(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時刻表示するための指針と、
前記指針を間欠的に回転させるステップモータと、
前記ステップモータの回転を前記指針に伝達するための輪列とを有するアナログ電子時計であって、
前記指針と同じ運動を行う円盤状部材と、前記指針の位置検出及び位置修正を行う検出装置を含み、
前記円盤状部材は、円周方向に分割して、その各分割要素に対して２つのデジタルコードを割り当てており、一方のデジタルコードを割り当てたい部分に軟磁性体を配設し、他方のデジタルコードを割り当てたい部分には軟磁性体を配設しないようにして、前記デジタルコードの並びを円周方向に設け、
前記円盤状部材の円周方向に沿って所定の位置から前記デジタルコードを連続して複数個取り出し、前記所定の位置とは異なる位置から前記デジタルコードを連続して複数個取り出したとき、それぞれの位置から取り出した前記デジタルコードの並びが互いに同じにならないように前記デジタルコードが並んでおり、
前記検出装置には、軟磁性体からなるヨークと前記ヨークに巻かれたコイルとを有するセンサを設け、 
前記センサは、前記円盤状部材の軟磁性体と離間してエアギャップを形成するように配置するとともに磁路が形成されるように設けて成り、
前記検出装置は、前記円盤状部材の前記デジタルコードを読み取ることで前記指針の位置検出及び位置修正を行うことを特徴とするアナログ電子時計。
【請求項２】
前記検出装置は、前記ステップモータがステップ回転し静止しているときに前記コイルに短いパルス状の電圧を印加し、前記コイルに発生する逆起電圧を参照電圧と比較することで前記デジタルコードを読みとる検出手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のアナログ電子時計。
【請求項３】
前記検出装置は、複数ステップ分の前記デジタルコードの並びから指針位置を表す数に変換する変換テーブルを設け、
最新の複数ステップ分の前記デジタルコードの並びから、１ステップ後の時刻の複数ステップ分の前記デジタルコードの並びを算出する予測手段を設け、
前記変換テーブルの変換結果を記憶する第１の記憶手段と第２の記憶手段とを設け、
前記第１の記憶手段は、最新の時刻の複数ステップ分の前記デジタルコードの並びを前記変換テーブルで変換した指針位置を表す第１の数を記憶し、
前記第２の記憶手段は、前記予測手段で算出した１ステップ後の時刻の複数ステップ分の前記デジタルコードの並びを前記変換テーブルで変換した指針位置を表す第２の数を記憶し、
現在の時刻が１ステップ後の時刻になったときに、現在の時刻の前記第１の数と前記予測手段で算出した前記第２の数とを比較する比較器を有し、
前記比較器の出力が０でないとき、前記出力に相当するステップ数だけ指針を進ませたり、前記出力に相当する数のステップ回転を実行しないように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のアナログ電子時計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は時計の構成に関し、とくに指針の位置を検出し正しい位置に修正することが可能なアナログ電子時計の構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の時計の指針位置検出装置には、たとえば特開平９−７２９６９号公報に開示されるように、歯車の回転面上にデジタルコード化されかつ垂直に磁化された硬磁性膜パターンを形成し、ホール素子を用いてパターンを読みとる装置が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の指針位置検出装置で用いているホール素子では大きすぎて針位置検出のための十分な検出分解能を得ることができない。
秒針の針位置検出を行うために、秒針と一緒に回転する４番歯車上にデジタルコード化した硬磁性膜パターンを形成することを考えると、現在、普及しているアナログ電子時計において４番歯車の歯底円直径は２．４ｍｍから２．９ｍｍ程度であり、この円周を６０分割したときのピッチは１２６μｍから１５２μｍとなり、前述の特開平９−７２９６９号公報におけるホール素子の大きさが３００μｍ＊３００μｍ＊１５０μｍ厚であることを考えると、デジタルコードの中の「０１０１０１」のようなパターンを正確に検出することはできない。
【０００４】
〔発明の目的〕
本発明の目的は、現在普及しているアナログ電子時計の４番歯車上に形成されたデジタルコードのパターンの内、空間周波数がもっとも高い成分をも正しく読みとることができる高い読みとり分解能を有する指針の位置検出と、その情報に基づき指針の位置修正が可能であるアナログ電子時計を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明におけるアナログ電子時計は、指針と同じ運動を行う円盤状部材と、指針の位置検出及び位置修正を行う検出装置を含み、
円盤状部材は、円周方向に分割して、その各分割要素に対して２つのデジタルコードを割り当てており、一方のデジタルコードを割り当てたい部分に軟磁性体を配設し、他方のデジタルコードを割り当てたい部分には軟磁性体を配設しないようにして、デジタルコードの並びを円周方向に設け、 
円盤状部材の円周方向に沿って所定の位置からデジタルコードを連続して複数個取り出し、所定の位置とは異なる位置からデジタルコードを連続して複数個取り出したとき、それぞれの位置から取り出したデジタルコードの並びが互いに同じにならないようにデジタルコードが並んでおり、
検出装置には、軟磁性体からなるヨークとヨークに巻かれたコイルとを有するセンサを設け、 
センサは、円盤状部材の軟磁性体と離間してエアギャップを形成するように配置するとともに磁路が形成されるように設けて成り、
検出装置は、円盤状部材のデジタルコードを読み取ることで指針の位置検出及び位置修正を行うことを特徴とする。
また、検出装置は、ステップモータがステップ回転し静止しているときにコイルに短いパルス状の電圧を印加し、コイルに発生する逆起電圧を参照電圧と比較することでデジタルコードを読みとる検出手段を設けることが好ましい。
また、前記検出装置は、複数ステップ分の前記デジタルコードの並びから指針位置を表す数に変換する変換テーブルを設け、
最新の複数ステップ分の前記デジタルコードの並びから、１ステップ後の時刻の複数ステップ分の前記デジタルコードの並びを算出する予測手段を設け、
前記変換テーブルの変換結果を記憶する第１の記憶手段と第２の記憶手段とを設け、
前記第１の記憶手段は、最新の時刻の複数ステップ分の前記デジタルコードの並びを前記変換テーブルで変換した指針位置を表す第１の数を記憶し、
前記第２の記憶手段は、前記予測手段で算出した１ステップ後の時刻の複数ステップ分の前記デジタルコードの並びを前記変換テーブルで変換した指針位置を表す第２の数を記憶し、
現在の時刻が１ステップ後の時刻になったときに、現在の時刻の前記第１の数と前記予測手段で算出した前記第２の数とを比較する比較器を有し、
前記比較器の出力が０でないとき、前記出力に相当するステップ数だけ指針を進ませたり、前記出力に相当する数のステップ回転を実行しないように構成されていることが好ましい。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の最適な実施形態におけるアナログ電子時計の構造を説明する。
図１は本発明の実施形態を表すアナログ電子時計の断面図である。本発明の実施形態ではアナログ３針電子時計を前提とし、時針・分針・秒針の３つの指針の内から秒針に注目した指針の位置検出および位置修正に関してその実施形態を説明する。
【０００７】
ロータ１は磁石２と小歯車のロータカナ３とから構成されている。そのロータ１と駆動コイル５とステータ４によってステップモータは構成されていて、駆動コイル５に１秒に１回パルス電圧を印加することでロータ１を１８０°ずつステップ回転させる。ロータカナ３は５番歯車６とかみ合っていてロータ１の回転が５番歯車６に伝達される。
５番歯車６には５番カナ７が付いていて５番カナ７は４番歯車８とかみ合っているので４番歯車８に回転が伝達される。
【０００８】
ロータ１の回転は減速輪列を介して遅くなり、４番歯車８では１／３０まで減速される。したがって、４番歯車８と一緒に回転する秒針４１は６°ずつのステップ運針を行うことになる。
さらに４番歯車８に付いている４番カナ９は３番歯車２３とかみ合っていて、３番歯車２３に回転が伝達される。３番歯車２３に付いている３番カナ２４には２番歯車２５がかみ合っていて２番歯車２５に回転が伝達される。分針４２は２番歯車２５と同じ回転を行う。
さらに２番カナ２６には日の裏車（図には示していないが）がかみ合っていて筒車４０を回転させる。時針４３は筒車４０と同じ回転を行い、このようにロータ１の回転により秒針４１と分針４２と時針４３によって時刻表示が行われる。
【０００９】
４番歯車８と４番カナ９と秒針４１は４番軸１０と一体になっている。
秒針４１の位置を検出するために、４番歯車８と輪列受け３１の間に円盤１１を取り付けている。円盤１１は４番軸１０に対して圧入、もしくは接着で固定する。図３（ｂ）の円盤１１の断面図に示すように、円盤１１の片面には軟磁性体１２が形成されている。
そして図３（ａ）に示すように、円盤１１を円周方向に６０分割し、その各分割要素に対してデジタルコード１３を割り振っている。”１”を割り当てたいときは軟磁性体１２を形成し、”０”を割り当てたい時は軟磁性体１２を形成しないというようにして２値パターンを形成する。
【００１０】
円盤１１上に形成された２値パターンは、連続する６ビットを取り出しだしたときに同じ並びが生じないように”１”と”０”を配列している。すなわち図３（ａ）においてデジタルコード１３の”０”または”１”の６個の数字の並びは６０通り存在し、それらはすべて異なっていることが特徴である。
図３（ａ）の２値パターンは、いくつか存在する中のの一例であって、６０通りがすべて異なってさえいれば他の２値パターンでもよい。
【００１１】
センサ１４は図２の斜視図に示すように、検出コイル１５とその中を貫通するコア１６と軟磁性体Ａ１７と軟磁性体Ｂ１８とから成り立っている。そして図１に示すように、センサ１４は輪列受け３１上に配置され、円盤１１上に形成された軟磁性体１２と僅かなエアギャップを形成するように作られている。
軟磁性体１２はエアギャップを狭くする観点から、円盤１１のセンサ１４側に形成されることが望ましい。ただしセンサの出力対雑音比が十分大きくとれるのであれば、反対側でもよい。
また、図２に示すように、軟磁性体Ａ１７と軟磁性体Ｂ１８は、それぞれ端面Ａ１７ａと端面Ｂ１８ａを有している。端面Ａ１７ａと端面Ｂ１８ａの幅ｗは円盤１１上の軟磁性体１２の最小幅ｗｂよりも小さくなっていて、１００ミクロン以下の幅となる。そのように小さくするために、端面Ａ１７ａと端面Ｂ１８ａの両側は斜めにカットされていて、隣接するビット情報の影響を受けにくくしている。
【００１２】
つぎにセンサの働きを説明する。端面Ａ１７ａと端面Ｂ１８ａの上に円盤１１に形成された軟磁性体１２が存在するとき、パルス電圧を検出コイル１５に印加したとき発生する磁束はコア１６から軟磁性体Ａ１７を通り端面Ａ１７ａより軟磁性体１２に入り、端面Ｂ１８ａを通って軟磁性体Ｂ１８に入って戻ってくるという磁路を形成する。
端面Ａ１７ａと端面Ｂ１８ａの上に円盤１１に形成された軟磁性体１２が存在しないときは軟磁性体Ａ１７と軟磁性体Ｂ１８の最も接近した側面同士が作る空間がギャップになるので、その部分の磁気抵抗は磁性体１２が存在しないときに比べてはるかに大きくなる。
【００１３】
通常、検出コイル１５に短い時間電流を流し、その直後にスイッチング素子ををオフにするなどして検出コイル１５をオープン状態にすると検出コイル１５のコイル端に逆起電圧が発生する。そして端面Ａ１７ａと端面Ｂ１８ａの上に円盤１１に形成された軟磁性体１２が存在するときには、軟磁性体１２が存在しないときに比べて大きな電圧値が発生することになる。
図４に示すコンパレータ１０５を用いてその電圧を、予め定められた参照電圧と比較し、その結果”Ｈｉｇｈ”が検出されれば軟磁性体１２があったことになり”１”が読みとられる。また”Ｌｏｗ”が検出されれば軟磁性体１２が無かったことになり”０”が読みとられる。コンパレータ１０５に入力されている参照電圧は、軟磁性体１２がある場合の電圧と無い場合の電圧の間の電圧になるように設定しておく。
【００１４】
検出コイル１５に電流を流すタイミングは、通常秒針４１がステップ回転を行いその残留振動が整定した後である。そうすれば軟磁性体１２の形成された円盤１１とセンサ１４は正しい位置関係を維持しており、円盤１１上の２値パターンが正しく読みとられることになる。
したがって、通常動作時に検出コイル１５に電流を流すのは１秒に１回のごく短い時間であり、消費電力も非常に僅かとなる。
【００１５】
つぎに指針位置の検出及び修正の方法を図４に示すブロック図を用いて説明する。通常リュウズを引いて正しい時刻への修正が行われた後、リュウズが再び押し込まれ秒針が再び動き出す。この押し込み動作によって以下に説明する指針の位置検出の動作が開始される。
初期状態ではシフトレジスタ１００には”００００００”のような６ビットの初期値がセットされている。
センサ１４による読み出しが開始すると、１秒ごとに最下位ビットに読み出した値が入ってきて順次上位ビットへとシフトしていく。初期状態から読み出しが開始した場合には読み出した値が６ビットのシフトレジスタ１００を初めて満たすまでは６ビットデータの変換は行われない。すなわちリュウズを押し込まれた後、最初のパルス電圧が駆動コイル５に印加される時からの１秒間を時刻Ｔ１、次のパルス電圧が印加される時からの１秒間を時刻Ｔ２というように順次呼ぶことにすると、時刻Ｔ６でシフトレジスタ１００が初めて一杯になる。
この間は各時刻において２度ずつ読み出しを行うと指針の位置検出の信頼性がより高まる。
【００１６】
実際にある時刻における動作を説明する。図３に示した２値パターンにおいてセンサ１４がＰ点に固定され、円盤１１はＣＣＷの方向に回転するものとする。
そして、時刻Ｔ６にシフトレジスタ１００の値は”１００１１１”となっていたとする。するとこの”１００１１１”という値をアドレスにして変換テーブル１０１から”１６”という値が出力され秒針４１の指時位置は１６秒の位置であることが読みとられる。変換テーブル１０１には６ビットの２値データに対して０秒から５９秒への対応付けがあらかじめなされている。
この”１６”という値を２進数としてＢレジスタ１０２に格納しておき、つぎにこの値をＡレジスタ１０３に格納し、１だけその値を増加する。すなわちＡレジスタ１０３には１ステップ先の予測値が記憶されていることになる。この時刻Ｔ６ではＡレジスタ１０３とＢレジスタ１０２の比較は行わない。
【００１７】
つぎに時刻Ｔ７になって秒針４１を１ステップ動かした後、検出コイル１５の電圧がコンパレータ１０５に入り、その出力信号がシフトレジスタ１００に送り込まれる。正しく読みとられればここでは”０”が最下位ビットに入ってきてシフトレジスタ１００の値は”００１１１０”となる。
この値をアドレスとして変換テーブル１０１から”１７”という値が出力される。”１７”に相当する２進数がＢレジスタ１０２に格納され、ここでＡレジスタ１０３に格納されている時刻Ｔ６の時の予測値と比較が比較器１０４において行われる。比較はＢレジスタ１０２の値からＡレジスタ１０３の値を減じることで行われる。
減算の結果が０、すなわち一致していれば秒針４１は正しい位置に運針されたことを示し、Ａレジスタ１０３の値を１だけ増加し、次のステップの予測値とする。
【００１８】
もしここで、減算の結果が０でない場合には正しく読み出しが行われていなかったか、秒針４１が正しく運針されなかったか、外部衝撃などにより秒針４１の位置ズレ、いわゆる針飛びが起こったことが考えられるので、まず複数回読み出しを行い、比較器１０４の結果が０になるかどうか調べる。
０になれば前の結果は読み間違いとして通常の動作に戻る。読み出しを複数回行っても０にならないときは実際に秒針４１の位置が狂っていると判断し、Ｂレジスタ１０２の値をクリアしてリュウズ押し込み後の動作を行う。すなわち次の５ステップ間は各ステップにおいて１ビットずつ入ってくるデータを順にシフトし、Ｂレジスタ１０２に値を格納するところまでを行い、Ａレジスタ１０３との比較は行わない。この間Ａレジスタ１０３はステップごとに１ずつ増加させる。６ステップ目のときにＢレジスタ１０２とＡレジスタ１０３の比較を行う。
【００１９】
比較の結果が１以上３０以下であればその秒数だけステップモータの駆動を停止し、−５９以上−２９以下であればその値に６０を加えた結果の秒数だけステップモータの駆動を停止し、また２９以上５９以下であれば６０からその値を減じた結果の秒数だけステップモータを早送りし、さらに−３０以上−１以下であればその値に６０を加えた結果の秒数だけステップモータを早送りする。
その後、前述のリュウズの押し込みによって始まる動作と同様の動作を行う。
【００２０】
以上本発明の実施形態を説明してきたが、円盤１１は可撓性の材質でもよい。可撓性の材質で作製した場合には、検出コイル１５に電流を流したときに軟磁性体Ａ１７と軟磁性体Ｂ１８に円盤１１が引きつけられ、磁気抵抗が下がるので円盤１１が変形しないときに比べてより大きな変化が生じる。
したがってその分検出コイル１５のターン数を少なくすることができ、センサ１４を小型化することが可能になる。
【００２１】
またセンサ１４の構造は図６に示すように、端面Ａ１７ａと端面Ｂ１８ａが検出コイル１５の長手方向と対向する形態でもよい。
組み込まれた形態は図５に示すように、４番軸１０に取り付けられた円盤１１がセンサ１４の２つの軟磁性体Ａ１７と軟磁性体Ｂ１８によって上下から挟まれるように配置されることになる。
したがって、検出コイル１５によって発生する磁束は一方の軟磁性体Ａ１７から軟磁性体Ｂ１８に流れるので、円盤１１の厚さ方向に貫通することになる。
したがって、円盤１１上で軟磁性体Ａ１７の端面Ａ１７ａと軟磁性体Ｂ１８の端面Ｂ１８ａに対向する場所に軟磁性体１２を形成し、その場所を含む帯状の領域がその軟磁性体１２によってパターンが形成される場所となる。
指針の位置検出は検出コイル１５に電流を流し、その後検出コイル１５の両端に発生する逆起電圧をコンパレータ１０５によって参照電圧と比較することで、円盤１１上の軟磁性体１２の有無を判定する。その後の位置検出と位置修正の動作は前述と同様である。
【００２２】
今まで述べてきたのは発振分周の回路において絶対的な時刻を認識していない場合を前提に述べてきたが、パーペチュアル時計や電波修正時計など回路で時刻を把握している場合には、前述の予測値を記憶しているＡレジスタ１０３にその把握している時刻を入力し毎秒更新していくことで、つねに時計内部で認識している時刻に対して秒針４１が正しく指時していることを調べることができ、もしずれていた場合には修正をすることができるのでいつも時計内部で認識している時刻に指針を一致させることが可能になる。
【００２３】
それから指針の位置検出は必ずしも常に行わなくてもよい。外部からの衝撃によって針飛びが発生する頻度を考えると１時間に一回針の位置を検出してずれていたら修正するか、もしくは針飛びの頻度がもっと少ないとして１日に一回の検出と修正でもよい。
そのようにすれば、指針の位置検出で消費される電力は大幅に減少する。
【００２４】
さらに他の指針、たとえば分針や時針の位置検出においても同様の方法で検出することが可能である。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のアナログ電子時計においては分解能の高い小型のセンサの実現が可能になり、そのセンサを用いて指針の位置検出及び位置修正が可能になる。通常、１秒に一回の位置検出しか行わないので消費電力も非常に小さくて済む。
また現在市販されている小型のムーブメントの中にも組み込むことが可能であり、従来のアナログ電子時計の大きさを変更することもない。
したがって、外部からの衝撃などに対して針飛びを起こした場合にも、本発明では正しい位置へ指針を復帰させることが可能で、つねに正しい時刻を表示することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態におけるアナログ電子時計を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態におけるアナログ電子時計のセンサを説明するための斜視図である。
【図３】本発明の実施形態におけるアナログ電子時計の軟磁性体によって２値パターンが形成された円盤を説明するための図面である。
【図４】本発明の実施形態におけるアナログ電子時計の指針位置検出を示すブロック図である。
【図５】本発明の他の実施形態におけるアナログ電子時計を示す断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態におけるセンサを説明するための斜視図である。
【符号の説明】
１：ロータ            ２：磁石            ３：ロータカナ
４：ステータ            ５：駆動コイル            ６：５番歯車
７：５番カナ            ８：４番歯車            ９：４番カナ
１０：４番軸            １１：円盤            １２：軟磁性体
１３：デジタルコード            １４：センサ
１５：検出コイル            １６：コア            １７：軟磁性体Ａ
１７ａ：端面Ａ            １８：軟磁性体Ｂ            １８ａ：端面Ｂ
２３：３番歯車            ２４：３番カナ            ２５：２番歯車
２６：２番カナ            ２７：２番軸            ３０：地板
３１：輪列受け            ４０：筒車            ４１：秒針
４２：分針            ４３：時針            １００：シフトレジスタ
１０１：変換テーブル            １０２：Ｂレジスタ
１０３：Ａレジスタ            １０４：比較器
１０５：コンパレータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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