータの１ランク毎の消費電流の変化を比較した図となる。

図１において、１は電源、２は水晶振動子（不図示）の発振により基準クロックを生成する発振回路２１１と、発振回路２１１からの基準信号を分周する分周回路２１２で構成される基準信号生成回路である。３は基準信号生成回路２に基づいて、図２〜図６（ａ）に示す如き、３．５ｍｓ幅で０．５ｍｓごとにチョッパデューティ比が２８／３２のパルスを生成する通常駆動パルス生成回路である。なお、デューティ比２８／３２のチョッパ出力後、次のチョッパが出力されるまでの区間（例えば、図２の「ａ１」）を「休止区間」と呼ぶ。第１実施例では、後述のいずれのランクでも、通常駆動パルスのチョッパデューティ比は２８／３２で固定である。

なお、図２〜図６（ａ）に示される波形は、後述のモータドライバ８のＯ１端子から出力された信号を示すものであり、実際に通常駆動パルス生成回路３から出力される元信号は、高電位と低電位が反転した信号である。

４は基準信号生成回路２に基づいて、図２〜図５（ｂ）に示す如き、チョッパデューティ比が４／３２の調整パルスを生成する調整パルス生成回路である。調整パルスは、前記通常駆動パルスの出力休止期間（例えば、「ａ１」）中に出力されるサブパルス（例えば、「ａ２」）で構成され、期間Ａ〜Ｇの全てにおいてサブパルスが出力される図２（ｂ）、期間Ｂ〜Ｇでサブパルスが出力される図３（ｂ）、期間Ｃ〜Ｇでサブパルスが出力される図４（ｂ）、期間Ｄ〜Ｇでサブパルスが出力される図５（ｂ）、サブパルスが出力される期間のない図６（ｂ）というように異なる波形パターンが生成される。調整パルス生成回路４は後述するパルス駆動ランク選択回路１１に基づき、異なる調整パルスの波形パターンから選択し出力する。

なお、図２〜図６（ｂ）に示される波形は、後述のモータドライバ８のＯ２端子から出力された信号を示すものであり、実際に調整パルス生成回路４から出力される元信号は、高電位と低電位が反転した信号である。

５は基準信号生成回路２に基づいて補正駆動パルスを生成する補正駆動パルス生成回路であり、６は基準信号生成回路２に基づいて回転検出パルスを生成する回転検出パルス生成回路である。

７はセレクタであり通常駆動パルス生成回路３、調整パルス生成回路４、補正駆動パルス生成回路５、回転検出パルス生成回路６から出力されるパルスを後述する回転検出回路１０の判定結果に基づいて選択し出力する。８はモータドライバであり、セレクタ７から出力される信号を後述する２極ステップモータ９のコイル（不図示）に供給するとともに、後述するステップモータ９のロータ（不図示）の回転状態を、後述する回転検出回路１０に伝える。このため、モータドライバ８には、ステップモータ９のコイルへの供給用に、Ｏ１，Ｏ２の２個の出力端子を有する。

９はコイル（不図示）およびロータ（不図示）から構成されるステップモータであり、輪列（不図示）を介して指針（不図示）を駆動する。

１０はステップモータ９のロータの回転、非回転を判定し、セレクタ７および後述するパルス駆動ランク選択回路１１およびカウンタ回路１２を制御する回転検出回路である。

１１はパルス駆動ランク選択回路であり、回転検出回路１０でロータが非回転と検出された場合や後述するカウンタ回路１２で所定回数ロータが回転とカウントされた場合に、所定の値を選択し調整パルスの出力パターンを変動させ、調整パルス生成回路４を制御する。

１２はカウンタ回路であり、ステップモータ９のロータ（不図示）が回転と判定した回数をカウントし、パルス駆動ランク選択回路１１を制御する。カウンタ回路１２は、さらに、ロータの非回転判定時にはリセットされ、連続して回転判定した回数を計数するように構成される。

なお、パルス駆動ランク選択回路１１において調整パルスのサブパルス出力期間Ａ〜Ｇ（図２）、期間Ｂ〜Ｇ（図３）、期間Ｃ〜Ｇ（図４）、期間Ｄ〜Ｇ（図５）、期間Ｅ〜Ｇ、期間Ｆ〜Ｇ、期間Ｇ、調整パルス出力期間無し（図６）を選択するパルス駆動ランク選択回路１１の値を２進数で「０００」、「００１」、「０１０」、「０１１」、「１００」、「１０１」、「１１０」、「１１１」と設定すれば、パルス駆動ランク選択回路１１は、３ｂｉｔの２進カウンタで構成可能である。なお、このカウンタの値が、ランクに相当する。

そして、パルス駆動ランク選択回路１１は、回転検出回路１０でロータが非回転と検出された場合に、カウントアップ（インクリメント）されて調整パルスの出力が少ない波形パターンを選択し、カウンタ回路１２で所定回数ロータが回転とカウントされた場合にカウントダウン（デクリメント）されて、調整パルスの出力が多い波形パターンを選択する。

次に図７〜図９を用いてモータドライバ８の動作について説明する。

図７（ａ）、図７（ｂ）の電圧波形のパルス幅、デューティ比は図２と同様である。図７（ｃ）は図７（ａ）、図７（ｂ）の電圧波形が出力された場合のコイルに発生する電流波形であり、期間Ａで調整パルスを出力する場合の電流波形を破線で示し、期間Ａで調整パルスを出力しない場合の電流波形を実線で示してある。

図８は、前記モータドライバ８の構成を示す等価回路図である。２１ｐは制御信号φｐ１をゲート入力し、ソースが電源１のプラス側に接続され、ドレイン側がＯ１端子に接続されたＰＭＯＳトランジスタであり、２１ｎは制御信号φｎ１をゲート入力し、ソースが電源１のマイナス側に接続され、ドレイン側がＯ１端子に接続されたＮＭＯＳトランジスタであり、各ソースドレイン間には、ＭＯＳトランジスタの構造上生じる寄生ダイオード２３ｐと２３ｎが接続される。また、２２ｐは制御信号φｐ２をゲート入力し、ソースが電源１のプラス側に接続され、ドレイン側がＯ２端子に接続されたＰＭＯＳトランジスタであり、２２ｎは制御信号φｎ２をゲート入力し、ソースが電源１のマイナス側に接続され、ドレイン側がＯ２端子に接続されたＮＭＯＳトランジスタであり、各ソースドレイン間には、ＭＯＳトランジスタの構造上生じる寄生ダイオード２４ｐと２４ｎが接続される。Ｏ１端子とＯ２端子の間には、前記ステップモータ９を構成するコイル２５とそのコイル２５の直流抵抗成分２６が直列に接続される。尚、ＭＯＳトランジスタ２１ｐ、２１ｎ、２２ｐ、２２ｎの各ゲートに入力される制御信号φｐ１、φｎ１、φｐ２、φｎ２は、前記通常駆動パルスおよび調整パルスを構成する信号である。

具体的には、φｐ１、φｎ１には、通常駆動パルス生成回路３から出力される元信号がセレクタ７を介して出力され、φｐ２、φｎ２には、調整パルス生成回路４から出力される元信号がセレクタ７を介して出力される。モータドライバ８は実質インバータとして構成され、両元信号は図２〜６に記載の図の反転信号として出力されるため、Ｏ１，Ｏ２には、図２〜６に記載の信号波形が出力される。

図７において、通常（時刻ｔ０より前）、Ｏ１端子及びＯ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になっているため、前記モータドライバ８は図９（ａ）に示すような等価回路状態となっている。即ち、前記ＰＭＯＳトランジスタ２１ｐと２２ｐが共にオンしているため、それぞれ低抵抗２１０ｐ、２２０ｐで示される。また、前記ＮＭＯＳトランジスタ２１ｎと２２ｎは共にオフしているため、それぞれ前記寄生ダイオード２３ｎと２４ｎで示される。この場合、Ｏ１端子及びＯ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になる為、コイル２５に流れる電流はゼロである。

時刻ｔ０になると、前記通常駆動パルス生成回路３からの通常駆動パルスが、セレクタ７によりモータドライバ８から選択し出力され、Ｏ１端子がＬｏｗレベル、Ｏ２端子がＨｉｇｈレベルとなるため、コイル２５に電流が流れて前記ステップモータ９が回転を始める。この時、前記モータドライバ８は図９（ｂ）に示すような等価回路状態となっている。即ち、前記ＰＭＯＳトランジスタ２２ｐと、前記ＮＭＯＳトランジスタ２１ｎが共にオンしているため、それぞれ低抵抗２２０ｐ、２１０ｎで示される。また、前記ＰＭＯＳトランジスタ２１ｐと前記ＮＭＯＳトランジスタ２２ｎは共にオフしているため、それぞれ前記寄生ダイオード２３ｐと２４ｎで示される。モータドライバ８に流れる電流３１は、前記電源１から、低抵抗２２０ｐ→Ｏ２端子→直列抵抗成分２６→コイル２５→Ｏ１端子→低抵抗２１０ｎの方向で流れ、消費する方向である。

時刻ｔ１になると、前記通常駆動パルスが停止する。Ｏ１端子及びＯ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になり、コイル２５への通電が遮断される。しかし、図７（ｃ）破線に示すようにコイルに流れる電流はすぐにはゼロにはならない。

このとき、前記モータドライバ８は図９（ｃ）に示すような等価回路状態となっている。即ち、前記ＰＭＯＳトランジスタ２１ｐと２２ｐが共にオンしているため、それぞれ低抵抗２１０ｐ、２２０ｐで示される。また、前記ＮＭＯＳトランジスタ２１ｎと２２ｎは共にオフしているため、それぞれ前記寄生ダイオード２３ｎと２４ｎで示される。モータドライバ８に流れる電流３２は、コイル２５から、Ｏ１端子→低抵抗２１０ｐ→低抵抗２２０ｐ→Ｏ２端子→直列抵抗成分２６の方向で流れている。

そして、直後に調整パルスが出力される場合（図７（ｂ）に示す破線）、前記ステップモータ９を回転させるための時刻ｔ０からｔ１の駆動パルスとは逆となる、Ｏ１端子がＨｉｇｈレベル、Ｏ２端子がＬｏｗレベルとする。そして、前記モータドライバ８は図９（ｄ）に示すような等価回路状態となる。即ち、前記ＰＭＯＳトランジスタ２１ｐと、前記ＮＭＯＳトランジスタ２２ｎが共にオンしているため、それぞれ低抵抗２１０ｐ、２２０ｎで示される。また、前記ＰＭＯＳトランジスタ２２ｐと前記ＮＭＯＳトランジスタ２１ｎは共にオフしているため、それぞれ前記寄生ダイオード２４ｐと２３ｎで示される。

この時、起電力を発生しているコイル２５と電源１が、低抵抗２１０ｐと低抵抗２２０ｎと直列抵抗成分２６を介して並列接続される構成となる。即ち、前記モータドライバ８には、前記コイル２５からＯ１端子→低抵抗２１０ｐ→電源１→低抵抗２２０ｎ→Ｏ２端子→直列抵抗成分２６の方向で流れる電流３３と、前記電源１から低抵抗２１０ｐ→Ｏ１端子→コイル２５→直列抵抗成分２６→Ｏ２端子→低抵抗２２０ｎの方向で流れる電流３４が合成された電流が流れるが、時刻ｔ０からｔ１の通常駆動パルスの時間幅が時刻ｔ１からｔ２の調整パルスの時間幅に対して十分大きいため、電流３３は支配的となっている。前記電流３３は電源１を充電、電力を回収する方向となるが、ステップモータ９を回転させる方向である電流３３を減らすことにもなるため調整パルスを出力することで駆動力としては落ちる。

時刻ｔ２になると、前記調整パルスが停止し、前記通常駆動パルス生成回路３からの通常駆動パルスが、セレクタ７によりモータドライバ８から選択し出力され、Ｏ１端子がＬｏｗレベル、Ｏ２端子がＨｉｇｈレベルとなるため、前記ステップモータ９を回転させる方向にコイル２５に電流が流れる。即ち、前記モータドライバ８は瞬間的にＯ１端子及びＯ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になる為、図９（ｃ）のような等価回路状態を介し、図９（ｂ）に示すような等価回路状態に再び戻り、期間Ａでの動作は終了する。以上の動作を期間Ｂ〜Ｇに関しても繰り返し行う。

尚、時刻ｔ１からｔ２の調整パルスの時間幅は、時刻ｔ０からｔ１の通常駆動パルスの時間幅よりも少なくとも小さくなければならない。調整パルスの時間幅が通常駆動パルスの時間幅よりも大きいと、前記ステップモータ９の回転に影響を与えてしまう恐れがあるからである。

また時刻ｔ１からｔ２において調整パルスを出力しない場合（図７（ｂ）に示す実線）、Ｏ１端子及びＯ２端子が共にＧＮＤ（＋）で同電位になり、コイル２５への通電が遮断されている。但し、図７（ｃ）実線に示すようにコイルに流れる電流はすぐにはゼロにはならない。このとき、前記モータドライバ８は図９（ｃ）に示すような等価回路状態となり、電流３２によりステップモータ９は回転を維持する。調整パルスを出力したときに比べ、回転方向の電流を減らす電流成分がないため、駆動力としては高くなる。即ち、調整パルス出力の有無でステップモータ９の駆動力制御が可能となる。

続いて図１の構成の動作について説明する。まずＡ〜Ｇの全ての期間で調整パルスが出力する図２のパルスで駆動し、回転検出回路６でロータが非回転と判定された場合、補正駆動パルスを出力し、ステップモータ９を確実に回転させると同時にパルス駆動ランク選択回路１１の値が「０００」から「００１」にインクリメントされ、その値に基づきＢ〜Ｇの期間で調整パルスが出力する図３のパルスを選択し、次ステップは、図２のパルスより駆動力11の高い図３のパルスでステップモータ９を駆動する。

また、図３のパルスで駆動しても回転検出回路６でロータが非回転と判定された場合、補正駆動パルスを出力し、ステップモータ９を確実に回転させると同時にパルス駆動ランク選択回路１１の値が「００１」から「０１０」にインクリメントされ、その値に基づきＣ〜Ｇの期間で調整パルスが出力する図４のパルスを選択し、この次のステップは図３の通常駆動パルスより駆動力の高い図４のパルスでステップモータ９を駆動する。

さらに、図４のパルスで駆動しても回転検出回路６でロータが非回転と判定された場合も同様に、補正駆動パルスを出力し、ステップモータ９を確実に回転させると同時にパルス駆動ランク選択回路１１の値が「０１０」から「０１１」にインクリメントされ、その値に基づきＤ〜Ｇの期間で調整パルスが出力する図５のパルスを選択し、その次のステップは図４のパルスより駆動力の高い図５のパルスでステップモータ９を駆動する。最終的に「１１１」までインクリメントされると、Ａ〜Ｇ全ての期間において調整パルスが出力されない図６のパルスを選択し、ステップモータ９を駆動する。このように期間Ａから期間Ｇまで順に調整パルスの出力を停止していくことで駆動力が高くなる。

そして、仮に図５のパルスで駆動し、ロータが回転したと判定した回転検出回路１０の検出信号を、図１に示すカウンタ回路１２が所定回数（例えば、２５６回）連続で回転をカウントした際、パルス駆動ランク選択回路１１の値は「０１１」から「０１０」にデクリメントされ、図５より駆動力の低い図４のパルスを選択しステップモータ９を駆動する。図４のパルスで駆動した場合も同様に、回転検出回路１０のロータの回転判定信号をカウンタ回路１２が所定回数連続で回転をカウントした際、パルス駆動ランク選択回路１１の値は「０１０」から「００１」にデクリメントされ、図３のパルスでステップモータ９を駆動する。さらに、図２のパルスで駆動した際も、回転検出回路１０のロータの回転判定信号をカウンタ回路１２が所定回数連続で回転をカウントしパルス駆動ランク選択回路１１の値がデクリメントされると、次のステップには図１のパルスでステップモータ９を駆動する。即ち、「１１１」から「０００」までカウンタ回路１２が所定回数連続で回転をカウントしたときに、順に１ランクずつデクリメントされる。

続いて、第１の実施の形態のランク「０００」、「００１」、「０１０」、「０１１」、「１００」、「１０１」、「１１０」、「１１１」のステップモータ９のランクごとの消費電流変化量と従来の通常駆動パルスのチョッパ毎に全てのデューティ比を２１／３２から２８／３２（第１の実施の形態のランク「１１１」に相当する）まで１／３２ずつ変化させステップモータ９のランクごとの消費電流変化量とを比較した、出願人の実験測定結果を図１０に示す。

図１０の塗りつぶしされた丸いプロットが第１の実施形態の測定結果を示し、図面に対して左側のプロットからランク「０００」、「００１」、「０１０」、「０１１」、「１００」、「１０１」、「１１０」、「１１１」となっている。そして塗りつぶしされていない四角いプロットが従来の構成の測定結果を示し、図面に対して左側のプロットからデューティ比２１／３２、２２／３２、２３／３２、２４／３２、２５／３２、２６／３２、２７／３２、２８／３２となっている。従来の構成では１ランクアップ当たりの消費電流変化量が３０〜５０ｎＡであるのに対し、第１の実施の形態では２０〜３０ｎＡに抑えられており、駆動力を細かく制御できていることがわかる。

即ち、従来では、通常駆動パルスのチョッパ毎に全てのデューティ比を１／３２ずつ変化させており、例えば、第１の実施の形態では通常駆動パルス数が７つであるため、１ランクアップ当たりの実行デューティの変化量としては１／３２×７（パルス数）＝７／３２となるが、本発明では調整パルスの出力を期間Ａから期間Ｇまで順に１パルスずつ出力を停止していく方式で、例えば第１の実施形態では調整パルスのデューティを４／３２と設定しており、１ランクアップ当たりの実行デューティの変化量としては４／３２となるため、従来に比べて細かい駆動力制御ができる。

以上のように、本発明では通常駆動パルスを変化することなしに調整パルスの出力パターンを制御するだけで逓倍回路等を用いなくとも細かな駆動力制御が可能となると同時に、駆動力変動時の消費電流の増加量も小さく抑えることができ、個々の消費電流のバラツキも低減できる。

［第２の実施の形態］
第２の実施の形態は、第１の実施の形態に対して１ランクアップ当たりの駆動力の変化量をより小さくする制御方法の例である。以下、本発明に係る第２の実施の形態を図面に基づいて説明する。

第２の実施の形態の電子時計の回路構成を示すブロック線図は図１と同じであるため、これを援用して説明することとする。図１１は本発明の第２の実施の形態の電子時計の回路が発生する通常駆動パルスの波形図であり、（ａ）はコイルの一方の端子Ｏ１に発生する電圧波形、（ｂ）はコイルの他方の端子Ｏ２に発生する電圧波形である。なお、端子Ｏ１とＯ２の発生波形は１ステップごとに位相が逆になる交番パルスとなる。図２、図３も本発明の第２の実施の形態の電子時計の回路が発生する通常駆動パルスの波形図だが、第１の実施の形態と同様であり援用する。なお第１の実施形態で説明したものと同じ構成要素には同じ番号をつけて説明を省略する。

図１についての説明は、第１の実施形態において説明したものと同様であるから、重複する部分についてはそちらを参照されたい。本実施形態において調整パルス生成回路４は基準信号生成回路２に基づいて、図２（ｂ）、図３（ｂ）、図１１（ｂ）に示す如き、チョッパデューティ比が４／３２と２／３２の調整パルスを生成する。調整パルスは前記通常駆動パルス出力休止期間中に出力する。期間Ａにおいて調整パルスのデューティ比が４／３２である図２（ｂ）、期間Ａにおいて調整パルスが出力しない図３（ｂ）、期間Ａにおいて調整パルスのデューティ比が２／３２である図１１（ｂ）で構成され、期間Ｂ〜Ｇに関しては調整パルスのデューティ比は４／３２で構成される。調整パルス生成回路４はパルス駆動ランク選択回路１１に基づき、異なる調整パルスの波形パターンから選択し出力する。モータドライバ８の動作に関して調整パルス出力方式は同様であるため、説明を省略する。なお、デューティ比が短くなることで調整パルスの時間幅が小さくなるため、ステップモータ９を回転させる方向である図９（ｄ）の電流３３の減少分は小さくなり駆動力としては上がる。

次に、パルス駆動ランク選択回路１１において調整パルス出力期間Ａのデューティ比４／３２（図２）、２／３２（図１１）、０／３２（図３、調整パルス出力無し）を選択するパルス駆動ランク選択回路１１の値を２進数で「００」、「０１」、「１０」と設定すれば、パルス駆動ランク選択回路１１は、２ｂｉｔの２進カウンタで構成可能である。なお、このカウンタの値が、第１の実施の形態と同様ランクに相当する。そして、パルス駆動ランク選択回路１１は、回転検出回路１０でロータが非回転と検出された場合に、カウントアップ（インクリメント）されて調整パルスのデューティ比が小さい波形パターンを選択し、カウンタ回路１２で所定回数ロータが回転とカウントされた場合にカウントダウン（デクリメント）されて、調整パルスのデューティ比が大きい波形パターンを選択する。

続いて図１の構成の動作について説明する。まず期間Ａでデューティ比４／３２の調整パルスが出力する図２のパルスで駆動し、回転検出回路６でロータが非回転と判定された場合、補正駆動パルスを出力し、ステップモータ９を確実に回転させると同時にパルス駆動ランク選択回路１１の値が「００」から「０１」にインクリメントされ、その値に基づき期間Ａでデューティ比２／３２の調整パルスが出力する図１１のパルスを選択し、次ステップは、図２のパルスより駆動力の高い図１１のパルスでステップモータ９を駆動する。

また、図１１のパルスで駆動しても回転検出回路６でロータが非回転と判定された場合、補正駆動パルスを出力し、ステップモータ９を確実に回転させると同時にパルス駆動ランク選択回路１１の値が「０１」から「１０」にインクリメントされ、その値に基づき期間Ａで調整パルスが出力しない図３のパルスを選択し、この次のステップは図１１の通常駆動パルスより駆動力の高い図３のパルスでステップモータ９を駆動する。このように順に調整パルスのデューティ比を小さくしていくことで駆動力が高くなる。

そして、仮に図３のパルスで駆動し、ロータが回転したと判定した回転検出回路１０の検出信号を、図１に示すカウンタ回路１２が所定回数（例えば、２５６回）連続で回転をカウントした際、パルス駆動ランク選択回路１１の値は「１０」から「０１」にデクリメントされ、第１の実施の形態と同様、上記と同じ手順で「００」まで順に１ランクずつデクリメントされる。

以上のように第２の実施の形態では調整パルスのデューティ比を変化させることで細かな駆動力制御を可能とした。即ち、第２の実施の形態では調整パルスのデューティ比を２／３２ずつ変化させているため、１ランクアップ当たりの実行デューティの変化量は２／３２となる。第１の実施の形態では１ランクアップ当たりの実行デューティの変化量は４／３２であるため、第１の実施の形態に比べて半分程度実行デューティの変化量を抑えることを可能とした。今回第２の実施の形態では期間Ａのみ調整パルスのデューティ比を変化させたが、期間Ｂ〜Ｇにおいても第１の実施の形態と組み合わせて順に同じ手順で１パルスずつ調整パルスのデューティ比を変化させていくことで、さらに高分解能なランク設定も可能となる。

［第３の実施の形態］
第３の実施の形態は、１ランクアップ当たりの駆動力の変化量を小さくすると同時に第１、第２の実施の形態に比べてより高分解能なランク設定を可能とした制御方法の例である。以下、本発明に係る第３の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１２は本発明の第３の実施の形態の電子時計の回路構成を示すブロック線図、図１３、図１４は本発明の第３の実施の形態の電子時計の回路が発生する通常駆動パルスの波形図であり、（ａ）はコイルの一方の端子Ｏ１に発生する電圧波形、（ｂ）はコイルの他方の端子Ｏ２に発生する電圧波形、（ｃ）はコイルに発生する電流波形である。なお、端子Ｏ１とＯ２の発生波形は１ステップごとに位相が逆になる交番パルスとなる。図２、図３、図１１も本発明の第３の実施の形態の電子時計の回路が発生する通常駆動パルスの波形図だが、第１および第２の実施の形態と同様であり援用する。図１５は本発明の第３の実施の形態の電子時計および従来の電子時計のステップモータの１ランク毎の消費電流の変化を比較した図となる。なお第１および第２の実施形態で説明したものと同じ構成要素には同じ番号をつけて説明を省略する。

図１２において、基本的な構成は図１と同様であるため、重複する部分については第１の実施の形態を参照されたい。

本実施形態において通常駆動パルス生成回路３は基準信号生成回路２に基づいて図２（ａ）、図３（ａ）、図１１（ａ）、図１３（ａ）、図１４（ａ）に示す如き、チョッパデューティ比が２８／３２の通常駆動パルスを生成する固定部３１１と図３（ａ）、図１２（ａ）、図１３（ａ）に示す如き、それぞれ期間Ａにおいて、休止区間のチョッパデューティ比が０／３２、２／３２、４／３２の通常駆動パルスを生成する変動部３１２を有する。変動部３１２に続いて固定部３１１の通常駆動パルス出力されるよう構成される。通常駆動パルス生成回路３の変動部３１２はパルス駆動ランク選択回路１１に基づき、異なるチョッパデューティ比を選択し出力する。

本実施形態において調整パルス生成回路４は第２の実施の形態と同様であるため説明を省略する。

次に、パルス駆動ランク選択回路１１において期間Ａの調整パルスのデューティ比が４／３２（図２）、２／３２（図１１）、調整パルスおよび通常駆動パルスの変動部３１２のデューティ比が０／３２（図３）、通常駆動パルスの変動部３１２における休止区間のデューティ比が２／３２（図１３）、４／３２（図１４）を選択するパルス駆動ランク選択回路１１の値を２進数で「０００」、「００１」、「０１０」、「０１１」、「１００」と設定すれば、パルス駆動ランク選択回路１１は、３ｂｉｔの２進カウンタで構成可能である。なお、このカウンタの値が、第１および第２の実施の形態と同様ランクに相当する。そして、パルス駆動ランク選択回路１１は、回転検出回路１０でロータが非回転と検出された場合に、カウントアップ（インクリメント）されて調整パルスのデューティ比が小さいあるいは通常駆動パルスのデューティ比が大きい波形パターンを選択し、カウンタ回路１２で所定回数ロータが回転とカウントされた場合にカウントダウン（デクリメント）されて、調整パルスのデューティ比が大きいあるいは通常駆動パルスのデューティ比が小さい波形パターン選択する。

続いて図１２の構成の動作について説明する。まず期間Ａでデューティ比４／３２の調整パルスが出力する図２のパルスで駆動し、回転検出回路６でロータが非回転と判定された場合、補正駆動パルスを出力し、ステップモータ９を確実に回転させると同時にパルス駆動ランク選択回路１１の値が「０００」から「００１」にインクリメントされ、その値に基づき期間Ａでデューティ比２／３２の調整パルスが出力する図１１のパルスを選択し、次ステップは、図２のパルスより駆動力の高い図１１のパルスでステップモータ９を駆動する。

また、図１１のパルスで駆動しても回転検出回路６でロータが非回転と判定された場合、補正駆動パルスを出力し、ステップモータ９を確実に回転させると同時にパルス駆動ランク選択回路１１の値が「００１」から「０１０」にインクリメントされ、その値に基づき期間Ａで調整パルスが出力しない図３のパルスを選択し、この次のステップは図１１の通常駆動パルスより駆動力の高い図３のパルスでステップモータ９を駆動する。

さらに、図３のパルスで駆動しても回転検出回路６でロータが非回転と判定された場合、補正駆動パルスを出力し、ステップモータ９を確実に回転させると同時にパルス駆動ランク選択回路１１の値が「０１０」から「０１１」にインクリメントされ、その値に基づき調整パルス出力から通常駆動パルスの変動部３１２の出力に切替え、期間Ａで休止区間のデューティ比２／３２の通常駆動パルスが出力する図１３のパルスを選択し、この次のステップは図３の通常駆動パルスより駆動力の高い図１３のパルスでステップモータ９を駆動する。最終的に「１００」までインクリメントされると、期間Ａにおいて通常駆動パルスの変動部３１２の休止区間のデューティ比が４／３２となる図１４のパルスを選択し、ステップモータ９を駆動する。このように調整パルスのデューティ比を小さくしていき、調整パルスの出力が停止した後、通常駆動パルスの出力に切替え、通常駆動パルスの変動部のデューティ比を高くしていくことで順に駆動力が高くなる。

そして、仮に図１４のパルスで駆動し、ロータが回転したと判定した回転検出回路１０の検出信号を、図１２に示すカウンタ回路１２が所定回数（例えば、２５６回）連続で回転をカウントした際、パルス駆動ランク選択回路１１の値は「１００」から「０１１」にデクリメントされ、第１および第２の実施の形態と同様、上記と同じ手順で「０００」まで順に１ランクずつデクリメントされる。

続いて、第３の実施の形態のランク「０００」、「００１」、「０１０」、「０１１」、「１００」のステップモータ９のランクごとの消費電流変化量と従来の通常駆動パルスのチョッパ毎に全てのデューティ比を２４／３２から２８／３２まで１／３２ずつ変化させ、ステップモータ９のランクごとの消費電流変化量とを比較した、出願人の実験測定結果を図１５に示す。

図１５の塗りつぶしされた丸いプロットが第３の実施形態の測定結果を示し、図面に対して左側のプロットからランク「０００」、「００１」、「０１０」、「０１１」、「１００」となっている。そして塗りつぶしされていない四角いプロットが従来の構成の測定結果を示し、図面に対して左側のプロットからデューティ比２６／３２、２７／３２、２８／３２、２９／３２、３０／３２となっている。従来の構成では１ランクアップ当たりの消費電流変化量が４０〜５０ｎＡであるのに対し、第３の実施の形態では１０〜１５ｎＡに抑えられており、駆動力を細かく制御できていることがわかる。

即ち、従来では、通常駆動パルスのチョッパ毎に全てのデューティ比を１／３２ずつ変化させており、例えば、第３の実施の形態では通常駆動パルス数が７つであるため、１ランクアップ当たりの実行デューティの変化量としては１／３２×７（パルス数）＝７／３２となるが、本発明では期間Ａにおいて調整パルスの出力あるいは通常駆動パルスの出力をデューティ比２／３２ずつ変更していく方式であり、１ランクアップ当たりの実行デューティの変化量としては２／３２となるため、従来に比べて細かい駆動力制御ができる。

以上のように第３の実施の形態では調整パルスのデューティ比あるいは通常駆動パルスの変動部のデューティ比を変化させることで細かな駆動力制御を可能とした。今回第３の実施の形態では期間Ａのみ調整パルスあるいは通常駆動パルスの変動部のデューティ比を変化させたが、期間Ｂ〜Ｇにおいても第１の実施の形態と組み合わせて順に同じ手順で１パルスずつ調整パルスのデューティ比あるいは通常駆動パルスのデューティ比を変化させていくことでさらに高分解能なランク設定も可能となる。

以上、本発明の実施の形態を図面により詳述したが、実施の形態は本発明の例示にしか過ぎず、本発明は実施の形態の構成にのみ限定されるものではない。したがって本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれることはもちろんである。したがって、以下のような変更を行ってもよい。

（１）上記説明では、パルス駆動ランク選択回路１１を例えば第１に実施の形態では３ｂｉｔの２進カウンタで構成し、８種類のパルスでの駆動力制御に関して論じたが、パルス駆動ランク選択回路１１のｂｉｔ数を増やし、例えば４ｂｉｔ構成での１６種類の駆動力を得るような構成にし、通常駆動パルスの駆動力範囲を広げる、もしくはより細かく駆動力を制御できるような方式をとっても構わない。

（２）通常駆動パルス、調整パルスのチョッパデューティ比の値、パルス数、チョッパ周期などの各数値は上記数値に限定されるものではなく、モータや取り付けられる表示体（指針、日板など）に合わせて最適化されるべきである。

（３）図１あるいは図１２に示すブロック線図は一例であり、上述した動作を行うものであれば他の構成を備えていても良い。ブロック図のシステムを構成する方法としては、ランダムロジックによる制御でもマイクロコンピュータによる制御でも良い。セレクタ７をマイクロコンピュータで構成し、その他の回路はランダムロジックで構成するような構成でも良い。このようにすれば、多機種への適用における変更も比較的容易に実施できる。

（４）第１実施例において、調整パルスのサブパルスが出力されない順番は、Ａ→Ｂ→Ｃ・・・と、駆動パルス出力開始を基点として、前方より出力されない形態としたが、本発明は、これに限定されない。例えば、Ｃ，Ｄ，Ｅなどの中央部からサブパルスが出力されないようにしても良いし、Ｇ→Ｆ→Ｅ・・・と後方から出力されないようにしても良い。

調整パルスのサブパルスを出力しないことで、その部分の駆動力が上がるので、モータ駆動状態との兼ね合いで決定すれば良い。

（５）第１実施例において、調整パルスのサブパルスが減少する個数は１個ずつであったが、もちろん同時に２個以上変動させても良い。

（６）第２実施例において、調整パルスのデューティ比は、一個のサブパルスで変更する例としたが、複数（全てを含む）のサブパルスで変更しても良いまた、第２実施例は、サブパルスの個数を減らす第１実施例との併用例としているが、サブパルスを減らさずに実施しても良い。

（７）本実施例１〜３において、ランク制御は、ステップモータ９の回転・非回転により制御される例を示したが、これには限定されない。例えば、電源１（通常は電池）の電源状態を検出する電源状態検出回路により制御しても良い。電源状態検出回路としては、電源１の蓄電量（残容量とも言う）を検出するための、例えば、電源電圧検出回路でも良い。あるいは、電源１が充電可能な２次電池の場合は、電源１を充電するための発電源の発電状態を検出する、発電状態検出回路でも良い。これらの電源状態検出回路の検出結果によって、本実施例１〜３に示すような制御を行うことで、電源１の状態に合わせたより細やかなステップモータ９の駆動制御が可能となる。もちろん、電源状態と回転・非回転の両方を加味して制御するようにしても良い。

（８）本実施例１〜３において駆動力制御が行われるステップモータ９が駆動する対象は特に限定されず、時・分・秒針等の時刻針であっても、クロノ針や高度・水深計の指針、パワーリザーブメータの指針等の時刻情報以外の情報を示す機能針であっても、日板、曜日板等の円板やレトログラードであってもよい。また、駆動力制御が行われる際の駆動対象の動作は、通常の動作に限定されず、他の特殊な動作、例えば、早送り駆動であってもよい。

（９）本実施例１〜３において説明した、調整パルスを用いた細かい駆動力制御と、通常駆動パルスのチョッパのデューティ比を変更する従来の駆動力制御を併用してもよい。このとき、調整パルスを用いた細かい駆動力制御は、通常運針時に用いてよく、安定点付近における電子時計の個体差や充放電に伴う電源電圧の変化の補償に適している。一方で、通常駆動パルスのチョッパのデューティ比を変更する従来の駆動力制御は、カレンダー（すなわち、日板や曜日板）の駆動時や各種付加機能の使用時等に用いてよく、モータ負荷が一時的に大きく変化する場合に適している。

１ 電源、２ 水晶振動子、３ 駆動パルス生成回路、４ 調整パルス生成回路、５ 基準信号生成回路、７ セレクタ、８ モータドライバ、９ ２極ステップモータ、１０ 回転検出回路、１１ 指定回路、１２ カウンタ回路。

Claims (8)

1. ２極ステップモータ（９）と、
   該ステップモータ（９）を駆動するための２個の駆動端子を有するモータドライバ（８）と、
   前記ステップモータ（９）を駆動するための、複数のサブパルスで構成されるチョッパ駆動パルスの元信号を出力する駆動パルス生成回路（３）と、
   該駆動パルス生成回路（３）で生成された該チョッパ駆動パルスの元信号を、前記モータドライバ（８）に出力するセレクタ（７）と、を有し、さらに、
   前記チョッパ駆動パルスの前記複数のサブパルスの休止期間中に出力される調整パルスの元信号を、前記セレクタ（７）に出力する調整パルス生成回路（４）を有し、
   前記セレクタ（７）は、前記調整パルスが、
   前記チョッパ駆動パルスが出力される駆動端子とは異なる駆動端子から出力されるように、前記調整パルスの元信号を前記モータドライバ（８）に出力し、
   前記調整パルス生成回路（４）が、複数種類の前記調整パルスの元信号を出力可能に構成されるとともに、
   該複数種類の前記調整パルスのうちの１つを選択し、選択された前記調整パルスを出力するように前記調整パルス生成回路（４）に指示する指定回路（１１）を有し、
   前記駆動パルス生成回路（３）は、複数種類のチョッパ駆動パルスを出力可能に構成され、
   前記指定回路（１１）は、前記複数種類のチョッパ駆動パルスのうちの１つを選択する
   ことを特徴とする電子時計。
2. 前記ステップモータ（９）の回転・非回転を検出する回転検出回路（１０）を有し、
   前記指定回路（１１）は、
   前記回転検出回路（１０）でロータが非回転と検出された場合に、前記デューティ比が小さい調整パルス、あるいはデューティ比が大きい前記チョッパ駆動パルスを選択し、回転と検出された場合に、前記デューティ比が大きい調整パルス、あるいはデューティ比が小さい前記チョッパ駆動パルスを選択する
   ことを特徴とする請求項１に記載の電子時計。
3. 前記指定回路（１１）は、
   前記調整パルスのデューティ比の選択と、前記チョッパ駆動パルスのデューティ比の選択を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の電子時計。
4. 前記チョッパ駆動パルスは、休止区間のデューティ比が変動する変動部を有し、
   前記複数種類のチョッパ駆動パルスは、前記変動部のデューティ比が各々異なる
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の電子時計。
5. 前記チョッパ駆動パルスは、
   休止区間のデューティ比が変動する変動部と、
   休止区間のデューティ比が固定の固定部と、を有し、
   前記複数種類のチョッパ駆動パルスは、前記変動部のデューティ比が各々異なることを特徴とする請求項１から３のいずれか１つに記載の電子時計。
6. 前記複数種類のチョッパ駆動パルスは、
   前記変動部と前記固定部との割合が異なって構成されることを特徴とする請求項５に記載の電子時計。
7. 前記複数のサブパルスの少なくとも１つは、デューティ比が変動するサブパルスであり、
   前記指定回路（１１）は、
   前記回転検出回路（１０）でロータが非回転と検出された場合に、
   前記チョッパ駆動パルスの出力区間において、前記デューティ比が変動するサブパルスに対応する前記調整パルスのデューティ比を小さくしていき、
   前記調整パルスの出力が停止した後に出力される前記サブパルスのデューティ比を大きくすることを特徴とする請求項２に記載の電子時計。
8. 前記サブパルスのデューティ比が最大となった後、
   前記回転検出回路（１０）でロータが非回転と検出された場合に、デューティ比が最大となったサブパルスとは異なる前記サブパルスのデューティ比が変動することを特徴とする請求項７に記載の電子時計。

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