JP7223267B2 - 時計 - Google Patents

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Description

本発明は、定電流回路を備える時計に関する。
特許文献1に示すように、直列に接続された抵抗ラダーの複数のタップを選択するスイッチ回路と、このスイッチ回路の動作を制御するトリミング回路とを備える定電流回路が知られている。
スイッチ回路は、通常、トランジスターで構成され、トリミング回路のデコーダーによっていずれか1つのスイッチを選択してオンし、他のスイッチをオフすることで、抵抗ラダーの抵抗値を変更し、定電流回路で発生させる定電流を調整している。
特開平11-346127号公報
スイッチ回路のトランジスターは高温になるほどオフリーク電流が大きくなり、このオフリーク電流は製造ばらつきによっては数100pA程度になることもある。このため、従来の定電流回路では、スイッチ回路用のトランジスターのオフリーク電流によって定電流が変動する。特に、数nA程度の微少な定電流を供給する時計用の定電流回路では、オフリーク電流の影響が大きくなるという課題がある。
本開示の時計は、高電位側電源および低電位側電源の一方の電源である第1電源と、前記高電位側電源および前記低電位側電源の他方の電源である第2電源との間に、直列に接続された複数のトランジスターと、前記トランジスター毎に設けられて、各前記トランジスターの前記第1電源側の端子と前記第1電源とをそれぞれ接続する複数の接続配線と、前記複数の接続配線のうち、1本の接続配線に、未切断状態で設けられた未切断ヒューズと、前記複数の接続配線のうち、前記1本以外の残りの接続配線に、切断状態で設けられた切断済みヒューズと、を有する定電流回路を備えることを特徴とする。
本開示の時計は、高電位側電源および低電位側電源の一方の電源である第1電源と、前記高電位側電源および前記低電位側電源の他方の電源である第2電源との間に、直列に接続された複数の抵抗と、前記抵抗毎に設けられて、各前記抵抗の前記第1電源側の端子と前記第1電源とをそれぞれ接続する複数の接続配線と、前記複数の接続配線のうち、1本の接続配線に、未切断状態で設けられた未切断ヒューズと、前記複数の接続配線のうち、前記1本以外の残りの接続配線に、切断状態で設けられた切断済みヒューズと、を有する定電流回路を備えることを特徴とする。
本開示の時計において、前記定電流回路は、各前記接続配線を切断状態および接続状態に切り替え可能な模擬切断用トランジスターを備えることが好ましい。
本開示の時計において、前記定電流回路は、前記未切断ヒューズおよび前記切断済みヒューズと、前記第2電源との間をそれぞれ接続する複数の切断判定配線を備え、各前記切断判定配線には、切断判定用トランジスターが接続されていることが好ましい。
本開示の時計において、前記定電流回路から出力される定電流が入力されて定電圧を出力する定電圧回路と、前記定電圧回路から出力される前記定電圧によって駆動される発振回路と、を備えるものでもよい。
第1実施形態の時計を示す正面図。 第1実施形態の時計のムーブメントを示すブロック図。 第1実施形態のムーブメントの定電流回路を示す回路図。 第2実施形態の定電流回路を示す回路図。 第3実施形態の定電流回路を示す回路図。 第4実施形態の定電流回路を示す回路図。 第5実施形態の時計のムーブメントを示すブロック図。
〔第1実施形態〕
以下、本開示の第1実施形態の時計1を図面に基づいて説明する。
図1において、時計1は、ユーザーの手首に装着される電子腕時計であり、外装ケース2と、円板状の文字板3と、図示略のムーブメントと、図2にも示すように、ムーブメント内に設けられたステップモーター13で駆動される指針である秒針5、分針6、時針7と、操作部材であるりゅうず8およびボタン9とを備える。
図2において、時計1は、基準信号源である水晶振動子11と、電池などの電源12と、指針である秒針5、分針6、時針7を駆動するステップモーター13と、ステップモーター13を制御する時計用のIC20とを備えている。
秒針5、分針6、時針7は、図示略の輪列で連動しており、ステップモーター13により駆動され、秒、分、時を表示する。なお、本実施形態では、1つのステップモーター13で、秒針5、分針6、時針7を駆動しているが、例えば、秒針5を駆動するモーターと、分針6および時針7を駆動するモーターのように複数のモーターを設けてもよい。
IC20は、発振回路21、分周回路22、モーターパルス形成回路23、およびモーターパルス出力回路24を有する。
発振回路21は、基準信号源である水晶振動子11を高周波発振させ、この高周波発振で発生する所定周波数の発振信号を分周回路22に出力する。
分周回路22は、発振回路21の出力を分周してモーターパルス形成回路23にタイミング信号つまりクロック信号を供給する。
モーターパルス形成回路23は、モーターパルス出力回路24を介してステップモーター13に駆動電流を供給して秒針5、分針6、時針7の駆動を制御する。
IC20は、発振回路21に必要な定電圧を出力する定電圧回路25と、定電圧回路25に必要な定電流を出力する定電流回路26と、を備えている。
このうち、定電圧回路25は、定電流回路26から出力される定電流が入力されることで定電圧を出力する既存の構成である。一方、定電流回路26は、本開示に基づいてオフリーク電流の解消ないし低減が図られたものである。
図3において、定電流回路26は、高電位側電源である第1電源31と、低電位側電源である第2電源32とに接続される。第1電源31は、電源12から直流電圧VDDが供給され、第2電源32は、電源12から直流電圧VSSが供給される。
定電流回路26は、カレントミラー回路30と、調整用トランジスター群33と、接続配線群34と、選択用ヒューズ群35と、模擬切断用トランジスター群36と、切断判定用トランジスター群37と、切断判定配線群39とを備える。
カレントミラー回路30は、第1電源31および第2電源32間に接続された2つの定電流化トランジスター301,302を備える。
調整用トランジスター群33は、第1電源31と定電流化トランジスター301との間に設置されて、直列に接続された複数の調整用トランジスター331~339を備える。調整用トランジスター331~339は、デプレッション型PMOSトランジスターである。なお、図3では、調整用トランジスター331~333,337~339のみ表示され、他は図示省略されている。
接続配線群34は、調整用トランジスター群33と第1電源31との間に設置され、調整用トランジスター331~339毎に設けられて、各々の第1電源31側の端子と第1電源31とをそれぞれ接続する複数の接続配線341~349を備える。なお、図3では、接続配線341~343,348~349のみ表示され、他は図示省略されている。
接続配線群34には、選択用ヒューズ群35および模擬切断用トランジスター群36が設置されている。また、接続配線群34には切断判定配線群39が接続され、切断判定配線群39には切断判定用トランジスター群37が設置されている。
選択用ヒューズ群35は、複数の選択用ヒューズ351~359を備える。選択用ヒューズ351~359は、それぞれ接続配線群34の接続配線341~349の第1電源31と調整用トランジスター331~339との間に配置されている。なお、図3では、選択用ヒューズ351~353,358~359のみ表示され、他は図示省略されている。
選択用ヒューズ351~359のうち、1本の選択用ヒューズ353は未切断状態の未切断ヒューズであり、他は切断状態とされた切断済みヒューズである。
従って、複数の接続配線341~349のうち、未切断の選択用ヒューズ353に対応する1本の接続配線343だけが導通を維持され、残りの接続配線341~342,344~349は導通が遮断されている。
模擬切断用トランジスター群36は、それぞれ接続配線341~349の選択用ヒューズ群35と調整用トランジスター群33との間に設置された模擬切断用トランジスター361~369を有する。なお、図3では、模擬切断用トランジスター361~363,368~369のみ表示され、他は図示省略されている。
模擬切断用トランジスター361~369は、外部信号を印加することで導通・遮断が切り替えられ、接続配線341~349のうち対応するものの接続状態および切断状態を切り替え可能である。例えば、接続配線341において、選択用ヒューズ351が未切断であっても、模擬切断用トランジスター361を遮断状態とすることで、選択用ヒューズ351が切断された状態と同様に、接続配線341を模擬的に切断状態にできる。
切断判定配線群39は、それぞれ接続配線341~349の選択用ヒューズ群35と模擬切断用トランジスター群36との間から分岐して第2電源32に接続される切断判定配線391~399を有する。なお、図3では、切断判定配線391~393,398~399、切断判定用トランジスター371~373,378~379のみ表示され、他は図示省略されている。
切断判定用トランジスター群37は、それぞれ切断判定配線391~399に設置された切断判定用トランジスター371~379を有する。なお、図3では、切断判定用トランジスター371~373,378~379のみ表示され、他は図示省略されている。
従って、切断判定用トランジスター371~379は、それぞれ外部信号により導通状態とされた際には、対応する選択用ヒューズ351~359が未切断である接続配線341~349だけが導通することになり、選択用ヒューズ351~359の切断・未切断を判定することができる。
本実施形態の定電流回路26においては、次のような操作により出力電流の設定が行われる。
IC20の製造段階において、定電流回路26の選択用ヒューズ群35は、複数の選択用ヒューズ351~359がいずれも未切断の状態にある。そして、時計1への組み込みに先立って、所望の出力電流が得られるように調整される。
調整にあたっては、第1電源31および第2電源32から所定の電圧を供給し、出力電流を測定する。
当初の状態では、全ての選択用ヒューズ351~359が未切断であり、全ての接続配線341~349が導通される。
ここで、模擬切断用トランジスター群36を用いて、接続配線341~349の1本だけを導通させ、他を遮断状態とする。例えば、模擬切断用トランジスター362だけを導通させ、他を遮断させた場合、対応する接続配線342のみが導通され、調整用トランジスター332~339の直列接続による電流が出力される。これらの接続配線341~349の1本だけを導通させ、他を遮断状態とする模擬切断を順次行うことで、調整用トランジスター331~339のうち、調整用トランジスター339側から直列に接続される調整用トランジスターの数を変更でき、所望の電流が得られるいずれかの選択を模擬的に行うことができる。
選択すべき接続配線341~349のいずれかが判定できたら、選択用ヒューズ群35において、選択用ヒューズ351~359のうちいずれか一つを残して他を全て切断する。選択用ヒューズ群35はアルミなどの配線材料で製造され、レーザー光照射などの手段で切断する。例えば、接続配線342を選択する場合、選択用ヒューズ352のみを未切断ヒューズとして残し、他を切断して切断ヒューズとする。
選択用ヒューズ群35のヒューズ切断ができたら、切断判定用トランジスター群37により、選択用ヒューズ351~359の切断判定を行う。
切断判定用トランジスター371~379は、それぞれ外部信号により導通状態とされた際に、対応する選択用ヒューズ351~359が未切断である接続配線341~349だけが導通と判定できる。これにより、切断すべき選択用ヒューズ351~359が適切に切断されているかを判定できる。
出力電流が設定できたIC20は、時計1に組み込まれて通常の稼働状態とされる。時計1に組み込まれると、模擬切断用トランジスター361~369は全て導通状態とされ、切断判定用トランジスター371~379は全て遮断状態とされる。
模擬切断用トランジスター361~369が全て導通状態とされても、選択用ヒューズ351~359が一つを残して切断されており、切断状態の接続配線341~349からオフリークが生じることはない。
切断判定用トランジスター371~379は、選択用ヒューズ351~359の切断判定用であって、電流を流す用途ではないため、能力が低く高温時でもオフリーク電流が小さいトランジスターを用いることができる。このため、切断判定用トランジスター371~379は全て遮断状態としてもオフリーク電流による定電流への影響は殆どない。
このような本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
本実施形態では、選択用ヒューズ群35で、選択用ヒューズ351~359の一つを残して切断することで、未切断の選択用ヒューズに対応した調整用トランジスター331~339のいずれかが選択され、選択された調整用トランジスターに応じた所望の電流に調整することができる。
調整用トランジスター331~339の選択に、選択用ヒューズ351~359を用いるため、従来の選択用トランジスターのようなオフリーク電流が生じず、微弱な定電流を供給する時計用の定電流回路26として好適である。
とくに、定電流回路26では、リーク電流がない場合に出力される定電流は、温度に対して一定の傾きを持っているのに対し、リーク電流が加算された場合は、温度に対して一定の傾きではなく、高温ほど傾きが大きくなってしまう。このため、定電流回路の温度特性を管理できず、定電流回路を定電圧発生回路や感温発振回路などの定電流源として使用すると、それらの回路の温度特性も一定とならず、影響が大きくなる。
一方、本実施形態では、選択用ヒューズ351~359を用いてオフリーク電流を解消することで、定電流回路26から定電圧回路25に供給される定電流の温度特性を安定させ、発振回路21ないし時計1としての温度特性を安定させることができる。
本実施形態では、模擬切断用トランジスター361~369を設け、選択用ヒューズ351~359の切断を実行する前に模擬動作を行うことで、選択用ヒューズ351~359の選択のためのヒューズ切断を適切に行うことができる。
本実施形態では、切断判定用トランジスター371~379を設け、選択用ヒューズ351~359の導通を検出することで、ヒューズ切断の結果を確認することができる。
〔第2実施形態〕
図4には、本開示の第2実施形態が示されている。
本実施形態において、時計1およびIC20の構成は第1実施形態と共通であり、重複する説明は省略する。相違点として、第1実施形態のIC20における定電流回路26が、本実施形態では定電流回路27となっている。
定電流回路27は、第1実施形態の定電流回路26と同様に、接続配線群34、選択用ヒューズ群35、模擬切断用トランジスター群36、切断判定用トランジスター群37、切断判定配線群39を有する。これら共通の構成については、重複する説明を省略する。
相違点として、本実施形態では、第1実施形態の調整用トランジスター群33に代えて、調整用抵抗素子群38が設置され、第1実施形態のカレントミラー回路30に代えて、カレントミラー回路30Aが設置されている。
カレントミラー回路30Aは、1組の定電流化トランジスター301、302に加えて、1組の定電流化トランジスター303、304を備える回路である。
調整用抵抗素子群38は、調整用抵抗素子381~389を直列接続したラダー抵抗である。なお、図4では、調整用抵抗素子381~383,387~389のみ表示され、他は図示省略されている。
接続配線群34の接続配線341~349は、調整用抵抗素子381~389の第1電源31側の端子と第1電源31とを、それぞれ接続している。なお、図4では、接続配線341~343,348~349のみ表示され、他は図示省略されている。
このような本実施形態では、選択用ヒューズ351~359の切断状態および未切断状態を選択して、調整用抵抗素子381~389の直列接続数を調整することにより、定電流の調整が行える。また、接続配線341~349の選択に選択用ヒューズ351~359を用いるため、従来の選択用トランジスターのようなオフリーク電流が生じず、微弱な定電流を供給する時計用の定電流回路27として好適である。
従って、本実施形態によっても、前述した第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
〔第3実施形態〕
図5には、本開示の第3実施形態が示されている。
本実施形態において、時計1およびIC20の構成は第1実施形態と共通であり、重複する説明は省略する。相違点として、第1実施形態のIC20における定電流回路26が、本実施形態では定電流回路28となっている。
定電流回路28は、第1実施形態の定電流回路26と同様に、カレントミラー回路30、調整用トランジスター群33、接続配線群34、選択用ヒューズ群35を有する。これら共通の構成については、重複する説明を省略する。
一方、定電流回路28には、模擬切断用トランジスター群36、切断判定配線群39、および切断判定用トランジスター群37は設置されていない。
このような本実施形態では、調整用トランジスター331~339の選択により、定電流の調整が行えるとともに、調整用トランジスター331~339の選択に選択用ヒューズ351~359を用いるため、従来の選択用トランジスターのようなオフリーク電流が生じず、微弱な定電流を供給する時計用の定電流回路28として好適である。
一方、本実施形態では、第1実施形態のような模擬切断用トランジスター群36による模擬切断、および切断判定用トランジスター群37による切断判定は行えない。しかし、これらは選択用ヒューズ群35の設定に用いられる機能であって、定電流回路28としての性能に影響するものではない。これらの模擬切断機能および切断判定機能は、テスト時に第1電源31、第2電源32を供給するテスト回路によって、電源を供給する接続配線341~349を選択することで実現できる。
従って、本実施形態によれば、模擬切断および切断判定の効果を除き、前述した第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
〔第4実施形態〕
図6には、本開示の第4実施形態が示されている。
本実施形態において、時計1およびIC20の構成は第1実施形態と共通であり、重複する説明は省略する。相違点として、第1実施形態のIC20における定電流回路26が、本実施形態では定電流回路29となっている。
定電流回路29は、第2実施形態の定電流回路27と同様に、カレントミラー回路30A、接続配線群34、選択用ヒューズ群35、調整用抵抗素子群38を有する。これら共通の構成については、重複する説明を省略する。
一方、定電流回路29には、模擬切断用トランジスター群36、切断判定配線群39および切断判定用トランジスター群37は設置されていない。
このような本実施形態では、調整用抵抗素子381~389の選択により、定電流の調整が行えるとともに、調整用抵抗素子381~389の選択に選択用ヒューズ351~359を用いるため、従来の選択用トランジスターのようなオフリーク電流が生じず、微弱な定電流を供給する時計用の定電流回路29として好適である。
一方、本実施形態では、第2実施形態のような模擬切断用トランジスター群36による模擬切断、および切断判定用トランジスター群37による切断判定は行えない。しかし、これらは選択用ヒューズ群35の設定に用いられる機能であって、定電流回路29としての性能に影響するものではない。これらの模擬切断機能および切断判定機能は、第3実施形態で説明したようにテスト回路で実現できる。
従って、本実施形態によれば、模擬切断および切断判定の効果を除き、前述した第2実施形態と同様の効果を得ることができる。
〔第5実施形態〕
図7には、本開示の第5実施形態が示されている。
前述した第1実施形態では、定電流回路26を電子式腕時計である時計1に適用した。これに対し、本実施形態では、定電流回路26が電子制御式機械時計である時計60に適用されている。
図7において、時計60は、機械的エネルギー源としてのぜんまい61と、ぜんまい61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62と、増速輪列62に連結されて時刻表示を行う時刻表示装置63と、増速輪列62を介して伝達されるトルクで駆動される発電機兼調速機64と、整流回路65と、電源回路66と、水晶振動子67と、回転制御用のIC70とを備えている。
時刻表示装置63は、図1の秒針5、分針6、時針7の各指針を含む。発電機兼調速機64は、ぜんまい61で駆動され、整流回路65を介して電源回路66で所定の直流電圧を発生させる。
IC70は、制動制御回路71、電圧検出回路72、回転検出回路73を有するとともに、第1実施形態と同様な発振回路21、分周回路22、定電圧回路25、定電流回路26を有する。
このうち、電圧検出回路72は、電源回路66の電圧を検出する。回転検出回路73は、発電機兼調速機64の回転を検出して制動制御回路71に出力する。
制動制御回路71は、回転検出回路73からの回転検出信号、および電源回路66からの検出電圧値を参照し、発電機兼調速機64に調速用のチョッピング信号を出力する。
定電流回路26は、電源回路66を第1電源31および第2電源32とし、第1実施形態で説明した通りの設定により、温度特性が安定した定電流を出力する。安定した定電流により定電圧回路25から温度特性が安定した定電圧が出力される。その結果、発振回路21ないし分周回路22から温度特性が安定した基準信号が出力され、この基準信号に基づいて制動制御回路71が時計60の調速制御を高精度で行うことができる。
このような本実施形態によっても、定電流回路26を用いることで、第1実施形態で説明した通りの効果を得ることができる。
〔他の実施形態〕
なお、本開示は前述した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などは本開示に含まれる。
前記実施形態では、調整用トランジスター群33、接続配線群34、選択用ヒューズ群35、模擬切断用トランジスター群36、切断判定用トランジスター群37、および調整用抵抗素子群38に、それぞれ9系統の要素を配置したが、これらは8系統以下あるいは10系統以上であってもよい。
前記実施形態では、調整用トランジスター群33あるいは調整用抵抗素子群38で調整された電流が入力されて定電流を生成するカレントミラー回路30、30Aを用いたが、調整用トランジスター群33あるいは調整用抵抗素子群38により調整できれば定電流を生成する回路としては他の構成であってもよい。
前記実施形態において、第1実施形態および第2実施形態では模擬切断用トランジスター群36および切断判定用トランジスター群37をともに設置し、第3実施形態および第4実施形態では模擬切断用トランジスター群36および切断判定用トランジスター群37をともに省略したが、模擬切断用トランジスター群36および切断判定用トランジスター群37は一方だけ設置してもよい。
前記実施形態では、第1電源31を高電位側電源とし、第2電源32を低電位側電源としたが、これらは逆であってもよい。この場合、調整用トランジスター群33、模擬切断用トランジスター群36、切断判定用トランジスター群37における各トランジスターは極性を反転させる等の対応を行えばよい。
前記第1~4実施形態では、第1電源31および第2電源32を提供する電源12として電池を用いたが、回転錘および発電機やソーラーセルなどの発電装置と、二次電池やコンデンサーなどの蓄電手段とを組み合わせた電源でもよい。
前記実施形態では、時計1は、ユーザーの手首に装着される腕時計であるとしたが、懐中時計であってもよく、据え置き式や設備組み込み式の時計であってもよい。
1…時計、2…外装ケース、3…文字板、5…秒針、6…分針、7…時針、8…りゅうず、9…ボタン、11…水晶振動子、12…電源、13…ステップモーター、20…IC、21…発振回路、22…分周回路、23…モーターパルス形成回路、24…モーターパルス出力回路、25,26,27,28,29…定電流回路、30,30A…カレントミラー回路、301,302,303,304…定電流化トランジスター、31…第1電源、32…第2電源、33…調整用トランジスター群、331~339…調整用トランジスター、34…接続配線群、341~349…接続配線、35…選択用ヒューズ群、351~359…選択用ヒューズ、36…模擬切断用トランジスター群、361~369…模擬切断用トランジスター、37…切断判定用トランジスター群、371~379…切断判定用トランジスター、38…調整用抵抗素子群、381~389…調整用抵抗素子、39…切断判定配線群、391~399…切断判定配線、60…時計、61…ぜんまい、62…増速輪列、63…時刻表示装置、64…発電機兼調速機、65…整流回路、66…電源回路、67…水晶振動子、70…IC、71…制動制御回路、72…電圧検出回路、73…回転検出回路。

Claims (5)

  1. 高電位側電源および低電位側電源の一方の電源である第1電源と、前記高電位側電源および前記低電位側電源の他方の電源である第2電源との間に、直列に接続された複数のトランジスターと、
    前記トランジスター毎に設けられて、各前記トランジスターの前記第1電源側の端子と前記第1電源とをそれぞれ接続する複数の接続配線と、
    前記複数の接続配線のうち、1本の接続配線に、未切断状態で設けられた未切断ヒューズと、
    前記複数の接続配線のうち、前記1本以外の残りの接続配線に、切断状態で設けられた切断済みヒューズと、
    を有する定電流回路を備えることを特徴とする時計。
  2. 高電位側電源および低電位側電源の一方の電源である第1電源と、前記高電位側電源および前記低電位側電源の他方の電源である第2電源との間に、直列に接続された複数の抵抗と、
    前記抵抗毎に設けられて、各前記抵抗の前記第1電源側の端子と前記第1電源とをそれぞれ接続する複数の接続配線と、
    前記複数の接続配線のうち、1本の接続配線に、未切断状態で設けられた未切断ヒューズと、
    前記複数の接続配線のうち、前記1本以外の残りの接続配線に、切断状態で設けられた切断済みヒューズと、
    を有する定電流回路を備えることを特徴とする時計。
  3. 請求項1または請求項2に記載の時計において、
    前記定電流回路は、
    各前記接続配線を切断状態および接続状態に切り替え可能な模擬切断用トランジスターを備える
    ことを特徴とする時計。
  4. 請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の時計において、
    前記定電流回路は、
    前記未切断ヒューズおよび前記切断済みヒューズと、前記第2電源との間をそれぞれ接続する複数の切断判定配線を備え、
    各前記切断判定配線には、切断判定用トランジスターが接続されている
    ことを特徴とする時計。
  5. 請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の時計において、
    前記定電流回路から出力される定電流が入力されて定電圧を出力する定電圧回路と、
    前記定電圧回路から出力される前記定電圧によって駆動される発振回路と、を備える
    ことを特徴とする時計。
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