JP2012002768A - アナログ電子時計 - Google Patents

Abstract

【課題】 加速度が加わった状態でも安定して運針を行うことのできるアナログ電子時計を提供する。
【解決手段】 ステップモータにより指針を運針して時刻の表示を行うアナログ電子時計において、指針の回転面内で直交する２軸の加速度を検知する加速度検知手段と、加速度検知手段の出力により加速度の方向を求める加速度方向算出手段と、加速度方向算出手段により算出された加速度の方向と指針の位置とに応じて、ステップモータに供給される駆動パルスの実効値を変化させる駆動パルス制御手段と、を備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、ステップモータを用いて指針を回転させることで時刻を表示するアナログ電子時計に関する。

一般に、ステップモータを用いて複数の指針を回転させ、時刻を表示するアナログ電子時計が知られている。このようなアナログ電子時計では、ステップモータに所定パルス幅の駆動パルスを印加することによりステップモータを駆動する。そして、ステップモータの運動が指針に伝達されて指針が回転する。

アナログ電子時計では、強い加速度が加えられると指針の正確な回転が妨げられる場合が生じる。従来、アナログ電子時計に加速度センサを搭載して、所定の値以上の加速度が検出された場合には、運針を停止して計時のみを行い、加速度が低下すると指針を早送りして表示時刻を修正した後、運針を再開する技術が開示されている（例えば、特許文献１）。

特開２００２−６２３８０号公報

しかしながら、運針を停止させてしまうと、アナログ電子時計に加速度が加わっている間には、時刻を知得することができないという課題がある。

この発明の目的は、加速度が加わった状態でも安定して運針を行うことのできるアナログ電子時計を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、
ステップモータにより指針を運針して時刻の表示を行うアナログ電子時計において、
前記指針の回転面内で直交する２軸の加速度を検知する加速度検知手段と、
前記加速度検知手段の出力により加速度の方向を求める加速度方向算出手段と、
前記加速度方向算出手段により算出された加速度の方向と指針の位置とに応じて、前記ステップモータに供給される駆動パルスの実効値を変化させる駆動パルス制御手段と、
を備える
ことを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載のアナログ電子時計において、
前記加速度検知手段は、
前記指針の回転面に垂直な方向の加速度を含む３軸加速度を検知可能であり、
前記駆動パルス制御手段は、
前記指針の回転面に垂直な方向への加速度の大きさが予め定められた第１基準値以上であるときには、前記ステップモータに供給される駆動パルスの実効値を上昇させる
ことを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１記載のアナログ電子時計において、
前記駆動パルス制御手段は、
前記指針の運針方向に前記加速度方向算出手段により検出された加速度方向への成分が含まれる場合には、前記ステップモータに供給される駆動パルスの実効値を上昇させる
ことを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１記載のアナログ電子時計において、
前記駆動パルス制御手段は、
前記指針の回転面内における加速度の大きさが予め定められた第２基準値以下であるときには、前記ステップモータに供給される駆動パルスの実効値を上昇させない
ことを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項１記載のアナログ電子時計において、
前記駆動パルスの実効値を変更する要素には、パルス幅の伸縮、及び、パルス電圧の変更が含まれる
ことを特徴としている。

請求項６記載の発明は、請求項１記載のアナログ電子時計において、
前記指針は、秒針である
ことを特徴としている。

本発明に従うと、アナログ電子時計において、指針の回転面内の二軸加速度を計測することができる。そして、計測された加速度の向きに応じて指針を回転させるステップモータに供給する駆動パルスの実効値を変更することができるので、加速度が加わった状況でも安定して指針を駆動することができるという効果がある。

本発明の第１実施形態のアナログ電子時計の内部構成を示すブロック図である。 加速度の向きと指針の動きとの関係を説明する図である。 第１実施形態のアナログ電子時計の秒針を駆動する制御手順を示すフローチャートである。 第２実施形態のアナログ電子時計の指針を駆動する制御手順を示すフローチャートである。 第３実施形態のアナログ電子時計の内部構成を示すブロック図である。 第３実施形態のアナログ電子時計の秒針を駆動する制御手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態のアナログ電子時計の内部構造を示すブロック図である。

このアナログ電子時計１は、時針２と、分針３と、時針２および分針３を輪列機構３２、３３を介して連動させて回転させるステップモータ２３と、秒針４と、秒針４を輪列機構３４を介して回転させるステップモータ２４と、ＣＰＵ（中央演算処理装置）などを内蔵してアナログ電子時計１の全体的な統括制御を行う制御部８０（加速度方向算出手段、駆動パルス制御手段）と、制御部８０のＣＰＵに作業用のメモリ空間を提供するＲＡＭ（Random Access Memory）８１と、制御部８０のＣＰＵにより実行される種々のプログラムや初期設定データなどを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）８２と、一定周波数の発振信号を生成して出力する発振回路８８と、発振回路８８から入力した発振信号を分周して時刻表示など運針の基準となる周波数信号を生成する分周回路８９と、ユーザによる操作を信号に変換して制御部８０へ出力するスイッチ部９０と、加速度を計測する加速度検知手段としての２軸加速度センサ９１と、加速度センサの計測データをデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換回路９２と、制御部８０からの制御信号に基づきステップモータ２３、２４に駆動パルスを出力してステップ駆動させる駆動回路８３、８４などを備えている。

制御部８０は、時刻のカウントをする計時処理や、計時処理により得られた時刻データ、Ａ／Ｄ変換回路９２から入力された加速度データ、および、スイッチ部９０からの入力信号などに基づき設定したパルス幅や電圧値の駆動パルスを駆動回路８３、８４からステップモータ２３、２４に出力させる処理を行う。

駆動回路８３、８４は、それぞれ時針２および分針３を回転させるステップモータ２３と、秒針４を回転させるステップモータ２４とをステップ駆動させる駆動パルスを出力する。この駆動回路８４からステップモータ２４へ出力される駆動パルスは、制御部８０からの指令に基づいて信号の長さや電圧値、即ち、ステップモータ２３、２４に流す電流量を変更することができるように構成されている。

時針２、分針３、および、秒針４（以降、指針２〜４とも記す）は、例えば、何れもアナログ電子時計１の中心付近を通る同一の軸の周りを回転する。秒針４は、輪列機構３４を介して１秒毎に６度ずつ回転し、６０秒間に６０ステップで一周する構成となっている。分針３は、輪列機構３３を介して１０秒毎に１度ずつ回転し、１時間に３６０ステップで一周する構成となっている。また、時針２は、輪列機構３３に連動して動作する輪列機構３２を介して１０秒おきに回転し、１２時間で１周する。

２軸加速度センサ９１は、指針２〜４が回転する面内で直交する２軸方向の加速度を計測することが可能なセンサである。この２軸は、特に限られないが、例えば、指針２〜４の回転中心から３時方向がＸ軸に設定され、また、指針２〜４の回転中心から１２時方向がＹ軸に設定される。２軸加速度センサ９１で計測された加速度データは、Ａ／Ｄ変換回路９２においてデジタル信号に変換されて制御部８０へ送られる。

次に、駆動回路８４から出力される駆動パルス幅の設定原理について説明する。

図２は、加速度と指針の動きとの関係を説明する図である。

図２（ａ）は、２軸加速度センサ９１の出力結果を示す図である。また、図２（ｂ）には、アナログ電子時計１の文字盤と指針２〜４とを示す。図２（ａ）に示した例では、点ｆに示すように、２軸加速度センサ９１の出力は、Ｘ軸のマイナス側（９時）方向のある値を示している。即ち、アナログ電子時計１には、加速度と反対向きに３時方向への慣性力（遠心力を含む）が生じていることになる。このとき、図２（ｂ）の斜線で示す領域（３時〜９時）では、時針２および秒針４を慣性力に抗して移動させることになり、従って、静止時よりも強い駆動力が必要になる。一方、図２（ｂ）で斜線による表示がなされていない領域（９時〜３時）では、分針３を慣性力が働く方向へ移動させることになる。従って、静止時の駆動力で十分に分針３を移動させることができる。

そこで、本実施形態のアナログ電子時計１では、アナログ電子時計１に加速度が発生した場合に、指針２〜４へ働く慣性力により指針２〜４の回転を妨げるおそれのあるレベル以上のトルクが生じる加速度の有無、および、指針位置と加速度方向との関係を検出する。そして、必要に応じて、例えば、駆動パルスのパルス幅を大きくとることにより、駆動回路８３、８４が供給する駆動パルスの実効値を静止時よりも上昇させて指針２〜４が停止することを防ぐ構成となっている。

次に、アナログ電子時計１の指針を駆動する動作手順について説明する。

図３は、制御部８０のＣＰＵにより実行される指針駆動動作の制御処理の手順を示すフローチャートである。

この制御処理は、分周回路８９から制御部８０に入力する１Ｈｚ信号に基づいて制御部８０のＣＰＵにより開始される割り込み処理である。

秒針４の駆動タイミングにこの割り込み処理が呼び出されて開始されると、ＣＰＵは、先ず、Ｘ軸およびＹ軸方向への加速度の検出処理を行う（ステップＳ１０１）。この検出処理では、ＣＰＵは、２軸加速度センサ９１により計測された後にＡ／Ｄ変換回路９２によりデジタル信号に変換され、制御部８０に入力された加速度データを取得する。

次いで、ＣＰＵは、取得した加速度データに基づいて、指針２〜４の回転面内における加速度の方向と大きさとを算出する（ステップＳ１０２）。そして、ＣＰＵは、算出された加速度の大きさが予め定められた基準値より大きいか否かを判別する（ステップＳ１０３）。この所定の基準値は、指針２〜４が何れも慣性力により停止するおそれがなく動作することが可能な範囲内の加速度の値である。

加速度の大きさが所定の基準値以下であると判別された場合には、ＣＰＵの処理は、ステップＳ１０６へ移行する。一方、加速度の大きさが予め定められた基準値より大きいと判別された場合には、ステップＳ１０４へ移行する。

ステップＳ１０４の判別処理では、ＣＰＵは、秒針４の位置がその回転面内において計測された加速度の向きに対して−１８０度（３０秒前）から０度の範囲内であるか否かを判別する。秒針４の位置が計測された加速度の方向の３０秒前から０秒の方向の範囲内にあると判別された場合には、ＣＰＵは、通常よりパルス幅の大きい駆動パルスを駆動回路８４からステップモータ２４へ供給させる（ステップＳ１０５）。一方、秒針４の位置が計測された加速度の方向の３０秒前から０秒の方向の範囲内にはないと判別された場合には、ＣＰＵの処理は、ステップＳ１０６へ移行する。

ＣＰＵの処理がステップＳ１０６へ移行すると、ＣＰＵは、小さいパルス幅を有する通常の駆動パルスをステップモータ２４へ供給するように駆動回路８４に指令を送る。

ステップＳ１０５、Ｓ１０６の処理で駆動回路８４に駆動パルスを供給させたら、ＣＰＵは、割り込み処理を終了する。

以上のように、本実施形態のアナログ電子時計１によれば、指針２〜４の回転面内における加速度を計測する２軸加速度センサ９１を備え、予め定められた基準値より大きな加速度が検出された場合には、秒針４が加速度方向へ移動する間、通常よりパルス幅の大きい駆動パルスを駆動回路８４からステップモータ２４に供給させるので、アナログ電子時計１に加速度がかかっている場合でも安定して秒針４を駆動することができる。

また、加速度の大きさおよび指針２〜４との位置関係に応じて駆動パルス幅を変更することで、静止状態や加速度方向と指針の移動方向とが反対向きの状態で必要以上にパルス幅の大きい駆動パルスを発生させる必要がなく、従って、電力消費量を低く抑えることができる。

また、２軸加速度センサ９１の計測データに基づいて駆動パルス幅を適切に制御することで、他の動作部品の改良や構成の変更を伴わずに加速度が生じた際の指針２〜４の回転の確実性を向上させることができる。

また、特に、指針２〜４のうちで最も針が長く、回転頻度も高いことで加速度の影響を受けやすい秒針４に対して上記のような駆動パルス幅の変更設定を行うことで、効率よく正確な時刻を表示させ続けることができる。

［第２実施形態］
図４は、第２実施形態のアナログ電子時計１において、制御部８０のＣＰＵが実行する指針駆動動作の制御処理の手順を示すフローチャートである。

第２実施形態のアナログ電子時計１は、第１実施形態のアナログ電子時計１と同一の構成であり、従って、構成については説明を省略する。

第２実施形態の指針駆動動作では、分針３および時針２に対しても加速度に応じたパルス幅の制御処理を行う。図４のフローチャートにおいて、ステップＳ１０１〜Ｓ１０６に示した秒針４を駆動する駆動パルスの制御処理は、図３の第１実施形態でのフローチャートにおけるステップＳ１０１〜Ｓ１０６の処理と同一であり、説明を省略する。

設定したパルス幅の駆動パルスを駆動回路８４からステップモータ２４に供給させる処理が終了すると（ステップＳ１０５、Ｓ１０６）、制御部８０のＣＰＵは、続いて、１０秒毎のタイミングであるか否かを判別する（ステップＳ１１０）。具体的には、ＣＰＵは、例えば、現在時刻の秒の一桁目の値が「０」であるか否かを判別する。１０秒毎のタイミングではないと判別された場合には、ＣＰＵは、そのまま割り込み処理を終了する。

一方、１０秒毎のタイミングであると判別された場合には、ＣＰＵは、次に、２軸加速度センサ９１により計測された指針２〜４の回転面内における加速度の大きさが予め定められた基準値より大きいか否かを判別する（ステップＳ１１３）。加速度の大きさが予め定められた基準値より大きくないと判別された場合には、ＣＰＵの処理は、ステップＳ１１６へ移行する。この基準値は、ステップＳ１０３の判別処理で用いられた基準値と同一であっても良いし、指針２、３の長さや質量に合わせて異なる値であっても良い。

加速度の大きさが予め定められた基準値より大きいと判別された場合には、続いて、ＣＰＵは、時針２および分針３の位置が計測された加速度の方向の３０秒前から加速度の方向までの間にあるか否かを判別する（ステップＳ１１４）。時針２または分針３の何れかの位置が計測された加速度の方向の３０秒前から加速度の方向までの間にないと判別された場合には、ＣＰＵの処理は、ステップＳ１１６へ移行する。そして、ＣＰＵは、駆動回路８３からステップモータ２３にパルス幅の小さい駆動パルスを供給させて、割り込み処理を終了する。一方、時針２および分針３の位置が何れも計測された加速度の方向の３０秒前から加速度の方向までの間にあると判別された場合には、ＣＰＵは、パルス幅の大きい駆動パルスを駆動回路８３からステップモータ２３へ供給させる（ステップＳ１１５）。そして、割り込み処理を終了する。

このように、第２実施形態のアナログ電子時計１によれば、２軸加速度センサ９１により計測された加速度の大きさおよび方向に基づいて、駆動回路８３が出力する駆動パルスの幅を変更可能とすることで、秒針４のみならず、分針３および時針２も安定して回転させることができる。

なお、本実施形態では、時針２および分針３が何れも加速度の向きに移動する場合にのみ駆動パルスのパルス幅を大きく設定したが、指針２、３の少なくとも何れか一方が加速度の向きに移動する場合には、パルス幅を大きく設定することも可能である。

［第３実施形態］
図５は、第３実施形態のアナログ電子時計１ａの内部構成を示すブロック図である。また、図６は、第３実施形態のアナログ電子時計１ａにおいて、制御部８０のＣＰＵが実行する指針駆動動作の制御処理の手順を示すフローチャートである。

第３実施形態のアナログ電子時計１ａは、第１実施形態のアナログ電子時計１の構成に加えて、指針２〜４の回転面に垂直な方向の加速度を検出する１軸加速度センサ９３と、Ａ／Ｄ変換回路９４とが備えられている。その他の構成は第１実施形態と同一であり、同一の符号を付して説明を省略する。

また、第３実施形態のアナログ電子時計１ａでは、２軸加速度センサ９１の計測データに加えて、１軸加速度センサ９３の計測データにも基づいて駆動回路８４が供給するパルス信号のパルス幅の設定を行う。図６におけるステップＳ１０２ａ〜Ｓ１０４ａ、Ｓ１０５、Ｓ１０６の処理は、それぞれ図３に示したステップＳ１０２〜Ｓ１０４、Ｓ１０５、Ｓ１０６の処理と同一であり、同一部分については、詳細な説明を省略する。

１軸加速度センサ９３は、指針２〜４の回転面に垂直な方向の加速度を計測するセンサであり、また、Ａ／Ｄ変換回路９４は、１軸加速度センサ９３の計測データを所定のサンプリングレートでデジタル信号に変換して制御部８０に出力するものである。本実施形態では、例えば、アナログ電子時計１ａの裏側から表側への方向にＺ軸が設定されて、Ａ／Ｄ変換回路９４からこのＺ軸方向の加速度データが取得される。なお、２軸加速度センサ９１と１軸加速度センサ９３とは、１つの３軸加速度センサにまとめてアナログ電子時計１ａが備えることとしても良い。

第３実施形態のアナログ電子時計１ａにおける制御処理では、制御部８０のＣＰＵは、先ず、Ａ／Ｄ変換回路９２、９４からデジタル化された２軸加速度センサ９１および１軸加速度センサ９３の計測データを取得する（ステップＳ１２０）。それから、ＣＰＵは、取得したＺ軸方向の加速度の大きさが所定の基準値より大きいか否かを判別する（ステップＳ１２１）。

ステップＳ１２１の判別処理で、Ｚ軸方向加速度の大きさが予め定められた垂直方向基準値より大きいと判別されたら、ＣＰＵは、ＸＹ面内における加速度の大きさや方向によらず、駆動回路８４にパルス幅の大きい駆動パルスを出力させる（ステップＳ１０５）。一方、Ｚ軸方向加速度の大きさが垂直方向基準値より大きくないと判別された場合には、ＣＰＵの処理は、ステップＳ１０２ａへ移行して、次に、ＣＰＵは、ＸＹ面内加速度の方向、および、大きさを算出する。

以上のように、第３実施形態のアナログ電子時計１ａによれば、２軸加速度センサ９１および１軸加速度センサ９３を備えて３軸方向の加速度が測定可能であり、指針位置に依存する指針２〜４の回転面内の加速度の影響と、指針位置に依存しない指針２〜４の回転面に垂直な方向の加速度の影響とをそれぞれ別個に考慮して秒針４の駆動パルスの幅を制御するので、加速度の方向や大小によらずに安定して秒針４を回転動作させることができる。

なお、本発明は、上記実施の形態に限られるものではなく、様々な変更が可能である。例えば、上記実施の形態では、アナログ電子時計に加速度が加わって運針が停止しやすい場合には、ステップモータ２３、２４に供給される駆動パルスの幅を大きく取ることによって駆動パルスの実効値を上げ、指針の動作を行わせているが、駆動パルスの電圧（電流）を上げることによっても駆動パルスの実効値を上げることができる。

また、上記実施の形態では、運針動作の割り込み処理が開始された後にこの割り込み処理の中で加速度データを読み込んで判別を行い、駆動パルス幅の設定を行ったが、運針動作の割り込み処理直前に加速度データの読み込みと駆動パルス幅の設定を行い、運針動作の際には、この設定処理の結果に基づいて駆動回路８３、８４に指令を出力することとしても良い。

また、上記実施の形態では、一定の基準値と、加速度方向に対する指針位置とで二種類の駆動パルス幅を設定したが、この設定方法に限られない。例えば、加速度の大きさに基づいて、より細かいステップで駆動パルスの幅を設定することとしても良いし、或いは、加速度方向と指針位置との間の角度に基づいて、より細かいステップで駆動パルスの幅を設定することとしても良い。

また、上記実施形態では、時針２が分針３に連動して回転するアナログ電子時計について説明したが、時針２と分針３とを独立に駆動する時計において、それぞれの指針位置に基づいて各指針２〜４の駆動パルス幅を制御することとしても良い。或いは、その他の機能針を更に備えるアナログ電子時計に用いることも可能である。その他、実施形態の細部で示した構成や数値は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更可能である。

１、１ａアナログ電子時計
２ 時針
３ 分針
４ 秒針
２３、２４ ステップモータ
３２、３３、３４ 輪列機構
８０ 制御部
８１ ＲＡＭ
８２ ＲＯＭ
８３、８４ 駆動回路
８８ 発振回路
８９ 分周回路
９０ スイッチ部
９１ ２軸加速度センサ
９２、９４ Ａ／Ｄ変換回路
９３ １軸加速度センサ

Claims (6)

1. ステップモータにより指針を運針して時刻の表示を行うアナログ電子時計において、
   前記指針の回転面内で直交する２軸の加速度を検知する加速度検知手段と、
   前記加速度検知手段の出力により加速度の方向を求める加速度方向算出手段と、
   前記加速度方向算出手段により算出された加速度の方向と指針の位置とに応じて、前記ステップモータに供給される駆動パルスの実効値を変化させる駆動パルス制御手段と、
   を備えるアナログ電子時計。
2. 前記加速度検知手段は、
   前記指針の回転面に垂直な方向の加速度を含む３軸加速度を検知可能であり、
   前記駆動パルス制御手段は、
   前記指針の回転面に垂直な方向への加速度の大きさが予め定められた第１基準値以上であるときには、前記ステップモータに供給される駆動パルスの実効値を上昇させる
   ことを特徴とする請求項１記載のアナログ電子時計。
3. 前記駆動パルス制御手段は、
   前記指針の運針方向に前記加速度方向算出手段により検出された加速度方向への成分が含まれる場合には、前記ステップモータに供給される駆動パルスの実効値を上昇させる
   ことを特徴とする請求項１記載のアナログ電子時計。
4. 前記駆動パルス制御手段は、
   前記指針の回転面内における加速度の大きさが予め定められた第２基準値以下であるときには、前記ステップモータに供給される駆動パルスの実効値を上昇させない
   ことを特徴とする請求項１記載のアナログ電子時計。
5. 前記駆動パルスの実効値を変更する要素には、パルス幅の伸縮、及び、パルス電圧の変更が含まれる
   ことを特徴とする請求項１記載のアナログ電子時計。
6. 前記指針は、秒針である
   ことを特徴とする請求項１記載のアナログ電子時計。

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