(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動コイルへ通電することでロータが回転運動するステッピングモータおよび減速輪列と時刻表示指針とを有して前記ロータの回転により時刻表示を行う時刻表示手段と、
前記ステッピングモータを駆動するための駆動波形を生成し前記駆動コイルに通電する駆動手段と、
前記駆動手段へ電力を供給する電源手段と、
前記駆動コイルに発生する電力を蓄電可能な回収手段と、該回収手段の回収動作時間を計測する時間計測手段とを有することを特徴とする電子時計。
【請求項２】
前記駆動コイルに発生する電流の値もしくは極性またはその両方を計測する電流計測手段を有することを特徴とする請求項１に記載の電子時計。
【請求項３】
駆動コイルへ通電することでロータが回転運動するステッピングモータおよび減速輪列と時刻表示指針とを有して前記ロータの回転により時刻表示を行う電子時計の制御方法であって、
前記ステッピングモータを駆動するための駆動波形を生成して前記駆動コイルに通電する駆動動作と、
前記ステッピングモータの駆動直後に前記駆動コイルに誘起した電力を蓄電可能な回収手段に蓄電する回収動作と、
前記回収手段が蓄電した電力を前記駆動手段へ出力する再利用動作とを行い、前記回収動作は、前記駆動手段が駆動コイルへの通電を終了してから所定の時間経過時に前記駆動コイルに流れる電流の極性に応じて回収動作を開始することを特徴とする電子時計の制御方法。
【請求項４】
駆動コイルへ通電することでロータが回転運動するステッピングモータおよび減速輪列と時刻表示指針とを有して前記ロータの回転により時刻表示を行う電子時計の制御方法であって、
前記ステッピングモータを駆動するための駆動波形を生成して前記駆動コイルに通電する駆動動作と、
前記ステッピングモータの駆動直後に前記駆動コイルに誘起した電力を蓄電可能な回収手段に蓄電する回収動作と、
前記回収手段が蓄電した電力を前記駆動手段へ出力する再利用動作とを行い、前記回収手段の回収動作中およびその前後に前記駆動コイルに流れる誘起電流に応じて前記ロータの回転および非回転を判定し、前記回収手段が回収動作に要した時間に応じて前記ロータの回転および非回転を判定することを特徴とする電子時計の制御方法。
【請求項５】
前記ロータが非回転であると判定したときは、
前記ロータが回転するのに充分大きい電流を前記駆動コイルに再度通電して前記ステッピングモータを駆動することを特徴とする請求項４に記載の電子時計の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電磁式ステッピングモータを有する電子時計であり、とくにステッピングモータの駆動後に駆動コイルに誘起される電力を再利用することで電子時計の消費電力を低減することを特徴とする電子時計の構成および制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、指針によって時刻を表示するアナログ式の電子時計は、電池のもつ電気エネルギを指針の回転という機械エネルギへ変換するため、電磁変換式のステッピングモータを用いるのが普通である。
電子時計用のステッピングモータは、図２に示すように、軟磁性材料からなるステータ３３と、２極の永久磁石を有するロータ３４と、駆動コイル３５とで構成する。
これについてはすでに実用化されているので詳細な説明はしないが、駆動コイル３５に所定の電流が通電されると磁界が発生し、ステータ３３を介してロータ３４に磁界が伝達されることでロータ３４には磁気的反発による回転トルクが発生する。
また、図示はしないが、ロータ３４は歯車を同軸に有しており、これにより回転トルクを輪列および時刻表示指針へと伝達する。
【０００３】
このようなステッピングモータにおいては、駆動コイル３５へ通電を行った後には、ロータ３４がもつ運動エネルギや駆動コイル３５に蓄えられた誘導エネルギなどが残ることが知られており、このエネルギを再び利用するという試みがなされていた。
このような電子時計の構成例は、たとえば特開昭５３−３２７６７公報に開示されている。
【０００４】
またこの従来の例は、図２にあるようなステッピングモータに加えて、図６に示すような充放電回路を有している。
この例においては、トランスミッションゲートであるスイッチ１１〜１４とダイオード１５とコンデンサ１６〜１７とで充放電回路を構成している。なお図６中にあるドライバ２３は駆動コイル３５へ通電を行うスイッチング回路である。
【０００５】
この充放電回路においては、ステッピングモータの駆動後に駆動コイル３５に誘起電流が発生した際、その誘起電流が第２のコイル端子Ｓ３２から第１のコイル端子Ｓ３１へ流れる方向である間は、スイッチ１１とスイッチ１３をオンすることでコンデンサ１７へ誘起電流を蓄電し、それとは逆の誘起電流が流れる間はスイッチ１１とスイッチ１２がオンすることでコンデンサ１６へ蓄電を行うよう動作する。
さらに前述の蓄電が終了すれば、スイッチ１１をオフした後、スイッチ１４をオンすることで、コンデンサ１６〜１７に蓄電した電荷をダイオード１５を通じて電池等の電源（図示せず）へ再び戻すというものである。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
この従来例では、誘起電流の向きの計測やその計測結果を各スイッチの動作に反映するための具体的な方法が開示されていないが、ステッピングモータの駆動後には、少なくともすでに電荷の蓄えられたコンデンサが接続するため、ロータの回転状態によっては逆にコンデンサ側から駆動コイル側へ電流が放電されることとなる。
したがって電気的な影響だけでなくロータの運動にも影響が現れるため、誘起電流を効率良く発生させることや、誘起電流を蓄電することができなかった。
【０００７】
さらに現在のステッピングモータで実用化されているロータの回転判定には、この誘起電流そのものを直接を利用しているものが大半である。これは所定の波形パターンが得られたかどうかを計測することで回転判定を行うというものである。
このため、駆動コイルにコンデンサ等を接続してしまうと従来とは異なった電流波形になってしまう等の理由から、回転判定と誘起電流の蓄電との両方を平行して行うことはできなかった。
【０００８】
［発明の目的］
そこで本発明は上記の問題点を改善し、ステッピングモータの駆動後に得られる誘起電流を確実に蓄電（回収）し再利用することで電子時計全体の電力効率を向上しつつ、この回収動作とロータの回転判定を平行して行える電子時計を提供するものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子時計は、駆動コイルへ通電することでロータが回転運動するステッピングモータおよび減速輪列と時刻表示指針と文字板とからなり前記ロータの回転により時刻表示を行う時刻表示手段と、前記ステッピングモータを駆動するための駆動波形を生成し前記駆動コイルに通電する駆動手段と、前記駆動手段へ電力を供給する電源手段と、前記駆動コイルに発生する電力を蓄電可能な回収手段とを有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の電子時計には、ステッピングモータの他に、駆動コイルに発生する誘起電流を蓄える回収手段を備えている。さらに駆動コイルに発生する誘起電流の状態を計測する電流計測手段があるため、最も適切なタイミングで回収手段の動作を制御することが可能となっている。
また回収手段が誘起電流を蓄電するのに要する時間を計測する時間計測手段もあり、この計測結果をもとにロータの回転判定をすることが可能となっている。
【００１１】
［作用］
このため従来困難であった、ステッピングモータの駆動後に存在するエネルギを確実かつ最大効率で再利用し、そのうえロータの回転判定も平行して行うことが可能となるため、電子時計の低消費電力化と安定駆動とを同時に実現することが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電子時計を実施するための最適な形態の電子時計を図面を用いて説明する。
図１は本実施の形態の電子時計の全体構成を説明するための回路ブロック図である。
図２は時刻表示手段の一部であるステッピングモータの構成を説明するための平面図である。
図３は回収手段とその周辺回路の構成を説明するための回路図である。
図４は駆動手段の一部である波形生成手段の構成を説明するための回路図である。
図５は本実施の形態の動作説明をするための各部の信号波形を示す波形図である。
【００１３】
［本実施の形態の構成説明：図１、図２］
図１および図２を用いて、本発明の実施の形態における電子時計の構成の全体構成について説明する。
【００１４】
本発明の実施の形態の電子時計は、電源手段１０と、駆動手段２０と、時刻表示手段３０と、回収手段４０とで構成している。
【００１５】
時刻表示手段３０は、図２に示すような、駆動コイル３５とステータ３３とロータ３４とからなるステッピングモータ３２と、図示しない減速輪列と時刻表示用の指針および文字板などで構成した、電子時計においては一般的な時刻表示用機構部分である。
ステッピングモータ３２は前述の従来例と同じ構成のものである。
【００１６】
なお、ステッピングモータ３２についての詳細な説明は省略するが、本発明の実施の形態では駆動コイル３５へｉの向き（図２参照）に電流が流れたときにはφの向きに磁束が発生するように構成してあるとする。
また、ロータ３４は磁石のＮ極がθ１またはθ２の位置に安定するように磁気的に構成され、ロータ３４がθ１に安定しているときにφの向きに磁束を発生させるとロータ３４がθ２の位置へ１ステップ分回転するようになっている。
【００１７】
また図１にあるように、駆動手段２０は、定電圧電源手段２１と波形生成手段２２とドライバ２３とで構成している。
駆動手段２０はＣＭＯＳ回路で構成される電子回路である。
【００１８】
定電圧電源手段２１は、入力電圧を所定の定電圧に変換して出力するレギュレータ回路であり、電源手段１０の端子電圧を０．８Ｖにして出力するという、電子時計では一般的なものである。
また、波形生成手段２２も一般的な電子時計と同様の、水晶の発振周波数を所定の周波数まで分周し、さらにその分周信号をステッピングモータ３２や後述の回収手段４０の駆動に必要な波形に変形する回路である。
ドライバ２３は、波形生成手段２２が生成した波形に応じてステッピングモータ３２の駆動コイル３５に通電するためのスイッチング回路である。駆動コイル３５の両端にはドライバ２３の出力端子である第１のコイル端子Ｓ３１および第２のコイル端子Ｓ３２が接続している。
【００１９】
波形生成手段２２は、ドライバ２３がスイッチング動作可能なように、第１の駆動スイッチ信号Ｓ４１〜第４の駆動スイッチ信号Ｓ４４をドライバ２３に接続している。
これらの信号波形の形状については後述する。
【００２０】
回収手段４０は、駆動コイル３５に誘起する電流を蓄電する役割をもつ。駆動手段２０には、回収手段４０の蓄えた電力を出力可能なように回収出力Ｓ２２が接続している。
ただし、本発明の実施の形態では簡略例として回収出力Ｓ２２には定電圧出力Ｓ２１が直接接続しているとする。
なお、回収手段４０内部の詳細構成については後で詳細に説明する。
【００２１】
電源手段１０は端子電圧が１．５Ｖの酸化銀電池（１次電池）である。駆動手段２０および回収手段４０は電源手段１０に並列に接続しており、それぞれの動作に必要な電力が得られるようになっている。
【００２２】
また駆動手段２０は、リセット信号Ｓ０の否定信号と駆動マスクＳ２の否定信号と第１の回収スイッチ信号Ｓ４５と第２の回収スイッチ信号Ｓ４６とを回収手段４０に出力している。
逆に回収手段４０は、第１の検流信号Ｓ６５と第２の検流信号Ｓ６６とを駆動手段２０に出力している。
なお、これらの信号波形の形状についても後述する。
【００２３】
［回収手段の構成説明：図３］
つぎに図３を用いて、本発明の実施の形態における回収手段とその周辺の構成について説明する。
【００２４】
駆動手段２０の中のドライバ２３は、第１の駆動スイッチ４１と第２の駆動スイッチ４２と第３の駆動スイッチ４３と第４の駆動スイッチ４４とで構成する。
また、回収手段４０は、第１のコンデンサ５１と第２のコンデンサ５２と第１の回収スイッチ４５と第２の回収スイッチ４６と第３の回収スイッチ４７と第４の回収スイッチ４８と第１の昇圧スイッチ５３と第２の昇圧スイッチ５４と第３の昇圧スイッチ５５と第１の放電スイッチ５６と第２の放電スイッチ５７とで構成する。
また、回収手段４０の一部である電流計測手段は、第１の検流スイッチ６１と第２の検流スイッチ６２と第１の検流抵抗６３と第２の検流抵抗６４と、図３には図示しない第１の検流器６５と第２の検流器６６とで構成する。
なお、第１の検流器６５と第２の検流器６６とについては、後述する波形生成手段２２の構成説明の部分であわせて説明する。
【００２５】
回収手段４０の中の回収スイッチと昇圧スイッチと放電スイッチのそれぞれはすべてＭＯＳＦＥＴで構成している。
とくに第１の駆動スイッチ４１と第２の駆動スイッチ４２と第１の検流スイッチ６１と第２の検流スイッチ６２と第１の検流抵抗６３と第２の検流抵抗６４と第１の昇圧スイッチ５３と第１の放電スイッチ５６とはＰチャンネルＭＯＳＦＥＴであり、第３の駆動スイッチ４３と第４の駆動スイッチ４４と第２の昇圧スイッチ５４と第３の昇圧スイッチ５５と第２の放電スイッチ５７とはＮチャンネルＭＯＳＦＥＴである。
【００２６】
第１の駆動スイッチ４１と第３の駆動スイッチ４３とは直列に接続してあり、この接続点が第１のコイル端子Ｓ３１となっている。
さらに第１の駆動スイッチ４１の他端は接地し、第２の駆動スイッチ４２の他端は電源手段１０の負極（図３ではＳ１０として表記）に接続してある。
同様に第２の駆動スイッチ４２と第４の駆動スイッチ４４とは直列に接続してあり、この接続点が第２のコイル端子Ｓ３２となっている。
さらに同様に第２の駆動スイッチ４２の他端は接地し、第４の駆動スイッチ４４の他端は電源手段の負極に接続してある。
また各駆動スイッチのスイッチング動作のため、各駆動スイッチのゲート端子には、第１の駆動スイッチ信号Ｓ４１〜第４の駆動スイッチ信号Ｓ４４がそれぞれ接続している。
【００２７】
第１のコンデンサ５１および第２のコンデンサ５２はともに０．１μＦの容量のコンデンサである。
第１のコンデンサ５１の正極は接地してあり、第２のコンデンサ５２の正極は第１の昇圧スイッチ５３を介して接地してある。
さらに第１のコンデンサ５１の負極と第２のコンデンサ５２の正極間には第２の昇圧スイッチ５４が挿入してある。
また第３の昇圧スイッチ５５は回収手段４０の出力である回収出力Ｓ２２と第２のコンデンサ５２の負極との間に挿入してある。
【００２８】
第１の昇圧スイッチ５３と第２の昇圧スイッチ５４と第３の昇圧スイッチ５５のゲート端子には共に駆動マスクＳ２の否定信号が接続している。
【００２９】
そして第１のコンデンサ５１には第１の放電スイッチ５６が並列に接続し、同様に第２のコンデンサ５２の負極は第２の放電スイッチ５７を介して接地可能なようになっている。
第１の放電スイッチ５６および第２の放電スイッチ５７のゲート端子にはリセット信号Ｓ０の否定信号が接続している。
【００３０】
一方各回収スイッチはトランスミッションゲートで構成している。トランスミッションゲートは、スイッチ本体をＰチャンネルＦＥＴとＮチャンネルＦＥＴを並列に接続することで構成した、一般的なスイッチング回路である（内部構成についての詳細な説明は省略）。
第１の回収スイッチ４５は第１のコイル端子Ｓ３１と第２のコンデンサ５２の負極間に挿入してあり、第２の回収スイッチ４６は第２のコイル端子Ｓ３２と第２のコンデンサ５２の負極間に挿入してあり、第３の回収スイッチ４７は第１のコイル端子Ｓ３１と第１のコンデンサ５１の負極間に挿入してあり、第４の回収スイッチ４８は第２のコイル端子Ｓ３２と第１のコンデンサ５１の負極間に挿入してある。
なお各回収スイッチのスイッチング動作のため、第１の回収スイッチ４５と第３の回収スイッチ４７には第１の回収スイッチ信号Ｓ４５が接続し、第２の回収スイッチ４６と第４の回収スイッチには第２の回収スイッチ信号Ｓ４６とが接続している。
【００３１】
第１の検流スイッチ６１と第２の検流スイッチ６２と第１の検流抵抗６３と第２の検流抵抗６４はすべてＰチャンネルＦＥＴである。
第１の検流抵抗６３と第１の検流スイッチ６１とは直列に接続しており、その接続点を第１の検流端子Ｓ６３としてある。第１の検流抵抗６３の他端は第１のコイル端子Ｓ３１と接続し、第１の検流スイッチ６１の他端は接地している。
同じように、第２の検流抵抗６４と第２の検流スイッチ６２も直列に接続しており、その接続点を第２の検流端子Ｓ６４としてある。第２の検流抵抗６４の他端は第２のコイル端子Ｓ３２と接続し、第２の検流スイッチ６２の他端は接地している。
【００３２】
なお、それぞれ検流スイッチおよび検流抵抗のスイッチング動作のため、第１の検流スイッチ６１のゲート端子には第１の検流スイッチ信号Ｓ６１が接続し、第２の検流スイッチ６２のゲート端子には第２の検流スイッチ信号Ｓ６２が接続している。
ここでは、ＦＥＴである各検流スイッチのオン抵抗は、１００Ω程度であるとする。
【００３３】
また第１の検流抵抗６３のゲート端子にも第１の検流スイッチ信号Ｓ６１が接続し、第２の検流抵抗６４のゲート端子にも第２の検流スイッチ信号Ｓ６２が接続している。
ここではＦＥＴである各検流抵抗のオン抵抗は、１００Ω程度であるとする。
【００３４】
［波形生成手段の構成説明：図４］
つぎに図４を用いて、本発明の実施の形態における波形生成手段２２とその周辺の構成について説明する。
【００３５】
波形生成手段２２は、
基本波形生成手段８１と
第１のフリップフロップ８２と第１のアンドゲート８３と第２のアンドゲート８４と第３のアンドゲート８５と第４のアンドゲート８６と第１のインバータ８５Ｂと第２のインバータ８６Ｂと第１のオアゲート８７と第２のオアゲート８８と第３のインバータ８９と第１のナンドゲート９０と第２のフリップフロップ９１と第５のアンドゲート９２と第６のアンドゲート９３と第７のアンドゲート９５と第８のアンドゲート９６と第９のアンドゲート９７と第３のオアゲート９８と第３のフリップフロップ９９と第１０のアンドゲート１０１とカウンタ１０２と第１のノアゲート１０３とで構成している。
なおフリップフロップとインバータを除く論理ゲートは、とくに指定しない限り２入力である。
【００３６】
さらに、説明の都合上、図３には回収手段４０における電流計測手段の一部である、第１の検流器６５と第２の検流器６６とが図示してある。
第１の検流器６５および第２の検流器６６はコンパレータ回路であり、第１の検流器６５の非反転入力端子には第１の検流端子Ｓ６３が接続し、反転入力端子には第１のコイル端子Ｓ３１が接続している。
また第２の検流器６６の非反転入力端子には第２の検流端子Ｓ６４が接続し、反転入力端子には第２のコイル端子Ｓ３２が接続している。
【００３７】
第１の検流器６５および第２の検流器６６の出力は、それぞれ第１の検流信号Ｓ６５と第２の検流信号Ｓ６６として駆動手段２０の中の波形生成手段２２へ送られている。
【００３８】
また各検流器はイネーブル端子を備えており、後述する検流期間信号Ｓ７が接続している。各検流器はイネーブル信号がハイレベルの時のみ動作し、ロウレベルのときは電源が投入されずに非動作状態となる。
なお、各検流器が非動作のときは出力はロウレベルにプルダウンされるようになっている。
【００３９】
さらに基本波形生成手段８１は、一般的な電子時計と同様に水晶振動子の発振波形を分周した後、ステッピングモータ３２の駆動や回収手段４０の動作に必要な基本波形に変形する部分である。
【００４０】
基本波形生成手段８１は、リセット信号Ｓ０と駆動信号Ｓ１と駆動マスクＳ２と回収許可信号Ｓ３とクロックＳ４とを出力する。
またリセット信号Ｓ０と駆動マスクＳ２の各否定信号も出力する。
【００４１】
駆動信号Ｓ１は、全体の周期は１秒のパルス列であり、４ミリ秒間ハイレベルとなった後に２０ミリ秒間ロウレベルとなり再び８ミリ秒間ハイレベルとなる波形である。
【００４２】
リセット信号Ｓ０は、ハイレベルとなる時間が０．５ミリ秒で周期が１秒の波形である。リセット信号Ｓ０の立ち上がりは駆動信号Ｓ１の先頭のパルスの立ち上がりに同期するようにしている。
【００４３】
駆動マスクＳ２は、周期が１秒で、ハイレベルの時間が３２ミリ秒の波形である。
駆動マスクＳ２の立ち上がりは駆動信号Ｓ１の先頭パルスの立ち上がりと同時刻である。これは駆動信号Ｓ１の一組のパルス列を覆う信号である。
【００４４】
回収許可信号Ｓ３は、周期が１秒で、ハイレベルの時間１６ミリ秒の波形である。
回収許可信号Ｓ３は、駆動信号Ｓ１の先頭波形の立ち上がりから５ミリ秒経過した後に回収許可信号Ｓ３が立ち上がるように設定してある。
【００４５】
クロックＳ４は周波数が１６ＫＨｚの矩形波である。なお駆動信号Ｓ１の立ち上がりタイミングは、クロックＳ４の立ち下がりタイミングに同期している。
【００４６】
第１のフリップフロップ８２は、トグルフリップフロップであり、駆動マスクＳ２の立ち下がりのタイミングで出力データを反転させるように動作するようになっている。第１のフリップフロップの出力は駆動位相信号Ｓ５としている。
なお、第１のフリップフロップ８２は否定出力付きである。
【００４７】
第１のアンドゲート８３は３入力のアンドゲートであり、駆動位相信号Ｓ５と駆動信号Ｓ１と後述する駆動許可信号Ｓ９との論理積を第３の駆動スイッチ信号Ｓ４３として出力する。
また、第２のアンドゲート８４も３入力のアンドゲートであり、駆動位相信号Ｓ５の否定信号と駆動信号Ｓ１と後述するカウント信号Ｓ９との論理積を第４の駆動スイッチ信号Ｓ４４として出力する。
【００４８】
第３のアンドゲート８５は、駆動位相信号Ｓ５と後述する検流期間信号Ｓ７との論理積を出力する。さらにこの否定信号である第１の検流スイッチ信号Ｓ６１は第１のインバータ８５Ｂに入力することで得ている。
また、第４のアンドゲート８６は駆動位相信号Ｓ５の否定信号と検流期間信号Ｓ７との論理積を出力する。さらにこの否定信号である第２の検流スイッチ信号Ｓ６２は第２のインバータ８６Ｂに入力することで得ている。
【００４９】
３入力を有する第１のオアゲート８７は、第３のアンドゲート８５の出力と第３の駆動信号Ｓ４３と第２の回収スイッチ信号Ｓ４６（後述）との論理和を、第１の駆動スイッチ信号Ｓ４１として出力する。
また同様に３入力の第２のオアゲート８８は第４のアンドゲート８６の出力と第４の駆動信号Ｓ４４と第１の回収スイッチ信号Ｓ４５（後述）との論理和を、第２の駆動スイッチ信号Ｓ４２として出力する。
【００５０】
第３のインバータ８９は、後述する回収期間信号Ｓ６を入力することにより、回収期間信号Ｓ６の否定信号を出力する。
【００５１】
第１のナンドゲート９０は回収許可信号Ｓ３と第３のインバータ８９の出力との論理積の否定信号を出力し、第２のフリップフロップ９１へ入力している。
第２のフリップフロップ９１もトグルフリップフロップであり、第１のナンドゲート９０の出力の立ち下がりで出力データを反転する。第２のフリップフロップ９１の出力が検流期間信号Ｓ７となっている。第２のフリップフロップ９１はリセット端子を有しており、ここにはリセット信号Ｓ０が接続している。
【００５２】
第７のアンドゲート９５はクロックＳ４と検流期間信号Ｓ７との論理積を出力し第３のフリップフロップへ入力している。
第３のフリップフロップ９９は、リセット付きのデータタイプフリップフロップである。
【００５３】
第８のアンドゲート９６および第９のアンドゲート９７は、ともに３入力のアンドゲートであり、第８のアンドゲート９６は駆動位相信号Ｓ５と回収許可信号Ｓ３と後述する第１の検流信号Ｓ６５との論理積を出力する。
第９のアンドゲート９７は駆動位相信号Ｓ５の否定信号と回収許可信号Ｓ３と後述する第２の検流信号Ｓ６６との論理積を出力する。
【００５４】
そして第３のオアゲート９８は、第８のアンドゲート９６と第９のアンドゲート９７との出力の論理和を出力し、第３のフリップフロップ９９のデータ端子へ入力する。
第３のフリップフロップ９９のリセット端子へは、リセット信号Ｓ０が接続している。
なお、第３のフリップフロップ９９の出力が回収期間信号Ｓ６となっている。
【００５５】
第５のアンドゲート９２は、回収許可信号Ｓ３と回収期間信号Ｓ６と駆動位相信号Ｓ５との論理積を第２の回収スイッチ信号Ｓ４６として出力する。
第６のアンドゲート９３は、回収許可信号Ｓ３と回収期間信号Ｓ６と駆動位相信号Ｓ５の否定信号との論理積を、第１の回収スイッチ信号Ｓ４５として出力する。
【００５６】
第１０のアンドゲート１０１はクロックＳ４と回収期間信号Ｓ６と後述する時間計測許可信号Ｓ８との論理積を出力し、カウンタ１０２に入力する。
【００５７】
カウンタ１０２はリセット付きトグルフリップフロップを６個直列に並べたカウンタ回路である。
ここでは、説明の都合上、カウンタ１０２の内部は初段から順にカウンタ１段目１０２Ａ、カウンタ２段目１０２Ｂ・・・カウンタ６段目１０２Ｆであるとしておく。また最終段のカウンタ６段目１０２Ｆは否定出力があり、これを時間計測許可信号Ｓ８としている。またカウンタ１０２の共通リセット端子にはリセット信号Ｓ０が接続している。
【００５８】
４入力のノアゲートである第１のノアゲート１０３には、カウンタ１０２の１段目１０２Ａ〜５段目１０２Ｅの出力信号が接続しており、この４つの信号の論理和の否定信号を出力している。第１のノアゲート１０３の出力は駆動許可信号Ｓ９となっている。
なお第１０のアンドゲート１０１とカウンタ１０２と第１のノアゲート１０３とが時間計測手段１００に相当している。
以上のようにして本発明の実施の形態の波形生成手段２２およびその周辺を構成する。
【００５９】
［本発明の実施の形態の動作説明：図１〜図５］
つぎに、図１から図５を用いて本発明の実施の形態の電子時計の動作説明を行なう。
図５には主に波形生成手段２２における信号波形を示してあるが、説明の都合上駆動コイル３５に流れる電流波形をｉとして示してある。
なおここでは説明を簡単にするため、各信号においてとくに動作に関係のあるタイミングでの説明だけ行うこととする。
【００６０】
電源手段１０から電源が投入されれば波形生成手段２２は動作を開始し、各出力信号には所定の波形が出力される。
ここでは説明の都合上、第１のフリップフロップ８２の保持データはセットされ、駆動位相信号Ｓ５はハイレベルになっているものとする。
【００６１】
はじめに、駆動手段２０が時刻表示手段３０のステッピングモータ３２を駆動した結果、ロータ３４が正しく回転する場合について説明する。
【００６２】
（駆動動作）
まず駆動信号Ｓ１のパルス列が１秒周期で発生する。まず先頭のパルスが４ミリ秒間ハイレベルとなり、同時にリセット信号Ｓ０および駆動マスクＳ２もハイレベルとなる。
とくに、この４ミリ秒の間にはステッピングモータ３２に通電されるのでその説明を行う。
【００６３】
リセット信号Ｓ０は０．５ミリ秒間ハイレベルとなるので、これに同期して第２のフリップフロップ９１と第３のフリップフロップ９９の各保持データはすべてリセットされ、同様にカウンタ１０２のデータもリセットされる。
カウンタ１０２のデータがリセットされると、第１のノアゲート１０３の入力はすべてロウレベルとなるため駆動許可信号Ｓ９はハイレベルとなる。
【００６４】
このときは駆動マスクＳ２がハイレベルであるため、第１の昇圧スイッチ５３もオン状態となる。
また第１の放電スイッチ５６および第２の放電スイッチ５７はリセット信号Ｓ０がハイレベルの期間だけオン状態となるので、第１のコンデンサ５１と第２のコンデンサ５２は両端が短絡した状態となり、両コンデンサは空の状態に初期化される。
【００６５】
一方、駆動位相信号Ｓ５はハイレベルであり、駆動許可信号Ｓ９とはハイレベルとなるので第１のアンドゲート８３は駆動信号Ｓ１をそのまま第３の駆動スイッチ信号Ｓ４３として出力する。
同様に第１のオアゲート８７も駆動信号Ｓ１をそのまま第１の駆動スイッチ信号Ｓ４１として出力する。
逆にこの間は第２のアンドゲート８４はロウレベル出力であり、また第３のフリップフロップ９９の出力である回収期間信号Ｓ６はロウレベルであるため、第１の回収スイッチ信号Ｓ４５および第２の回収スイッチ信号Ｓ４６はロウレベルとなる。このため第２の駆動スイッチ信号Ｓ４２および第４の駆動スイッチ信号Ｓ４４はロウレベルのままとなる。
【００６６】
すると第１の駆動スイッチ信号Ｓ４１〜第４の駆動スイッチＳ４４を受け、ドライバ２３中の第１の駆動スイッチ４１はオフとなり、かつ第３の駆動スイッチ４３はオンとなる。
また、第２の駆動スイッチ４２はオンのままであるため、駆動コイル３５は電源手段１０に接続され、第２のコイル端子Ｓ３２から第１のコイル端子Ｓ３１の方向に電流が流れる。
これによりステッピングモータ３２のステータ３３内にはφの方向に磁束が発生しロータ３４に回転トルクが発生する。
【００６７】
そしてこの後、駆動信号Ｓ１がロウレベルへと変化すると、第１のアンドゲート８３の出力はロウレベルとなるため第１の駆動スイッチ４１はオンとなり、第３の駆動スイッチ４３はオフとなる。第２の駆動スイッチ４２はオンのままである。
よって駆動コイル３５の両端は接地され、電源手段１０から駆動コイル３５への通電は停止する。
【００６８】
（検出動作）
しかしこの１ミリ秒後に回収許可信号Ｓ３がハイレベルとなる。すると回収期間信号Ｓ６はロウレベルのままであるので第１のナンドゲート９０の入力はともにハイレベルとなり検流期間信号Ｓ７はロウレベルへ変化する。
すると、第３のアンドゲート８５はハイレベルを出力するので、第１の駆動信号Ｓ４１は再びハイレベルとなり、かつ第１の検流スイッチ信号Ｓ６１はロウレベルへ変化する。
この結果、第１の検流スイッチ６１はオンとなり、第１の駆動スイッチ４１はオフとなる。ただし回収期間信号Ｓ６はロウレベルのままなので第２の回収スイッチ信号Ｓ４６はロウレベルのままである。
【００６９】
また検流期間信号Ｓ７を受け、第１の検流器６５および第２の検流器６６はアクティブとなり、第１の検流器６５の計測動作が開始する（ここでは第２の検流器６６の出力は動作に影響しない）。
なお、各検流器が非アクティブの間は各検流器の出力信号はプルダウンされロウレベルとなるようにしてあるが図５にはそれを破線で示した。さらに、第７のアンドゲート９５はクロックＳ４をそのまま第３のフリップフロップ９９へ出力する。
このとき駆動位相信号Ｓ５はハイレベルであるので、第３のフリップフロップ９９には第８のアンドゲート９６を介して第１の検流信号Ｓ６５がデータとして入力される。
クロックＳ４は１６ＫＨｚであるので、第３のフリップフロップは６１マイクロ秒毎に第１の検流信号Ｓ６５を取り込み回収期間信号Ｓ６に反映させるように動作する。
【００７０】
さて、ステッピングモータ３２への駆動後は、駆動電流によって、駆動コイル３５に蓄えられた磁気的エネルギとロータ３４の回転により発電がおき、駆動コイル３５には電源手段１０から通電されなくとも誘起起電力が発生する。
【００７１】
図５で図示しているように、回収許可信号Ｓ３がハイレベルとなった直後は、駆動コイル３５に発生している誘起電流の向きは、電源手段１０がステッピングモータ３２へ駆動電流を通電した向きに対して逆方向となっている。
このときは第１の検流抵抗６３での電圧降下により第１のコイル端子Ｓ３１の端子電位は接地電位すなわち第１の検流端子Ｓ６３よりも低いので、その間第１の検流信号Ｓ６５はロウレベルである。
【００７２】
（回収動作）
駆動コイル３５に発生する誘起電圧は振動的であるために、やがて駆動コイル３５に発生する誘起電流が上記とは逆向き、すなわち電源手段１０がステッピングモータ３２へ駆動電流を通電した向きと同じ方向へ変化しようとする。
誘起電流の極性が変化すると第１の検流端子Ｓ６３と第１のコイル端子Ｓ３１の電位の大小関係は反転するので第１の検流信号Ｓ６５はハイレベルへと変化する。
【００７３】
すると第３のフリップフロップ９９は第８のアンドゲート９６および第３のオアゲート９８により伝達された第１の検流信号Ｓ６５を取り込み、回収期間信号Ｓ６はハイレベルへと変化する。
この取り込み動作はクロックＳ４の立ち下がりに同期して行われるため、ここでの遅れは最大でも６１マイクロ秒である。
【００７４】
回収期間信号Ｓ６がハイレベルである間は回収手段４０により駆動コイル３５に生じた誘起電流の回収動作が行われる。
駆動位相信号Ｓ５はハイレベルであるので、第２の回収スイッチ信号Ｓ４６が第５のアンドゲート９２によりハイレベルへ変化し第２の回収スイッチ４６および第４の回収スイッチ４８はオンとなる。
また第２の駆動スイッチ信号Ｓ４２は、第２のオアゲート８８によりハイレベルとなり第２の駆動スイッチ４２はオフとなる。
【００７５】
この状態では第２のコンデンサ５２の正極は接地されるとともに、第２のコイル端子Ｓ３２は２つのコンデンサの負極に接続される。
この結果、第１のコンデンサ５１と第２のコンデンサ５２と駆動コイル３５は並列接続され、かつ駆動コイル３５に誘起した電流はコンデンサの両方へ蓄電される。
【００７６】
またその直前までカウンタ１０２はリセットされた状態であるため、時間計測許可信号Ｓ８はハイレベルを出力しているが、回収期間信号Ｓ６がハイレベルとなると第１０のアンドゲート１０１はクロックＳ４をそのまま出力するため、カウンタ１０２はカウントアップ動作を開始する。
【００７７】
やがて第１および第２のコンデンサへの蓄電量が最大となると蓄電電流は零となるが、今度はコンデンサへ蓄えた電荷が再び駆動コイル３５へ逆流しようとする。
すると、第１の検流端子Ｓ６１と第１のコイル端子Ｓ３１間の電位差は再度逆転するので、第１の検流信号Ｓ６５はハイレベルからロウレベルと変化する。
【００７８】
このときは前述と同じように、第３のフリップフロップ９９は第１の検流信号Ｓ６５をクロック４の立ち下がりに同期して取り込むので、回収期間信号Ｓ６もロウレベルへと変化する。
ここでの応答遅れも最大で６１マイクロ秒である。
【００７９】
回収期間信号Ｓ６がロウレベルとなると第１の回収スイッチ５７や第１の昇圧スイッチはオフとなる。
また回収期間信号Ｓ６がロウレベルとなると、第１のナンドゲート９０の出力はロウレベルとなるため検流期間信号Ｓ７はハイレベルからロウレベルに変化する。すなわち検流期間信号Ｓ７は、回収許可信号Ｓ３の立ち上がりから回収期間信号Ｓ６の立ち下がりまでの間ハイレベルとなる。
検流期間信号Ｓ７がロウレベルとなると、第１の検流スイッチ６１と第１の検流抵抗６３と第３の駆動スイッチ４３はオフし、第１の駆動スイッチ４１はオンとなる。さらに第１の検流器６５も非動作となり、駆動コイル３５に発生する電流を計測する動作はすべて終了する。
【００８０】
なお前述のように、誘起電流の蓄電においてステッピングモータ３２を駆動するときと同方向の誘起電流をコンデンサへ蓄電する設定にすれば、ロータ３４の回転速度と回転角との関係が駆動コイル３５に最も誘起起電力（電圧）をもたらすことができ、その結果としてコンデンサには最も大きなエネルギを得ることが可能となっている（駆動コイル３５に発生する誘起起電力の位相は、駆動コイル３５のインダクタンス成分の影響があるため、誘起電流の位相とは異なる）。
【００８１】
（回転判定動作）
一方、回収期間信号Ｓ６がロウレベルになると、第１０のアンドゲート１０１によってカウンタ１０２に送られるクロックＳ４も停止する。
【００８２】
ここで時間計測手段１００に関する説明を付け加えると、仮にあるクロック信号がカウンタ１０２に連続して入力したとすると、そのクロック信号の立ち下がり波形が３２回入力されるまでの間は、カウンタの１段目から５段目の出力のうち少なくとも１つはハイレベルとなる。
クロックＳ４は１６ＫＨｚであるので、カウンタ１０２に立ち下がり波形が最初に入力してから２ミリ秒（＝３２／１６ＫＨｚ）未満の間は第１のオアゲート１０３の出力である駆動許可信号Ｓ９はロウレベルを維持するように動作する。
【００８３】
さてロータ３４が正しく回転した場合、コンデンサで誘起電流を蓄電するのに要する時間は短く、ほぼ１ミリ〜１．５ミリ秒程度で終了してしまうため、回収期間信号Ｓ６がハイレベルとなる時間幅もそれと同等となる。
なお、この時間は時刻表示手段３０内の機構部分（ロータ３４を含む）のイナーシャや回収手段４０のコンデンサの容量や駆動コイル３５のインダクタンスおよび内部抵抗などに依存することが分かっている。
【００８４】
したがって、前述のようにロータ３４が正しく回転したときは、回収期間信号Ｓ６には２ミリ秒よりも短いハイレベル幅のパルスが現れるため、駆動許可信号Ｓ９はロウレベルの状態となる。
駆動許可信号Ｓ９がロウレベルであればロータ３４は正しく回転したこととなり、そののちは、第１のアンドゲート８３や第１のオアゲート８７はその後の駆動信号Ｓ１によらず常に出力はロウレベルとなるので、ドライバ２３は駆動コイル３５の両端が接地した状態を維持する。
【００８５】
（出力動作）
駆動信号Ｓ１の先頭パルスがハイレベルとなってから３２ミリ秒経過すると、駆動マスクＳ２はロウレベルに変化する。すると回収手段４０の第２の昇圧スイッチ５４および第３の昇圧スイッチ５５はオンし、逆に第１の昇圧スイッチ５３はオフとなるため、第１のコンデンサ５１と第２のコンデンサ５２は並列接続から直列接続の状態となる。
【００８６】
すると、第１のコンデンサ５１および第２のコンデンサ５２の端子電圧は２倍に昇圧され、蓄えられた電荷は定電圧電源手段２１へ供給される。
前述のとおり、定電圧電源手段２１の定電圧出力Ｓ２１には波形生成手段２２が直接接続しており、第１のコンデンサ５１および第２のコンデンサ５２に蓄えられた電荷は波形生成手段２２の動作用電力として消費される。
【００８７】
なお、定電圧電源手段２１の出力から波形生成手段２２に送られる電力は、通常時は電源手段１０が供給しているのであるが、このように定電圧出力端子に電荷の蓄えられたコンデンサが接続された場合は、コンデンサから電力供給が行われるので電源手段１０が供給する分はなくなるため、その分だけ電源手段１０が消費する電力が低減することとなる。
【００８８】
また駆動マスクＳ２の波形が立ち下がると第１のフリップフロップ８２は出力を反転させるので、駆動位相信号Ｓ５はロウレベルとなる。
したがって、このつぎに駆動信号Ｓ１にパルス列が現れるときには、第１の駆動スイッチ信号Ｓ４１と第２の駆動スイッチ信号Ｓ４２とは役割が入れ替わる。
同様に第３の駆動スイッチ信号Ｓ４３と第４の駆動スイッチ信号Ｓ４４、そして第１の検流スイッチ信号Ｓ６１と第２の検流スイッチ信号Ｓ６２とがそれぞれ役割が入れ替わる。
これによって、上記までに説明した駆動コイル３５への通電方向は、駆動信号Ｓ１にパルス列が現れる１秒周期で交互に反転する。このため、ステッピングモータ３２が正しいステップ駆動が可能となるような方向の駆動電流を与えることができる。
【００８９】
つぎに、駆動手段２０が時刻表示手段３０のステッピングモータ３２を駆動したが、外部磁界等の影響によりロータ３４の回転が１度失敗し、再度（補償）駆動する動作について説明する。
【００９０】
（駆動〜回収動作）
まず駆動信号Ｓ１にパルス列が現れる。４ミリ秒の先頭パルスが出力されている間は、前述と同様に駆動コイル３５に駆動電流が通電される。
なお図５では、駆動位相信号Ｓ５がロウレベルとなっているが、これも上記の通り駆動コイル３５へ通電する方向が逆になるだけであるので詳しい説明は省略する。
【００９１】
駆動信号Ｓ１の先頭パルスが出力が終了したのち、さらにその１ミリ秒後には回収許可信号Ｓ３はハイレベルとなり、前述同様に駆動コイル３５に発生する誘起電流の極性計測を開始する。
ただし、駆動位相信号Ｓ５がロウレベルの間は第９のアンドゲート９７がアクティブであるので、検流器の出力のうち利用されるのは第２の検流信号Ｓ６６となる。
【００９２】
やがて駆動コイル３５に発生する電流が、駆動中と同じ方向になると回収期間信号Ｓ６がハイレベルとなり、回収手段４０による誘起電流の蓄電動作が開始する。同時に時間計測手段１００にもクロックＳ４と同じ信号が入力され回収手段４０が蓄電動作に要する時間を計測し始める。
【００９３】
（非回転判定動作）
前述の仮定によりロータ３４は正しい回転に失敗しているが、その場合はコンデンサで誘起電流を蓄電するのに要する時間は少なくとも２ミリ秒以上と長くなる性質があることが分かっている。したがって、回収期間信号Ｓ６がハイレベルとなる時間幅もそれと同等となる。
ここでは図５に示すように３ミリ秒要したとする。
【００９４】
さて、時間計測手段１００は、前述と同じように、カウンタ１０２は回収期間信号Ｓ６がハイレベルである期間はクロックＳ４と同じ信号を受け取るが、回収期間信号Ｓ６が比較的長くなって、カウンタ１０２に立ち下がり波形が３３回入力されると、カウンタ１０２の１段目から５段目の出力はすべてロウレベルとなり、かつ６段目の否定出力である時間計測許可信号Ｓ８はハイレベルからロウレベルへと変化するため駆動許可信号Ｓ９はハイレベルへと変化する。
【００９５】
このため、コンデンサが誘起電流を蓄電するのに３ミリ秒要すると、駆動許可信号Ｓ９はハイレベルに戻り、さらに時間計測許可信号Ｓ９はロウレベルとなるためクロックＳ４はカウンタ１０２へ伝わらなくなり、時間計測手段１００の時間計測動作は停止する。カウンタ１０２はカウントアップを停止するので駆動許可信号Ｓ９はハイレベルのままとなる。
【００９６】
各コンデンサには引き続き誘起電流が蓄電されるが、やがてコンデンサへの蓄電は終了し駆動コイル３５に現れる電流は零点を通過しようとする。
すると、第２の検流信号Ｓ６６はロウレベルとなるので回収期間信号Ｓ６は、ロウレベルへ変化し回収手段４０の回収動作は終了する。
【００９７】
（再駆動動作）この後、すなわち駆動信号Ｓ１には１つ目のパルスの立ち上がりから２４ミリ秒後に２つ目のパルスが現れる。この場合では駆動許可信号Ｓ９はハイレベルとなっているため、２つ目のパルスがハイレベルとなる間も、第２の駆動スイッチ４２はオフとなり、かつ第４の駆動スイッチはオンとなり駆動コイル３５に駆動電流が通電される。
駆動信号Ｓ１の２つ目のパルスは、１つ目のパルスの２倍である８ミリ秒のハイレベル幅があるため、ステッピングモータ３２はロータ３４が外乱にうち勝って回転するのに必要な電流を充分に得ることが可能となる。
この動作によりステッピングモータは外乱により一旦は非回転となっても再駆動が行われるため、電子時計の時刻表示には遅れが生じないことが保証される。
【００９８】
上記までの説明のように本発明の実施の形態は、ステッピングモータ３２の駆動を行った後に駆動コイル３５に発生する誘起電流が駆動時と同方向となっている間だけ回収手段４０が蓄電動作を行い、かつ回収した電力を駆動手段２０に戻すように動作する。
また、この動作はロータ３４の回転あるいは非回転によらず毎ステップ確実に行われるため、平均的には電子時計の消費電力が低減したのと同じとなる。またロータ３４が正しく回転しない場合であってもその判定を行い、駆動直後に再駆動を行うことが可能であるので、表示時刻の信頼性についてもまったく問題とならない。
【００９９】
なお本発明の実施の形態では、第１の検流器６５と第２の検流器６６とは片方の出力しか利用しないにもかかわらず両方共に電力が供給されるようになっていたが、さらなる消費電力の低減のために利用する一方にのみ給電することは容易である。
【０１００】
また信号処理の都合から本発明の実施の形態では、回収期間信号Ｓ６の立ち上がりおよび立ち下がりのタイミングは、基準信号であるクロックＳ４の立ち下がりに同期するように第３のフリップフロップ９９を用いて構成したが、非同期となるようにしても処理できる。
【０１０１】
また本発明の実施の形態では、回収手段４０の回収動作は単にコンデンサを接続した状態で誘起電流を蓄電するようにしたが、これに限らず回収動作中であってもコンデンサの接続状態を変化させるようにしても良い。
【０１０２】
たとえば回収手段４０中のコンデンサの蓄電量に応じてコンデンサの接続状態の切り替えて降圧動作をさせても良い。この場合、コンデンサの蓄電量はコンデンサの端子電圧を計測すれば良く、例えばコンデンサの端子電圧を所定の値と比較して、その値を上回ったときに各コンデンサの接続関係が切り替わるようにすれば良い。
【０１０３】
一方、回転判定については、回収手段４０が蓄電に要する時間を時間計測手段１００が計測し、その時間が所定の時間を越えるか否かでロータ３４の回転判定を行ったが、ステッピングモータ３２の各構成要素によっては、その前後の誘起電流の状態を利用して回転判定しても良い。
【０１０４】
たとえば、実際にコンデンサへの蓄電を開始する前や蓄電を終了した後の電流波形を計測し、それらの周期や極性を計測することで付加的な情報を得て、ロータ３４の回転判定に利用するといったことも可能である。
【０１０５】
さらに本発明の実施の形態では、通常のステッピングモータ３２の駆動は４ミリ秒の固定パルスによって行うようにしてあるが、もちろんこれには限定されない。
たとえば現在実用化されている、電源電圧や負荷の程度に応じて駆動パルスの幅を変化させる駆動方法や、１ステップ分の駆動を短い幅のパルス列で行う駆動方法や、そのパルス列の各パルスのデューティ（通電、非通電の時間比）を変化させる駆動方法などでも問題なく本発明を適用できる。
【０１０６】
また本発明の実施の形態では、回収したエネルギは駆動手段２０中の波形生成手段２２によって消費させるように構成したが、これについても、たとえば電源手段１０の電池に戻したり、ステッピングモータ３２の駆動に直接利用したりすることも同様に可能である。
【０１０７】
【発明の効果】
上記までの説明で明らかであるが、本発明によればステッピングモータの駆動後に発生する誘起電流を回収し、さらにこの回収電力を駆動手段において再利用することが可能になる。
また上記の回収動作を行いつつステッピングモータの回転判定を確実に行うことが可能となり、従来困難であった電力の回収再利用とステッピングモータの安定駆動との両立を実現することが可能となる。
【０１０８】
なおステッピングモータそのものの構成や駆動時の条件は、従来と同じで良いので、本発明の効果の実現のために、ステッピングモータの負荷駆動能力や安定性などの諸性能が犠牲になることはなく、本発明の電子時計は広い範囲での適用が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における電子時計の全体の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態における電子時計のステッピングモータを示す平面図である。
【図３】本発明の実施の形態における電子時計の回収手段の回路構成例を示す回路図である。
【図４】本発明の実施の形態における電子時計の波形生成手段の回路例を示す回路図である。
【図５】本発明の実施の形態における電子時計の要部電圧波形を示す波形図である。
【図６】従来技術における電子時計の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１０：電源手段            ２０：駆動手段
３０：時刻表示手段            ４０：回収手段
【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】
0004343353.tif 000006
【図６】
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