JPS5921493B2 - 時計の輪列負荷測定器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、時計、特にアナログ水晶時計の輪列負荷こ以
下ザラトルクと称する）測定器に関するもので、さらに
詳しくは、ザラトルクを、モータの駆動パルスのパルス
幅におきかえて、測定しようとするものである。

従来、アナログ水晶時計のザラトルクを測定しようとす
る場合、時計のトルクの伝達経路であるモータの側から
測定することは、時計が減速輪列なために難しく、分針
の側からひずみ計等を用いて測定していた。

この場合は、正規のトルクの伝達経路とは逆の方向であ
り、歯車のつっばり等もあって、正しい測定ができなか
った。

本発明は、この欠点を除去するために考案されたもので
以下詳細に説明する。

まず本発明の時計のザラトルク測定器の概要について説
明する。

一般に、アナログ水晶時計は、水晶発振器の発振周波数
を時間基準にして、その信号を分周回路で、１秒信号に
分周し、その信号をモータに供給して輪列を動かし時刻
を表示する。

第１図Ａは、アナログ水晶時計に、よく用いられるモー
タを示したもので、１はステータ、２はロータ、３はコ
イルといった部品で構成されている。

このモータに第１図Ｂで示した１秒毎の反転パルスを供
給する。

第２図はモータに供給するパルスの幅と、モータの分針
軸の出力トルクの関係を示したものである。

図のように、パルス幅と出力トルクは密接な関係があり
、パルス幅が長くなれは、出力トルクも増加する。

もし、ある水晶時計のザラトルク、あるいは、カレンダ
ー機構の負荷トルクを知りたい場合に、その水晶時計の
モータに、モータが回転する最小幅のパルスを、たえず
供給することができれば、その供給したパルス幅は、そ
の時のザラトルク、あるいはカレンダー機構の負荷トル
クを表わしていることになる。

これを連続的に例えは、２４時間分行なえは、パルス幅
の変化、すなわち、ザラトルク等の１日の変化の様子が
、はっきりとつかめることになる。

したがって、モータにたえずモータが回転する最小限の
パルス幅のパルスを供給することができれば、ザラトル
クを測定することが可能になる。

次に、パルス供給装置について説明する。

前述のように第１図Ａは本発明で輪列を駆動すると同時
に、時計のザラトルクを測定するために用いられるステ
ップモータであり、電子時計の内部に組込まれている。

この例では反転パルスにより駆動されるために、従来か
ら第１図Ｂの様な波形のパルスで駆動し、電子時計の指
針ならびに、カレンダー等の駆動を行なっていた。

その場合の駆動パルスの長さは時計として保証しうる最
悪条件でも時計が止らない様にパルス幅が設定されてい
る。

その様な時計でも実際に駆動しうる最小なパルス幅はか
なり小さく、このステップモータ駆動可能な最小パルス
幅を常に監視することにより、その時計のザラ重さ、カ
レンダー負荷の重さ、止りに対するパルス幅の余裕等を
知ることができる。

第２図は駆動パルス幅と分針トルクの関係をとったもの
であり、通常はａ ＝ ７．８ ｍ５ｅｃで駆動し、分
針トルクとしてもＴ ｑ ＝ ３９ 、 ｃｍ得ってい
る。

ところが、このステップモータはａｏ””２．４ｍ池と
いうパルス幅で駆動することが可能である。

更に、カレンダ送り負荷がＴｑｃ＝１．０Ｖ 、ｃｍで
あるこの時計はパルス幅ａ、 ＝ ２．９ ｍ５ｅｃで
も回転できず、ａ２＝ ３．４ ｍ５ｅｃでようやく回
転することができる。

この様にできるだけ細かいパルス幅の間隔で、駆動パル
スを用意しておき、どのパルスで動いたかを測定するこ
とにより、時計のザラ抵抗によるステップモータにかか
る負荷及びカレンダー送りに必要なトルクならびにその
変動の様子を測定することができる。

本実施例では、駆動パルス幅として、ａｏ＝２．４ｍ５
ｅｃ ａ１＝２．９ｍ５ｅｃ ａ２＝３．４ｍ５ｅ
ｃ ａ３−３．９ ｍ５ｅｃのいずれかで駆動する。

ただ駆動したあと、−回一回人間が測定していたのでは
その測定時間は多くの時間を必要とするので、この回転
。

非回転の検出は、駆動パルス印加後のロータの振動によ
る誘起電圧の違いにより自動的に判定され、自動的に最
低駆動パルスをさがしだす。

このパルスの変化の様子を第３図に示す。

この実施例では１秒毎ロータを回転させるために、駆動
パルスで駆動した後回転、非回転を判断した後、もし非
回転であれはすぐａ ＝ ７．８ ｍ５ｅｃというパル
ス幅で補正駆動を行なう。

しかし、一般にはＩＨｚ以上の加速して測定は行なわれ
る。

この様子を第３図に従って説明する。

通常はａ。

−２，４７７７ｓｅｃというパルス幅で駆動し、カレン
ダー負荷等によりａ。

−２，４ｍ５ｅｃのパルス幅でロータが回転しきれなく
なった場合に、ロータが非回転であると検出回路が判断
し、すぐ補正駆動パルスで駆動する。

このときのパルス幅は一般に第２図のａ ＝ ’７．８
ｍ５ｅｃというパルス用が用いられる。

そして次の１秒後の駆動パルス幅はａ。＝ ２．４ ｍ
気よりわずかに長いａ１＝２．９ｍ気というパルス幅が
通常駆動パルスとして自動的に設定され、ステップモー
タに駆動パルス幅印加される。

ところが、第１３図の例によると、ａｌ＝２．９ｍ気で
もカレンダトルクＴｑｃに達しないため、又ロータは非
回転となり、すぐ補正パルスａ ＝ ７．８ｍ５ｅＣで
駆動する。

そうすると更に１秒後の通常駆動パルスは自動的にａ２
＝ ３．４ ｍ５ｅｃになり、この場合の出力トルク
はカレンダトルクＴｑｃより大きいため以後毎秒ａ２
＝ ３．４ ｍ５ｅｃというパルス幅でステップモータ
を駆動する。

ところがこのままではカレンダー負荷がなくなった場合
でもａ２＝ ３．４ ｍ５ｅｃというパルス幅が続き負
荷変動の様子がわかりにくいため、Ｎ秒毎（例えは、２
秒、３秒毎）駆動パルスを短かくすることによりＮ回ａ
２−３．４ ｍ５ｅｃが連続して出力されたらａｌ ＝
２．９ ｍ５ｅｃというパルス幅にもどる。

さらにａ １＝ ２．９ ｍ５ｅｃがＮ回連続して出力
されるとａ。

＝ ２．４ ｍ檄となる。この例では非回転であると、
すぐａ ＝ ７．８ ｍ５ｅｃというパルス幅で駆動を
終えたが、ａ□ ＝ ２−４ ｍ池で非回転のときはす
ぐａｌ：２．９ ｍ５ｅｃで駆動し、これでも非回転の
ときはａ２二３．４ｍ５ｅｃとしてやってもよい。

又、この実施例ではパルスの間隔が０、５ ｗｔｓｅｃ
で説明しているが、もつと小さな負荷変動の測定には、
もつと細かくパルス幅間隔を設定する必要がある。

しかし原理的には前記の説明と同様である。

本発明で特徴的なことは、従来から使われてき′ている
電子時計のステップモータを何ら特別なセンサーも用い
ずにロータの回転、非回転を判断する機構にある。

第４図は、従来から用いられてきたインバータ構成の駆
動回路に対し、本発明における測定機のステップモータ
駆動回路では、ロータの回転、非回転を検出するために
、ＮチャンネルＦＥＴゲ゛−ト（以後Ｎゲートと略す）
とＰチャンネルＦＥＴゲート（以後Ｐゲートと略す）の
入力をそれぞれ分離し、Ｎゲート４ｂ、５ｂ、Ｐゲート
４ａ。

４ｂが同時にＯＦＦとなる様に構成するとともに、ロー
タの回転、非回転を検出するための検出抵抗６ａ、６ｂ
及びこれらの抵抗をスイッチングするＮゲー）７ａ、７
ｂを備えた駆動、検出回路である。

第５図゛は回転検出方式に於けるタイムチャートである
。

コイルの両端にかかる電圧は第５図ａの区間では、第４
図に示すループ９の様に電流が流れる。

次に第５図すの区間では第４図に示すループ１０の様に
検出抵抗６ｂを含むループに切り換えると、ロータ２の
振動により発生する電圧が端子８ｂに発生する。

もし検出区間すで非回転という信号が検出されたなら、
第３図Ｃの区間で再度第２図のループ９でコイル３に電
流を流し、時計仕様の満足できる様な十分長いパルスで
ステップモータの補正駆動を行なう。

次にロータの回転、非回転検出の原理について詳述する
。

第６図は、コイル抵抗３にΩ１００００ターンのステッ
プモータのコイル３に電流を流した時の電流波形であり
、駆動パルス長さａは３．９ ｍ５ｅｃのときの電流波
形であり、回転、非回転にかかわらずほぼ同じ波形を示
す。

第６図すの区間は駆動パルス引加後のロータ２の振動に
よる誘起電流であるが、これはロータ２の回転、非回転
、無負荷、負荷の状態では大きく変化する。

第６図すの区間のｂｏの波形は、ロータ２が回転した場
合の電流波形でありｂ２は非回転であった場合の電流波
形である。

回転、非回転による電流の違いを電圧波形としとりだす
き考案されたのが、第４図の駆動検出回路であり、第６
図すの区間ではループ１０に回路を切り換える。

そうすることによりロータ２の振動による生ずる電流は
検出用の抵抗６ｂを流れるため、端子８ｂには比較的大
きな電圧波形が現われる。

更にループ１０は、ループ９の電流方向と逆向に流れる
ため、第６図の電流波形の負の側が端子８ｂには正の電
圧となって現われる。

更にＮゲート５ｂは、ＯＦＦ状態ではドレインとＰ−Ｗ
ｅ１１間にＰ−Ｎ接合がありＶｓｓをアノードとするダ
イオードとして働らくため、端子８ｂから見て負となる
電圧は、ダイオードとして働らくＮゲート５ｂを介して
流れるため端子８ｂが負の区間はロータ２に制動が働ら
く。

この様子を第７図で説明する。

第７図はステータ１とロータ２の関係を示したものであ
り、第７図Ａはロータ２の静止状態を表わしており、ス
テータ１には、インデックストルクを決める内周ノツチ
１６ａ、１６ｂと、ステータを一体とるための外周ノツ
チ１５ａ、１５ｂがある。

ただし、二体ステータの場合は、１５ａ、１５ｂの部分
でステータが分離している。

ロータ２の静止状態では内周ノツチ１６ａ。

１６ｂとほぼ９０°の位置にＮ、Ｓの磁極が静止する。

第７図Ｂはこれに駆動パルスを印加した場合の図であリ
ロータが矢印１７の方向に回転する。

駆動パルス幅は例えば３．９ ｍ５ｅｃという短かいパ
ルスのため、はぼ、内周ノツチの付近まで回転した状態
でパルスが切れる。

負荷が小さい時にはロータの慣性のため回転しきれるが
、負荷が大きいときには、回転しきれず、第７図Ｃ図の
様に、ロータは逆に回転する。

この時、ロータ２の磁極は外周ノツチ１５ａ、１５ｂの
付近を通るため、コイルに大きな電流を発生する。

ところがこのとき第４図ループ１０となっているため、
先に説明した様に、端子８ｂには負の電圧が発生し、Ｎ
ゲート５ｂにダイオードの順方向電流が流れロータ２に
は制動がかかる。

したがってロータ２は急速に減速されそれ以後ロータ２
の振動により発生する電圧は小さい。

一方、負荷が小さく、ロータ２が回転した場合は第７図
りに示す様に矢印１９の方向にロータ２が回転した場合
には、ロータ２により発生する磁束は外周ノツチ１５
ａ 、１５ ｂとは直角方向であるため最初誘起電流は
小さく、磁極が外周ノツチ１５ａ、１５ｂの付近まで回
転したときに大きな電流を発生し、第４図のループ１０
の回路でも、端子８ｂには負の電圧が発生するため、Ｎ
ゲート５ｂのダイオード効果により、ロータに制動がか
かるが、このときは第７図Ａに示すロータの静止位置よ
りは大分大きな振幅となっているため、第４図端子８ｂ
にはロータ２の回転検出可能な電圧を発生する。

第８図の電圧波形２０は前述のロータ２が回転したとき
、端子８ｂの電圧波形である。

ａの区間は駆動パルス印加時間で３．９ ｍ５ｅｃであ
る。

このときの回路は第４図ループ９であり■ＤＤ−１．５
７ｖである。

第８図すの区間はロータの振動により誘起する電圧をと
ったものであり、第４図のループ１０のときの電圧波形
である。

負の電圧はＮゲート５ｂのダイオード効果のためにクリ
ップされており、正の電圧のピークは０．４Ｖである。

一方波形２１は非回転の場合であるが正の電圧のピーク
は０．１以下でこの両者の電圧を区別することによりロ
ータの回転、非回転が判断できる。

ただ、第８１１Ｍｂの区間に於いて、駆動パルス印加終
了直後の区間Ｃは、パルス長さ又は、負荷の状態等によ
り、回転時、非回転時によらず、正の電圧を発生するこ
とがあるので、回転、非回転検出禁止区間として設定す
る。

本実施例の場合、駆動パルス長さが変ると禁止区間も変
化され、ａ十〇−１０ｍ５ｅｃという値に設定している
。

更に、回転、非回転の検出区間を第８１ｆｆｌｄの様に
ロータの振動のによる第１回目のピーク電圧発生部に限
ることにより検出動作は一層確実なものとなる。

第９図は駆動、検出部のうち検出部の一部を構成する電
圧検出部である。

端子８ａ、８ｂは第４図の８ａ 、８ｂ端子に接続され
第８図に示すｄの区間における回転、非回転による信号
の電圧差を検出する部分である。

抵抗８５，８６は電源電圧を分圧し、ロータの回転、非
回転の検出の基準信号となり、Ｎゲート８７は検出時以
外この基準電圧分圧抵抗８５ 、８６に電流が流れるの
を防止する８３．８４は二値比較論理素子いわゆるコン
パレータであり正入力が負入力に対して電圧が高い場合
には出力は１（Ｈ＃レベルとなる。

コンパレータ８３，８４の出力は０Ｒ８８に入力され出
力は端子１０１の信号とともにＡＮＤ８９に入力され検
出出力が端子１１０に出力される。

１次に本発明によるザラトルク
測定器の実施例の構成を図面に従って説明する。

第１０：図は本実施例の構成概略図である。

３００は以下に説明する回路の動作に必要な信号を作り
、また、使用者の操作に応じた動作を行う等の複雑な動
作を行なう回路であり、我々はこれを、ストアドブログ
ラム方式のマイクロコンピュータで実現した。

モータ駆動回路３０１回転検出回路３０３は前述の説明
の通りモータ３０２を駆動し、その回転検出を行なう回
路である。

駆動パルスのパルス幅及びタイミングは制御回路３００
から与えられ、回転検出信号は制御回路３００に入力さ
れる。

時間基準発振回路３０４はモニタの駆動パルスのパルス
幅の基準となる発振信号を作り制御回路３００に入力す
る。

操作回路３０５は本測定器の使用者が必要に応じて、駆
動パルスの周波数やパルス幅等を設定するための入力装
置からなっている。

表示装置３０６は、時々刻々の駆動パルス幅を表示した
り、ＤＡ変換器を用いて駆動パルス幅をアナログ信号と
して取り出し、ペンレコーダー等に記録するための装置
である。

次に本実施例の仕様を簡単に説明する。

１ 駆動パルス幅のきざみ ０．１２４ ｍ５ｅｃ（−
１／８１９２ ） ２ 自動的に変化する駆動パルス幅に上限値（ＰｌＭＡ
Ｘ）と下限値（ＰｌＭＩＮ）を設定できる。

３ 任意の駆動回数Ｗ回モータを駆動すると駆動を停止
する。

４ 全駆動回数と、全補正回数を計数記憶２表示する。

５ 各々の駆動パルス幅での駆動回数と、補正回数を計
数、記憶９表示する。

６ その時々での駆動パルス幅をデジタル表示すると共
に、Ｄ−Ａ変換器を介して、ペンレコーダで記録可能で
ある。

第１１図ａ、ｂは制御回路３００の制御、処理の手順を
表わした流れ図である。

初期化３０７では種々のカウンタの初期化や、駆動パル
ス等のタイミング定数等を初期化を行なう。

判断ボックス３０８及び処理３０９では、使用者が何ら
かの操作を行った場合の処理であるが、本発明の主旨に
本質的に係わるものではないので詳しい説明は省略する
。

処理３１０は、仕様６の表示動作を行なう。

処理３１１は、設定されたモータ駆動周波数を作るため
の駆動パルスの停止時間待ちである。

処理３１２は、駆動パルスを発生する。

記号ｐｔはその時点での駆動パルス幅の意味である。

処理３１３ではモータの駆動毎に全駆動回数カウンタＣ
Ｅと、現在の駆動パルス幅ｐｔに対応して駆動回数カウ
ンタＣＤ（Ｐｔ）に１加える。

記号ｃＤ（ｐｔ）は０．１２４ ｍ５ｅｃきざみに用意
された駆動パルス幅の１つ１つのパルス幅での駆動回数
を計数するためのいくつかのカウンタ郡ＣＤの内の現在
のパルス幅ｐｔに対応する１つのカウンタの意味であり
、後出の補正回数カウンタＣ３（Ｐｔ）も同様である。

処理３１４は前述のロータ回転検出原理に基づいてロー
タ回転検出を行なうための信号を発生し、その結果の検
出信号を入力して判断３１５で処理を分岐する。

ロータ非回転の場合は、処理３１６で補正駆動を行ない
処理３１７で、全補正回数カウンタＣＴと現在の駆動パ
ルス幅ｐｔに対応した補正回数カウンタＣ３（Ｐｔ）に
１加える。

そして処理３１８で次ステツプの駆動パルス幅を０．１
２４ｍ５ｅｃ長くする。

判断３１９と処理３２０では次ステツプの駆動パルス幅
が既め設定された最大パルス幅以上になる事を防止して
いる。

判断３２１では、全駆動回数カウンタＣＥと既め設定さ
れているカウンタＷとを比較して一致した場合には、パ
ルス出力を停止する。

これは前述の仕様３の動作を行なうものでパルス出力停
止後、他のプログラムを実行する事によって、駆動カウ
ンタ等の内容を読み出し、ザラトルク測定結果の解析を
行なう。

処理３２２．判断３２３、および処理３２４では、モー
タを１回駆動する毎にカウンタｎに１加え、既め設定さ
れている駆動パルス短縮周期Ｎと一致した場合には、次
ステツプの駆動パルス幅を０．１２４ｍ５ｅｃ短くする
。

即ちこの一連の処理により、駆動パルス幅はＮ回駆動の
毎に０．１２４ｍ５ｅｃ短くされる。

判断３２５．処理３２６では駆動パルス幅ｐｔが既め設
定された、最短パルス幅Ｐ１ＭＩＮ以下になる事を防止
している。

以上で本実施例の構成の説明を終える。

第１２図、第１３図は、本発明の実施例のザラトルク測
定器を用いて、アナログ水晶腕時計のカレンダー送り時
のザラトルクを調べたものである。

第１２図、第１３図の時計は同じキャリバーの時計で、
ムーヴ違いである。

第１２図の時計は、ザラトルクが安定しているのに対し
て、第１３図の時計は、不安定である。

また、カレンダー負荷も第１２図の時計は、一定の負荷
であるのに対して、第１３図の時計は、負荷の変動が大
きく、カレンダー機構２輪列共、問題があること７・ハ
わかる。

このように、本発明のザラトルク測定器は、アナログ時
計のザラトルク、あるいは、負荷の状態を、モータに供
給するパルス幅で把握するので、特別のトランスデユー
サを必要とせずに、全く回路的に処理できる。

このために、低コスト、長寿命の測定器を実現でき、そ
の工業的貢献は、多大なものがある。

また、本発明のザラトルク測定器は、アナログ水晶時計
に応用してたが、水晶時計に限らず、ステップモータが
、駆動源になっている動力伝達機構に適用できることは
、もちろんのことである。

【図面の簡単な説明】

第１図ａは本発明に用いられる電子時計用ステップモー
タの斜視図。 第１図すは従来から用いられているステップモータの駆
動パルス波形図。 第２図は本発明に係る駆動パルス幅と分針トルクの関係
図。 第３図は本発明に係る電子時計の駆動方法のタイミング
チャート図。 第４図は、本発明に係る測定機のステップモータ駆動部
及び、検出部の一部分の回路図。 第５図はロータ回転非回転の検出に係るタイミングチャ
ート図。 第６図はロータの回転時及び、非回転時の電流波形図。 第７図Ａはロータ静止時のロータとステータの位置関係
を示す図。 第７図Ｂは、駆動パルス印加時のロータの回転方向を示
す図。 第７図Ｃは、ロータが非回転であった場合のロータの動
く方向を示す図。 第７図りはロータが回転した場合の駆動パルス印加終了
直後のロータの運動方向を示す図。 第８図はロータが回転した場合、及び非回転であった場
合ロータの振動により誘起する電圧を示した図。 第９図は、ロータの回転、非回転を検出する電圧検出の
一部分の回路図。 第１０図は本発明に係る実施例の構成図。 第１１図ａ、ｂは、本発明に係る、駆動パルス幅及び、
計数部のフローチャート図。 第１２図は、本発明に係る測定結果の一例。第１３図は
、本発明に係る測定結果の一例。 １・・・・・・ステータ、２・・・・・・ロータ、３・
・・・・・コイル、４ａ 、５ａ・・・・・・Ｐチャン
ネルＦＥＴゲート、５ｂ。 ４ ｂ 、 ？ ａ 、 ７ ｂ−ＮチャンネルＦＥＴ
ゲート、６ ａ 、６ ｂ・・・・・・検出用インピー
ダンス素子、８３゜８４・・・・・・電圧検出器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ステップモータを駆動するための駆動パルスを発生
   するモータ駆動回路と、ステップモータの回転、非回転
   を検出する回転検出回路と、前記回転検出回路の出力に
   よって前記駆動パルスのパルス幅の増減を前記モータ駆
   動回路に指令する制御回路と、前記駆動パルスのパルス
   幅の変化を表示する表示装置を備え、前記表示装置に表
   示される前記駆動パルスのパルス幅の変化から、ステッ
   プモータの負荷の状態が判別できることを特徴とする時
   計の輪列負荷測定器。