JP3596281B2 - 電子制御式機械時計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ゼンマイが開放する時等の機械エネルギーを駆動源として動作しつつ、一部を発電機で電気エネルギーに変換し、この電力により回転制御手段を作動させて回転周期を制御する電子制御式機械時計に関し、特にゼンマイのトルクを伝達する輪列の配置構造の改良、および機械エネルギーを電気エネルギーに変換するとともに、制御動力に用いる発電機の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ゼンマイが開放する時の機械エネルギーを発電機で電気エネルギーに変換し、その電気エネルギーにより回転制御手段を作動させて発電機のコイルに流れる電流値等を制御することにより、輪列に固定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として、特開平８−５７５８号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
図８，９は同公報に開示された時計の平面図および断面図である。
【０００４】
各図において、ゼンマイを内蔵した香箱車１からの回転動力は、地板２および輪列受３に支持された二番車７、三番車８、四番車９、五番車１０、六番車１１からなる輪列を介して増速されて発電機２０に連繋される。
【０００５】
発電機２０は、従来の電池駆動式電子時計の駆動用ステップモータに類似する構造であり、ロータ１２、ステータ１５０及びコイルブロック１６０とからなっている。
【０００６】
ロータ１２は、六番車１１に連繋して回転するロータかな１２ｂの軸回りに、ロータ磁石１２ａ、ロータ慣性円板１２ｃを一体に取付けたものである。
【０００７】
ステータ１５０は、ステータ体１５０ａに４万ターンのステータコイル１５０ｂを巻線したものである。
【０００８】
コイルブロック１６０は、磁心１６０ａに１１万ターンのコイル１６０ｂを巻線したものである。ここで、ステータコイル１５０ｂとコイル１６０ｂは、各々の発電電圧を加えた出力電圧がでるように直列に接続されている。
【０００９】
そして、この発電機２０は、ロータ１２の回転により得られた電力を、図示しないコンデンサを介して水晶発振器を備えた電子回路に給電し、この電子回路でロータの回転検出及び基準周波数に応じてロータ回転の制御信号をコイルに送り、この結果、輪列は常時その制動力に応じて一定の回転速度で回転する。
【００１０】
このような電子制御式機械時計は、指針の駆動をゼンマイを動力源とするために運針駆動用のモータが不要であり、部品点数が少なく安価であるという特徴がある。その上、電子回路を作動させるのに必要な僅かな電気エネルギーを発電するだけでよく、少ない入力エネルギーで時計を作動することもできた。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記電子制御式機械時計では、秒針が取り付けられる四番車９が二番車７と同軸線上に設けられており、その分輪列の長さが短くなっている。従って、六番車１１とロータ１２とを噛み合わせるのには、ステータ１５０と三番車８とが重なる位置まで発電機２０を輪列に接近させる必要がある。
【００１２】
また、腕時計という小さなスペース内に発電機２０を組み込むにあたっては、小さな発電機２０でも十分な発電能力を得るために、コイルの巻数をより多くする必要がある。このため、特に二番車７と重なるのコイル１５０ｂでは、径寸法を小さくして三番車８との干渉を避けるとともに、軸方向の長さを長くすることで所定の巻数を確保している。
【００１３】
しかしながら、コイルを軸方向に長くすると、磁気回路としての磁路長が長くなるため、コイルに磁界を生じさせた際の渦電流損やヒステリシス損等の鉄損が大きくなり、ゼンマイの持続時間が短くなるという問題がある。
【００１４】
本発明の目的は、発電能力を維持しつつ磁路長を短くして鉄損を小さくでき、ゼンマイの持続時間を延ばすことができる電子制御式機械時計を提供することにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子制御式機械時計は、ゼンマイと、ゼンマイからのトルクを伝える輪列と、前記輪列により回転されるロータと、このロータの磁束変化を電気エネルギーに変換するコイルと、このコイルが巻回されるコアとを備えて構成され、前記電気エネルギーにより駆動される電子回路によって前記ロータの回転周期を制御することで、輪列に制動をかけて調速するようにした電子制御式機械時計において、
前記輪列を構成する各番車は、各々異なった軸線上に設けられることで前記コイルに重ならない位置に配置され、前記コアは、一対設けられいるとともに、前記コイルは、前記一対のコアに同じ巻数づつ巻回され、かつ互いに平行に配置されて直列に接続され、前記ロータは、その中心軸が各コイル間に沿った境界線上に配置されていることを特徴とする。
本発明によれば、輪列を構成する各番車を各々異なった軸線上に配置するため、それら番車の配置設計の自由度が増す。このため、各番車をロータまで迂遠させて配置することにより、番車をコイルと重ならない位置に配置することが可能になる。従って、コイルの径寸法を大きくして巻数を稼げるから、コイルの軸方向の長さ、すなわち磁路長を短くでき、鉄損を減少させてゼンマイの持続時間を延ばすことが可能である。また、コアを一対設けるとともに、コイルを前記一対のコアに同じ巻数づつ巻回し、かつ互いに平行に配置して直列に接続し、ロータをその中心軸が各コイル間に沿った境界線上に位置するように配置しているので、優れた耐磁性を有するようになる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１９】
図１は、本発明の実施形態に係る電子制御式機械時計の要部を示す平面図であり、図２，３はその断面図である。
【００２０】
電子制御式機械時計は、ゼンマイ１ａ、香箱歯車１ｂ、香箱真１ｃ、及び香箱蓋１ｄからなる香箱車１を備えている。ゼンマイ１ａは、外端が香箱歯車１ｂ、内端が香箱真１ｃに固定される。筒状の香箱真１ｃは、地板２に設けられた支持部材５に挿通されて角穴ネジ５ａによって固定され、角穴車４と一体で回転する。そして、地板２には、カレンダー板２ａ、および円板状の文字板２ｂが取り付けられている。
【００２１】
角穴車４は、一方向のみに回転できるように、図示しないこはぜと噛み合っている。なお、角穴車４を時計方向に回転しゼンマイ１ａを巻く方法は、機械時計の自動巻または手巻機構と同様であるため、図示および説明を省略する。
【００２２】
香箱歯車１ｂには二番車７の二番かな７ａが噛み合い、二番車７には三番車８の三番かな８ａが噛み合い、三番車８には二番車７と同軸線上に配置された秒かな１４および四番車９の四番かな９ａが噛み合い、四番車９には五番車１０の五番かな１０ａが噛み合い、五番車１０には六番車１１の六番かな１１ａが噛み合い、六番車１１にはロータ１２のロータかな１２ｂ（後述）が噛み合っている。すなわち、本実施形態では、各番車７〜１１が各々異なる軸線上に設けられて後述するコイル２４，３４に重ならない位置に配置され、ゼンマイ１ａからのトルク伝達経路を形成している。そして、二番車７に対して同軸線上に設けられた秒かな１４がトルク伝達経路から外れて配置されている。
【００２３】
香箱歯車１ｂの回転は、７倍に増速されて二番車７へ、順次６．４ 倍増速されて三番車８へ、９．３７５ 倍増速されて秒かな１４および四番車９へ、さらに四番車９から３倍増速されて五番車１０へ、１０倍増速されて六番車１１へ、１０倍増速されてロータ１２へと、増速輪列となる各番車７〜１１を介して合計１２６，０００ 倍に増速されている。
【００２４】
二番車７と係合する筒かな７ｂには時刻表示を行う図示しない分針が、秒かな１４には時刻表示を行う図示しない秒針がそれぞれ固定されている。従って、二番車７を１ｒｐｈで、秒かな１４を１ｒｐｍで回転させるためには、ロータ１２は５ｒｐｓで回転するように制御すればよい。このときの香箱歯車１ｂは、１／７ｒｐｈとなる。
【００２５】
また、トルク伝達経路から外れた秒かな１４は、香箱車１とコイル２４との間に設けられた指針抑制装置４０によってそのバックラッシュが詰められている。指針抑制装置４０は、図１、図４、図５に示すように、テフロン処理や分子間結合被膜等で表面処理された一対の直線状の抑制ばね４１，４２と、各抑制ばね４１，４２の基端側を支持して二番受１３に固定される固定部材としてのヒゲ玉４３，４４とで構成されている。
【００２６】
これらの抑制ばね４１，４２は、先端が秒かな１４の回転中心に向き、かつ１０枚からなる歯（歯形部）のピッチに対して０．５ピッチ周方向にずれて配置されている（抑制ばね４１，４２の互いになす角度が１８°）。すなわち、図５において、一方の抑制ばね４１の先端が秒かな１４の歯間に位置する時、他方の抑制ばね４２は、二点鎖線で示す位置から若干撓んで歯の側面を押圧するようになっている。また、各抑制ばね４１，４２は、図４に示すように、軸方向にもずれていることで歯の一点に押圧力が集中するのを避けたり、先端に注油されることによって歯および抑制ばね４１，４２の摩耗が抑えられている。
【００２７】
ヒゲ玉４３，４４は二番受１３に回転自在に圧入等され、上部に設けられた溝４３ａ，４４ａにドライバー等を係止して回転させることにより、抑制ばね４１，４２の先端の位置を変えて秒かな１４の歯に対する押圧力を調整することが可能である。
【００２８】
このような指針抑制装置４０では、抑制ばね４１，４２が図５に示す位置となるように組み付けられた後、秒かな１４が回転すると、抑制ばね４１，４２がそれぞれ異なる歯をその回転方向とは逆向きに押圧しながら撓んでゆき、図６（Ａ）に示すように、先ず、抑制ばね４２が歯から外れるようになり、外れた後には抑制ばね４１と同じ歯を押圧するようになる。この状態から、さらに秒かな１４の回転が進むと、今度は（Ｂ）に示すように、抑制ばね４１が歯から外れるようになり、外れた後には別の歯を押圧し、再び（Ａ）の状態に戻る。従って、これら（Ａ）（Ｂ）の状態を繰り返すことで、隣接する一対の歯が常時位相差を持って回転方向とは逆向きに押圧され、トルク伝達経路上にない秒かな１４のバックラッシュが詰められるようになる。
【００２９】
この電子制御式機械時計は、ロータ１２およびコイルブロック２１，３１から構成される発電機２０を備えている。ロータ１２は、ロータ磁石１２ａ、ロータかな１２ｂから構成される。
【００３０】
コイルブロック２１，３１は、コア（磁心）２３，３３にコイル２４，３４を巻線して構成されたものである。コア２３，３３は、ロータ１２に隣接して配置されるコアステータ部２２，３２と、前記コイル２４，３４が巻回されるコア巻線部２３ｂ、３３ｂと、互いに連結されるコア磁気導通部２３ａ，３３ａとが一体に形成されて構成されている。
【００３１】
前記各コア２３，３３つまり各コイル２４，３４は互いに平行に配置されている。そして、前記ロータ１２は、コアステータ部２２，３２側において、その中心軸が各コイル２４，３４間に沿った境界線Ｌ上に配置され、コアステータ部２２，３２が前記境界線Ｌに対して左右対称となるように構成されている。また、各コイル２４，３４の巻数は同数とされている。ここで、コイルの巻数は、通常数万ターンの単位であるため、巻数が同数とは、完全に同数の場合だけではなく、コイル全体からは無視できる程度の誤差、例えば数百ターン程度の違いまでをも含むものである。なお、各コア２３，３３のコア磁気導通部２３ａ，３３ａは互いに連結されており、コア２３，３３は環状の磁気回路を形成している。さらに、各コイル２４，３４は、コア２３，３３のコア磁気導通部２３ａ，３３ａからコアステータ部２２，３２に向かう方向に対して同方向に巻線されている。
【００３２】
これらの各コイル２４，３４の端部は、コア２３，３３のコア磁気導通部２３ａ，３３ａ上に設けられた図示しないコイルリード基板に接続されている。このため、図７の回路図にも示すように、リード基板上のコイル端子２５ａ，２５ｂおよび３５ａ，３５ｂは、端子２５ｂおよび３５ｂが連結されて各コイル２４，３４が直列に接続され、端子２５ａ，３５ａは、昇圧コンデンサ５１，ダイオード５２，５３からなる昇圧整流回路５０に接続されている。これにより、コイル２４，３４からの交流出力は、昇圧整流回路５０を通して昇圧、整流されて平滑用コンデンサ５４に充電され、このコンデンサ５４からステップ運針あるいはスイープ運針時の調速制御などを行うＩＣ５５に供給されている。そして、このように各コイル２４，３４の端子２５ｂおよび３５ｂを接続することで、各コア２３，３３を流れる磁束の方向に対してコイル２４，３４の巻線方向が一致するため、各コイル２４，３４での起電圧が加算された交流出力が昇圧整流回路５０に供給される。
【００３３】
このように構成された電子制御式機械時計を使用している場合、各コイル２４，３４に外部磁界Ｈ（図１）が加わると、外部磁界Ｈは平行に配置された各コイル２４，３４に対して同方向に加わるため、各コイル２４，３４の巻線方向に対しては外部磁界Ｈは互いに逆方向に加わることになる。このため、外部磁界Ｈによって各コイル２４，３４で発生する起電圧は互いに打ち消し合うように働くため、その影響を軽減できる。
【００３４】
このような本実施形態によれば次のような効果がある。
【００３５】
１）二〜六番車７〜１１を各々異なった軸線上に配置することでそれら番車７〜１１の配置設計の自由度を高めることが可能であるから、秒かな１４をトルク伝達経路から外すなどして、各番車７〜１１をロータ１２に向けて迂遠させて配置することにより、コイル２４，３４と重ならない位置に配置することができる。従って、コイル２４，３４の厚み方向を大きくするようにして巻数を稼げるため、コイル２４，３４の平面方向の長さ、すなわち磁路長を短くでき、鉄損を減少させてゼンマイ１ａの持続時間を延ばすことができる。
【００３６】
２）発電機２０では、同一形状のコア２３，３３を左右対称に配置し、かつ各コイル２４，３４の巻回数を同じにして直列に接続したため、外部磁界Ｈによる磁束は二本のコイル２４，３４内を同数流れ、これによって生じる起電圧をキャンセルすることができ、磁気ノイズに強い電子制御式機械時計を形成できる。
【００３７】
３）外部磁界Ｈによる磁気ノイズを軽減できるため、電子制御式機械時計の文字板２ｂ部分などムーブメント部品に耐磁板を設けたり、外装部品に耐磁効果のある材料を使用する必要がなくなる。このため、コストを軽減できるとともに、耐磁板等が不要になる分、ムーブメントの小型化や薄型化を実現でき、ひいては各部品の配置などが外装部品に制限されないためにデザインの自由度が高まり、意匠性や製造効率などに優れた電子制御式機械時計を提供できる。
【００３８】
４）磁気ノイズの影響が小さいため、出力波形がほぼ正弦波になり、適度なしきい値で区切って二値化することなどで出力波形を容易に検出でき、ロータ１２の回転数等も容易に検出できる。従って、発電機の出力波形を利用した時計の制御を正確かつ簡単に行うことができる。
【００３９】
５）指針抑制装置４０では、一対の抑制ばね４１，４２が位相差を持って秒かな１４の歯を押圧するように構成されているため、例えば時計をステップ運針させた際に、ロータ１２がオーバーラップして停止し、これによって一方の抑制ばね４１（あるいは抑制ばね４２）の押圧力が秒かな１４の軸中心にのみ作用した場合でも、他方の抑制ばね４２（あるいは抑制ばね４１）で秒かな１４の回転方向とは逆向きに歯を押圧できる。従って、軸中心に押圧力が作用した状態で秒かな１４が停止するのを防止でき、秒かな１４のバックラッシュを確実に詰めることができる。
【００４０】
また、一方の抑制ばね４１（あるいは抑制ばね４２）が外れた瞬間には、他方の抑制ばね４２（あるいは抑制ばね４１）で歯を押圧してるため、その歯が一方の抑制ばね４１で叩かれても秒かな１４がふらつくのを防止でき、時計をスイープ運針させた場合でも、その見栄えを良好にできる。
【００４１】
６）指針抑制装置４０では、抑制ばね４１，４２を歯のピッチに対して０．５ピッチ分だけ周方向にずらすことで位相差を生じさせているため、各抑制ばね４１，４２を近接させることができ、指針抑制装置４０の配置スペースをより小さくできる。また、抑制ばね４１，４２が直線状であるから、この点でも配置スペースを小さくできる。
【００４２】
７）指針抑制装置４０のヒゲ玉４３，４４には、ドライバー等を係止して回転させる溝４３ａ，４４ａが設けられているため、それらのヒゲ玉４３，４４を回転させることにより、抑制ばね４１，４２の先端の位置（撓み量）を変えることができ、秒かな１４の歯に対する押圧力を調整できる。そして、直線状の抑制ばね４１，４２を用いることにより、その撓み状態を容易に目視でき、押圧力の調整を迅速に行える。
【００４３】
８）各抑制ばね４１，４２が歯に対して軸方向にずれて配置されているため、それらの抑制ばね４１，４２で同じ歯を押圧する時でも、各抑制ばね４１，４２が重なり合おうのを防いで歯に確実に接触するようになり、より確かな押圧力で歯を押圧できる。
【００４４】
また、軸方向にずれていることで歯の一点に押圧力が集中するのを防止でき、抑制ばね４１，４２との接触部分における歯の摩耗を防ぐことができる。
【００４５】
９）各抑制ばね４１，４２で秒かな１４の回転方向とは逆向きに歯を押圧しているため、例えば板ばね等を用いて秒かな１４を軸方向に押圧する場合に比し、抑制ばね４１，４２のばね力を有効に作用させることができる。従って、そのばね力をより小さく設定しても秒かな１４のバックラッシュを十分に詰めることができ、歯および抑制ばね４１，４２の摩耗をより確実に防止できる。
【００４６】
さらに、抑制ばね４１，４２自身には表面処理が施されており、また、抑制ばね４１，４２の先端には注油が施されているため、これらの点からも歯の摩耗を防止できる。
【００４７】
１０）秒かな４０がトルク伝達経路から外れていることにより、秒かな４０には香箱車１と重なるトルク伝達用の歯車等が不要であるから、その分ゼンマイ１ａを厚くでき、時計全体の厚さを維持しつつゼンマイ１ａの持続時間をさらに延ばすことができる。
【００４８】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる他の構成等を含み、以下に示すような変形等も本発明に含まれる。
【００４９】
前記実施形態の発電機２０は、左右対称形状のコア２３，３３を備え、それらの中間位置にロータ１２が配置されていたが、例えばコアが非対称形状であったり、これによってロータ１２が一方のコアに片寄って配置される場合も本発明に含まれる。しかし、本実施形態のようなコア２３，３３を用い、さらにコイル２４，３４の巻数を同じにすることなどにより、耐磁性を向上させることができるので望ましい。
【００５０】
また、指針抑制装置４０としては一対の抑制ばね４１，４２を備えたものに限定されるものではなく、秒かな１４のバックラッシュを詰めることができる任意の構造を適用できる。
【００５１】
さらに、このような指針抑制装置は本発明に必須ではなく、ない場合でも本発明に含まれる。しかしながら、指針抑制装置によって秒針のふらつきを防止できるので、設けることが望ましい。
【００５２】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明によれば、輪列を構成する各番車が各々異なった軸線上に配置されているため、それら番車の配置設計の自由度を高めることができ、各番車をロータまで迂遠させて配置することにより、番車をコイルと重ならない位置に配置することができる。従って、コイルの径寸法を大きくして巻数を稼げるから、コイルの軸方向の長さ、すなわち磁路長を短くでき、鉄損を減少させてゼンマイの持続時間を延ばすことができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係る電子制御式機械時計の要部を示す平面図である。
【図２】前記実施形態の要部を示す断面図である。
【図３】前記実施形態の他の要部を示す断面図である。
【図４】前記実施形態のさらに他の要部を示す断面図である。
【図５】前記実施形態の構成部材を示す平面図である。
【図６】前記構成部材を状態別に示す平面図である。
【図７】前記実施形態における回路図である。
【図８】本発明の従来例を示す平面図である。
【図９】前記従来例の断面図である。
【符号の説明】
１ａ ゼンマイ
１２ ロータ
２４，３４ コイル
２３，３３ コア
７ 二番車
８ 三番車
９ 四番車
１０ 五番車
１１ 六番車
Ｈ 外部磁界
Ｌ 境界線

Claims (1)

1. ゼンマイと、ゼンマイからのトルクを伝える輪列と、前記輪列により回転されるロータと、このロータの磁束変化を電気エネルギーに変換するコイルと、このコイルが巻回されるコアとを備えて構成され、前記電気エネルギーにより駆動される電子回路によって前記ロータの回転周期を制御することで、輪列に制動をかけて調速するようにした電子制御式機械時計において、
   前記輪列を構成する各番車は、各々異なった軸線上に設けられることで前記コイルに重ならない位置に配置され、前記コアは、一対設けられいるとともに、前記コイルは、前記一対のコアに同じ巻数づつ巻回され、かつ互いに平行に配置されて直列に接続され、前記ロータは、その中心軸が各コイル間に沿った境界線上に配置されていることを特徴とする電子制御式機械時計。

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