JP2000329863A

JP2000329863A - 電子制御時計

Info

Publication number: JP2000329863A
Application number: JP2000135236A
Authority: JP
Inventors: Osamu Takahashi; 理高橋; Akira Takakura; 昭高倉
Original assignee: Seiko Epson Corp; Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Epson Corp; Seiko Instruments Inc
Priority date: 1994-08-03
Filing date: 2000-05-08
Publication date: 2000-11-30
Anticipated expiration: 2017-10-21
Also published as: JP3335986B2

Abstract

(57)【要約】【課題】小型、薄型で持続時間が良く、時刻精度の高い
電子制御時計を得る。【解決手段】ゼンマイ１を動力とする発電機３のコイル
に誘起した交流の超電力１０２はダイオード２１によっ
て整流され、ＩＣ１１内の昇圧回路１５に供給される。
昇圧回路１５は、整流された起電力１０２を、例えば２
倍の昇圧電圧１０３とし平滑用コンデンサ４に蓄電力１
０８として一時的に蓄える。昇圧制卸回路１６は、昇圧
回路１５の昇圧動作を制御する昇圧制御信号を生成す
る。周期比較回路８は、発振回路７からの基準周期信号
と、発電機３の回転周期と同期した検出周期信号１０５
の差異を比較し、両者の時間的な差異を無くすための周
期補正信号１０６を生成して負荷制御回路５に出力す
る。負荷制御回路５は、回路内部のスイッチ素子の切換
で負荷抵抗を適宜選択することにより、発電機３の負荷
電流１０７を変化させ、電流量１０７に対応する電磁ブ
レーキめ大きさを制御して、発電機３の回転周期を調達
する。そして、発電機３を駆動する増速輪列２に連動し
た指針１２の運針周期を一定にして、時刻精度を保つ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ゼンマイを動力源
とし、ゼンマイで駆動される発電機と、発電機の起電力
で動作する電子的調速手段を有する電子制御時計に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、ゼンマイを動力源として電子回路
を用いて調速するいわゆる電子制御時計としては、図
３、図４に示すようなものがある。図３は回路ブロック
図、図４はゼンマイ等の機構部品を含んだシステムブロ
ック図である。

【０００３】図４において、時計のゼンマイ１に蓄積さ
れた機機的エネルギ１０１が増速輪列２を介して指針１
２を運針させるとともに、発電機３を回転させる。発電
機３が回転することで発電機中のコイルの両端に起電力
１０２が誘起し、その起電力１０２はコイルと電気的に
接続した平滑的コンデンサ４に蓄電力１０８として一時
的に蓄えられる。その蓄電力１０８により水晶振動子１
０による発振回路７や、分周画路６、周期比較回路８、
周期検出回路９、負荷制御回路５等を含む集積回路（以
下ＩＣと称す）を駆動する。水晶振動子１０が動作する
ことにより発振した信号は発振回路７から分周回路６を
介してある一定周期まで分周される。そめ分周信号は、
例えば１秒周期の基準周期信号として周期比較回路８に
出力される。

【０００４】周期検出回路９は発電機３の回転周期と同
期した誘起電圧１０４を取り込み、検出周期信号１０５
として周期比較回路８に出力する。周期比較回路８は、
基準周期信号と検出周期信号を比較して、両者の時間的
な差異を求め、その差異を無くする様に、すなわち発電
機３と基準周期信号の周期が同期する様に発電機３の回
転周期を補正するための周期補正信号１０６を生成して
負荷制御回路５に出力する。

【０００５】負荷制御回路５は、回路内部のスイッチの
切換で負荷抵抗を適宜選択することにより、発電機３の
負荷電流、すなわち発電機３のコイルに流れる電流量１
０７を変化させ、電流量に対応する電磁ブレーキの大き
さを制御して、発電機３の回転周期を調達する。そし
て、発電機３の回転周期をＩＣと水晶振動子１０で生成
する基準周期信号と同期させて周期を一定にする。そし
て、発電機３を駆動する増速輪列２に連動した指針１２
の運針周期を一定にすることにより、時刻精度を保つの
である。

【０００６】図３には上記各回路の接続関係を示してい
る。

【０００７】このような原理の電子制徒時計は、例えば
特開昭５９−１３５３８８号公報、特開昭５９−１１６
０７８号公報に記載されている。

【０００８】次に上記の電子制御時計における持続時
間、すなわちゼンマイを一杯に巻き込んだ状態から徐々
に開放し、指針が正確な時刻を表示できる間の時間につ
いて述べる。持続時間は、図５に示す通りゼンマイトル
クＴｚと、発電機の回転に伴う最小損失トルクＴｈｍｉ
ｎの関係がＴｚ＜Ｔｈｍｉｎ×Ｚになるまでのゼンマイ
の開放角度θによって決まる。ここで、Ｚはゼンマイか
ら発電機までの輪列の増速比である。

【０００９】すなわち、発電機の回転周期をｔとする
と、単位時間当たりのゼンマイの開放角度△θは、２π
／（ｔ×Ｚ）で決まる。そして、ゼンマイの開放角度θ
を△θで割った値（θ／△θ）が、電子制御時計におけ
る持続時間となる。従って、増速比Ｚが大きい程、また
発電機の回転周期ｔが良い程、持続時間は良くなる。

【００１０】ところで発電機の回転周期ｔは、以下の制
約条件を満たす必要がある。

【００１１】第一に、発電機の回転周期は常に一定であ
ること。

【００１２】増速輪列を介して連動した指針は時刻を表
示するため、指針の回転周期が決まっている（例えば秒
針は１回転あたり１分間の周期）。そのために発電機も
常に一定の回転周期で回転する必要がある。

【００１３】第二に、一定の周期で回転する発電機が発
生する起電力は、ＩＣや水晶振動子の安定した動作を確
保できる電力でなければならない。

【００１４】水晶発振回路を含むＩＣは、発電機により
発生され平滑用コンデンサに一時的に蓄えられた電力で
駆動されるからである。

【００１５】第三に、発電機の起電力を確保するため
に、発電機が回転するときに生じる損失トルクを増加さ
せてはいけない。つまり発電機の回転周期は、ゼンマイ
トルクＴｚと発電機の回転で生じる磁気的損失トルクや
機械的損失トルク等の損失トルクの総和Ｔｈに増速比Ｚ
を掛けたＴｈ×Ｚとが釣り合う時の回転周期に一致す
る。そのため、ゼンマイが保有できるトルクの最大値Ｔ
ｚｍａｘに対して、前記の損失トルクＴｈがＴｈ×Ｚ＞
Ｔｚｍａｘの関係になると、時計として必要な運針周期
が確保できなくなるのである。

【００１６】以上で説明した発電機の回転周期に関する
３つの条件のもとで、電子制御時計の発電機は回転して
いる。

【００１７】次に、発電機の回転数と各特性すなわちコ
イルの起電圧、磁気的損出トルク、機械的損失トルクの
関係を図６、図７、図８を用いて簡単に説明する。ここ
で回転周期ｔと回転数ωの関係は１／ｔ＝ωである。

【００１８】図６は、発電機の回転数ωと発電機から平
滑用コンデンサに充電する起電圧Ｅの関係を示したグラ
フである。図６の実線（Ａ）に示すように発電機の回転
数が増加すると起電圧Ｅが上昇する。発電機が回転数ω
１で回転すると、起電圧Ｅは動作電圧Ｅｌ、すなわち水
晶発振回路を含むＩＣの安定した動作を確保できる電圧
に達する。

【００１９】図７は、発電機の回転数ωと機械的損失ト
ルクＴｓの関係を示したグラフである。発電機の回転数
が増加すると機械的損失トルクが上昇する。そして機械
的損失トルクは発電機の回転数に応じて変化し、回転数
ω１の時にＴｓｌとなる。

【００２０】図８は、発電機の回転数と磁気的損失トル
クの関係を示したグラフである。磁気的損失トルクは、
渦電流損失トルクと、ヒステリシス損失トルクを含んで
いる。これら２つの損失トルクの和が磁気的損失トルク
となる。渦電流損失トルクは発電機の回転数の増加に伴
い上昇する。一方ヒステリシス損失トルクは回転数とは
無関係に一定であり、磁性材で構成する磁路上の磁区
が、ロータ磁石の磁束の変化に応じて磁区の反転を行う
ときに消費されるエネルギに伴い生じるトルクである。
そして、発電機の回転数がω１の時に、磁気的損失トル
クＴｕ１となる。

【００２１】以上総合すると、発電機が回転数ω１で回
転している時の最小損失トルクＴｈｍｉｎはＴｈｍｉｎ
＝Ｔｓｌ＋Ｔｕｌ＋Ｔｇとなる。ここでＴｇは電気的消
費トルク発電機の電気的負荷となる発振回路を含むＩＣ
等で電気的に消費される損失トルクである。

【００２２】以上述べた条件で作動する電子制御時計に
おいては、平滑用コンデンサの電圧は、発電機で誘起す
る起電圧で決まる。そのため水晶発振回路を含むＩＣの
動作電圧が高い場合、発電機で誘起する起電圧を高くす
る必要がある。従来、発電機の起電圧を高くするために
は、輪列の増速比を大きくして発電機の回転周期を短く
する方策、発電機の磁気的特性を改善する方策、あるい
は発電機のコイルの巻き数を増やす方策等が一般的に採
られていた。

【００２３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の電子制御時計は以下の課題を有している。

【００２４】第１の方策として、図６の実線（Ａ）で示
す特性で、発電機の回転数をω２に増やして起電圧をＥ
２まで高くすると、図７に示す機械的損失トルクＴｓ２
まで増加し、図８に示す磁気的損失トルクＴｕ２まで増
加してしまう。結局これらの損失トルクの和である、発
電機の回転で発生する最小損失トルクＴｈｍｉｎも増加
することになる。

【００２５】第２の方策として、発電機を構成する磁石
のエネルギ積またはパーミアンスの大きな構造にするこ
とにより、コイルの鎖交磁束数を増やした場合、図６の
破線（Ｂ）で示す特性となる。この場合は、起電圧は発
電機の回転数がω１のままでＥ２まで高くすることがで
きるが、図８の破線で示したように磁気的損失トルクも
Ｔｕ２まで増加してしまう。結局この場合も発電機の回
転で発生する最小損失トルクＴｈｍｉｎが増加する。

【００２６】第３の方策として、コイル巻き数を増やし
た場合も、図６の破線（Ｂ）で示した特性となり、起電
圧を高くすることができる。しかしながら、この場合コ
イルの長さあるいは厚みが増加してしまう。またコイル
を長くした場合は、磁路長が長くなることから磁気的損
失トルクも増加してしまう。

【００２７】以上の課題をまとめると、（１）第１および第２の方策では、発電機の最小損失ト
ルクＴｈｍｉｎも上昇するため、持続時間が短くなって
しまう。すなわち図５に示すように、最小損失トルクが
ＴｈｍｉｎｌからＴｈｍｉｎ２に上昇すると、持続時間
はＤｌからＤ２に短くなる。（２）第３の方策では、発電機が占有する体積が増えて
しまうため、時計としての形状が大きくなり商品性の低
下を招く。

【００２８】また、持続時間を良くするためにゼンマイ
の占有体積を増やすことも同様に、時計としての商品性
の低下を招く。

【００２９】そこで本発明の目的は、形代化や持続時間
の短縮といった時計としての商品性を損なうことのない
い、平滑用コンデンサが高い電圧を維持可能で、安定し
たＩＣの動作を確保することが可能で、時計としての時
刻精度が高い電子制御時計を提供することにある。

【００３０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明では、電子制御時計において、時計の動力とな
る機械エネルギを蓄えるゼンマイと、ゼンマイに蓄えら
れた機械エネルギを徐々に開放しながら伝達する増速輪
列と、増速輪列に駆動され、交流の誘起電力を発生して
機械工ネルギを電気エネルギに変換する発電機と、発電
機が発生した誘起電力の電圧を、所定の電圧レベルまで
昇圧した昇圧電圧を発生する昇圧回路と、昇圧回路が発
生した昇圧電圧により充電され、発電機で発生した電気
エネルギを蓄える平滑用コンデンサと、平滑用コンデン
サに蓄えられた電気エネルギにより駆動され、所定の周
波数の発振信号を出力する水晶発振回路と、水晶発振回
路が出力する発振信号を分周して、所定の周期の基準周
期信号を出力する分周回路と、発電機が発生する交流の
誘起電力に応答し、発電機の回転周期に対応した検出周
期信号を出力する周期検出回路と、分周回路が出力する
基準周期信号と、周期検出回路が出力する検出周期信号
の周期を比較し、両信号の差異に対応した周期補正信号
を出力する周期比較回路と、周期比較回路が出力する周
期補正信号に応答して発電機の電気的な負荷を変化さ
せ、発電機の電気的な損失トルクを制御することによっ
て発電機の回転周期を碁準周期信号に対応した所定の同
期に一致させるための可変負荷回路と、増速輪列に係合
し、発電機の回転周期に対応した所定の周期で運針し、
時刻を表示するための指針と、を有する構成とした。

【００３１】そしてその昇圧回路は、複数のコンデンサ
と複数のスイッチ素子を有し、複数のスイッチ素子は複
数のコンデンサを並列に接続して発電機の誘起電力を充
電し、充電された複数のコンデンサを直列に接続して平
滑用コンデンサヘ放電するように周期的に切り換える構
成とすることができる。

【００３２】その昇圧回路に対して昇圧制御回路を設
け、その昇圧制卸回路は周期検出回路が出力する検出周
期信号に応答して、検出周期信号に同期した昇圧制御信
号を出力し、昇圧回路は昇圧制卸回路が出力する昇圧制
卸信号によって複数のスイッチ素子のオン／オフが制御
され、検出周期信号に同期して昇圧動作を行う構成とす
ることができる。

【００３３】さらに昇圧制御回路は昇圧回路の昇圧倍率
を制御する機能を有し、周期検出回路が出力する検出周
期信号に応答して、検出周期信号に同期した昇圧制卸信
号を出力するとともに、周期比較回路が出力する周期補
正信号に応答して昇圧回路の昇圧倍率を変化させること
により、発電機の電気的な負荷を変化させ、発電機の電
気的な損失トルクを制御して発電機の回転周期を基準周
期信号に対応した所定の周期に一致させることにより、
昇圧回路が可変負荷回路の機能を含む構成とすることも
できる。

【００３４】また昇圧回路は、発電機と直列に接続され
たサブコンデンサで構成され、サブコンデンサの端子電
圧は周期検出回路が出力する検出周期信号の周期から独
立して発電機の起電圧に重畳され、平滑用コンデンサへ
の充電電圧を昇圧する構成とすることができる。

【００３５】さらに昇圧回路は、複数のコンデンサと複
数のスイッチ素子を有し、複数のスイッチ素子は周期的
に複数のコンデンサを並列に接続して発電機の誘起電力
から充電し、複数のコンデンサを直列に接続して平滑用
コンデンサヘ放電する第１の昇圧回路と、発電機と直列
に援続されたサブコンデンサで構成され、サブコンデン
サの端子電圧は周期検出回路が出力する検出周期信号の
周期から独立して発電機の起電圧に重畳され、平滑用コ
ンデンサヘの充電電圧を昇圧する第２の昇圧回路からな
る構成とすることもできる。

【００３６】可変負荷回路は、スイッチ素子と抵抗を有
する負荷制御回路で構成され、スイッチ素子は周期比較
回路が出力する周期補正信号に応答して抵抗と発電機と
の接続を周期的にオン／オフ制御し、発電機の負荷を変
化させる構成とすることができる。

【００３７】

【作用】上記構成により、発電機に生じる起電圧に同期
して、昇圧制御信号を生成して昇圧回路を動作させるこ
とで、平滑用コンデンサの電位を昇圧することが可能と
なる。

【００３８】また昇圧回路の昇圧倍率を変化させること
により、発電機の負荷電流を変化させ、発電機の回転数
を一定に調速することが可能となる。

【００３９】昇圧回路をサブコンデンサとダイオードで
構成することにより、ＩＣの動作とは独立に昇圧作用を
行うことが可能となる。

【００４０】

【実施例】以下に、本発明を図面に基づいて説明する。（実施例１）まず本発明に於ける実施例１について、図
１と図２を用いて説明する。

【００４１】図１は本発明の実施例１の回路ブロック図
であり、図２は、ゼンマイ等の機構部品とともに本実施
例１における昇圧回路１５を含んだ電子制御時計のシス
テムブロック図である。

【００４２】図２において、ゼンマイ１は時計の動力と
なる機械的エネルギ１０１を蓄積している。この機械的
エネルギ１０１が増速輪列２を介して指針１２を運針さ
せるとともに、発電機３を回転させる。発電機３が回転
することで発電機中のコイルの両端に起電カ１０２が誘
起する。

【００４３】図１において、発電機３のコイルの一端
は、ダイオード２１及びＩＣｌｌ（図１の破線で囲んだ
部分）に設けた負荷制御回路５と接続され、他端はＧＮ
Ｄに接地されている。ダイオード２１は発電機３で誘起
した交流の起電力１０２を整流する。整流された起電力
１０２はＩＣｌｌ内の昇圧回路１５に供給される。昇圧
回路１５は、整流された起電力１０２から必要に応じ
て、例えば２倍の昇圧電圧１０３を生成する。昇圧電圧
１０３は、昇圧回路１５と並列に配置された平滑用コン
デンサ４に蓄電力１０８として一時的に蓄えられる。昇
圧制卸回路１６は、昇圧回路１５の昇圧動作を制御する
昇圧制御信号を生成する。平滑用コンデンサ４は、蓄え
た蓄電力１０８を常時ＩＣｌｌに供給することで、ＩＣ
１１の連続駆動を可能としている。

【００４４】ＩＣｌｌは、発振回路７と分周回路６と周
期比較回路８と周期検出回路９と負荷制御回路５と昇圧
回路１５と昇圧制御回路１６から構成されている。各々
の回路の一端はＧＮＤに接地されている。

【００４５】発振回路７は、水晶振動子１０と電気的に
接続しており、発振クロック信号を分周回路６に出力す
る。分周回路６は、発振クロック信号を元に、例えば１
秒周期の基準周期信号を生成して周期比較回路８に出力
する。

【００４６】周期検出回路９は、発電機３から誘起電圧
１０４を取り込み、発電機３の可転周期と同期した検出
周期信号１０５を生成して周期比較回路８と昇圧制御回
路１６に出力する。

【００４７】周期比較回路８は、分周回路６で生成した
基準周期信号と周期検出回路９で生成した検出周期信号
の周期を比較して、両者の時間的な差異を無くするため
周期補正信号１０６を生成して負荷制御回路５に出力す
る。

【００４８】昇圧制御回路１６は、検出周期信号を元に
昇圧制御信号を生成し昇圧回路１５に出力する。昇圧回
路１５は、昇圧制御信号をもとに誘起電圧１０４の周
期、すなわち発電機３回転周期に同期したタイミングで
昇圧動作を行う。

【００４９】負荷制御回路５は、回路内部のスイッチ素
子の切換で負荷抵抗を適宜選択することにより、発電機
３の負荷電流、すなわち発電機３のコイルに流れる電流
量１０７を変北させ、電流量１０７に対応する電磁ブレ
ーキの大きさを制御して、発電機３の回転周期を調速す
る。負荷制御回路５に設けたスイッチ素子のＯＮ／ＯＦ
Ｆ切換は、周期補正信号１０６に対応して行われる。

【００５０】スイッチ素子がＯＮ状態になると、発電機
３と負荷制御回路５の間に電気的な閉ループが形成され
る。この時、発電機３のコイルに生じる起電力の電位差
によって、負荷制御回路５に電流が流れ込み、電力を消
費する。そして、発電機には電磁ブレーキが加わり、発
電機３の回転周期は良くなる。

【００５１】一方、スイッチ素子がＯＦＦ状態になる
と、発電機３と負荷制御回路５の間は電気的に開ループ
となる。この時には、負荷制御回路５に電流は流れず、
負荷制卸回路５で電力を消費することはない。従って、
発電機の電気的負荷が軽くなり、発電機３の回転周期は
短くなる。

【００５２】そして、発電機３の回転周期をＩＣと水晶
振動子１０で生成する基準周期と同期させて回転周期を
一定周期に一致させる。すなわち、秒針を正確に１ｒｐ
ｍで回転させる場合、発電機３の回転周期を、秒針から
発電機３までの増速比ＺＺ分だけ増速または減速した回
転速度に対応する回転周期にすることで、発電機３を駆
動する増速輪列２に連動した指針１２の運針周期を一定
にして、時刻精度を保つ。

【００５３】この負荷制御回路５は、発電機３の電気的
負荷を制御することによって、発電機の調速を行うもの
であるが、他の手段で電気的負荷の制御が可能な場合は
必ずしも必要ではない。

【００５４】昇圧回路１５を電気回路上に設けたことに
よる、発電機の回転数と機械的損失トルクあるいは磁気
的損失トルクの関係について、図６、図７、図８に基づ
いて説明する。

【００５５】発電機の回転数ωをω１に維持して起電圧
ＥがＥ１となっているとき、昇圧回路１５を用いて昇圧
すると電圧はＥ２まで上昇することができる。これは見
掛け上、発電機の特性を図６の実線（Ａ）から破線
（Ｂ）までを向上させたこととなる。

【００５６】その結果、発電機の回転数をω２に増加さ
せることなく、ω１に維持したまま、等価的に起電圧Ｅ
２が得られる。そしてその状態で、機械的損失トルクは
図７に示すようにＴｓ１のままであり、また磁気的損失
トルクも図８に示すようにＴｕ１のままである。従って
電気回路上に昇圧回路１５を設けることで、機械的損失
トルクや磁気的損失トルクの上昇を防ぐとともに、高い
起電圧を確保することが可能になるのである。

【００５７】一方、必要とする昇圧電圧がＥ１で充分な
場合は、発電機の回転数はω１より遅くすることができ
る。すなわち、昇圧回路１５を用いることで、図６の破
線（Ｂ）の特性から、発電機の回転数はω１からω３の
減少できる。発電機の回転数を低減することは、ゼンマ
イの持続時間を長くするための有効な手段となる。

【００５８】次に、本実施例１で用いた昇圧回路１５の
具体例について図９、図１０、図１１、及び表１を用い
て説明する。

【００５９】図９は２倍昇圧を可能とする昇圧回路の回
路ブロック図である。昇圧回路１５は、スイッチ素子１
５１、１５２、１５３、１５４と昇圧コンデンサ１５
５、１５６を有する。スイッチ素子１５１、１５２、１
５３、１５４のＯＮ／ＯＦＦ切換は、昇圧制御回路１６
からの昇圧制御信号Ｓｌ，Ｓ２によって制御される。昇
圧制御信号Ｓｌ、Ｓ２がＨｉｇｈ状態（以後”Ｈ”と記
述する）の時にスイッチはＯＮ状態に、Ｌｏｗ状態（以
後”Ｌ”と記述する）の時にスイッチはＯＦＦ状態にな
る。

【００６０】図１０（ａ）、（ｂ）は、昇圧回路１５が
昇圧動作時を行う際の、２つの状態それぞれにおける発
電機３、ダイオード２１、平滑用コンデンサ４、昇圧コ
ンデンサ１５５、１５６等の電気的素子の接続状悪を示
す。昇圧回路１５は、図１０（ａ）に示す、昇圧コンデ
ンサ１５５、１５６が並列に接続された充電状態と、図
１０（ｂ）に示す、昇圧コンデンサ１５５、１５６が直
列に接続された放電状態を交互に繰り返す。

【００６１】図１１は、昇圧動作時における、昇圧回路
１５に設けたスイッチ素子のＯＮ／ＯＦＦ切換のタイミ
ングと昇圧コンデンサの電位Ｖｓ及び平滑用コンデンサ
の電位Ｖｃの変化を示している。また、図中の波形Ｅは
発電機３の起電圧、昇圧制御信号Ｓ１はスイッチ素子１
５１、１５３のＯＮタイミング、昇圧制御信号Ｓ２はス
イッチ素子１５２、１５４のＯＮタイミングをそれぞれ
示している。昇圧制御信号Ｓ１、Ｓ２のＯＮ／ＯＦＦ状
態は、起電圧Ｅが基準電圧ＶTHを越えるか否かで判定し
ている。なお、昇圧制御信号Ｓ１、Ｓ２の生成方法は基
準電圧による判定に限定する必要はない。

【００６２】表１は、昇圧回路１５の動作を簡単にまと
めた表である。

【００６３】

【表１】

【００６４】まず、昇圧回路が充電状態の場合のスイッ
チ動作について説明する。昇圧回路１５に設けた各スイ
ッチ素子は、昇圧制御信号Ｓｌが“Ｈ”になるとスイッ
チ素子１５１、１５３がＯＮ状態となる。一方、昇圧制
卸信号Ｓ２は”Ｌ“のままのため、スイッチ素子１５
２、１５４ＯＦＦ状態にある。

【００６５】このとき、図１０（ａ）に示すように、昇
圧コンデンサ１５５、１５６は並列に接続される。そし
てそれぞれの昇圧コンデンサ１５５、１５６は発電機３
と並列に接続された電気的ループを形成する。昇圧回路
１５に流れる電流ｉは、昇圧コンデンサ１５５に流れる
電流をｉｌ、昇圧コンデンサ１５６に流れる電流をｉ２
とすると、ｉ＝ｉ１＋ｉ２となる。そして、昇圧コンデ
ンサの電位Ｖｓは、図１１に示す様にほぼ起電圧Ｅとな
る。すなわち、昇圧コンデンサ１５５、１５６の端子電
圧をＶｌとすると、Ｖｓ＝Ｖｌ＝Ｅとなる。

【００６６】次に、昇圧回路が放電状態、すなわち２倍
昇圧を行う状態でのスイッチ動作について説明する。こ
の状態では、昇圧制御信号Ｓ１は”Ｌ”になるためスイ
ッチ素子１５１、１５３はＯＦＦ状態となる。一方、昇
圧制御信号Ｓ２は“Ｈ”になるので、スイッチ素子１５
２、１５４はＯＮ状態となる。

【００６７】この時、図１０（ｂ）に示すように、昇圧
コンデンサ１５５、１５６は直列に接続される。そして
直列に接続された昇圧コンデンサ１５５、１５６は平滑
用コンデンサ４と電気的ループを形成する。そして、直
列に接続した２つの昇圧コンデンサの電位Ｖｓは、Ｖｓ
＝（Ｖ１＋Ｖ１）となる。この電位（Ｖｌ＋Ｖｌ）は、
平滑用コンデンサの電位Ｖｃを上回っている。これは、
図１１の示すように、平滑用コンデンサの蓄電力が常に
ＩＣなどの電気的素子によって消費されることにより、
電位Ｖｃが２倍昇圧状態の初期から徐々に低くなるため
である。

【００６８】従って、図１０（ｂ）に示すように、平滑
用コンデンサ４と昇圧回路１５の間には、電流ｉ３が流
れる。そして平滑用コンデンサ４の電位Ｖｃは、図１１
に示すように昇圧コンデンサの電位Ｖｓとほぼ同電位と
なる電圧まで上昇する。このとき、各昇圧コンデンサ１
５５、１５６の電位ＶｌはＶｃ／２まで降下する。

【００６９】こうして、発電機３に生じる起電圧Ｅに同
期して、昇圧制御信号Ｓ１，Ｓ２を生成して昇圧回路１
５のスイッチ切換を行うことで、常時平滑用コンデンサ
４の電位を昇圧することが可能となる。

【００７０】ところで本実施例では、昇圧コンデンサを
２個使用して２倍昇圧を行う回路例を説明したが、３個
以上のコンデンサを使用すれば、昇圧倍率を３倍以上に
することができるため、平滑用コンデンサの電位を、発
電機の起電圧に対してさらに高くすることが可能とな
る。

【００７１】上記実施例１の構成により、発電機３の起
電圧がＩＣの動作電圧に達しない場合でも、平滑用コン
デンサ４にはＩＣの動作を維持できる電位の電力蓄える
ことができる。よって、発電機３の占有体積を増やさず
に、実質的に発電機３の特性を向上させることができ
る。また上記構成において、発電機３の起電圧が充分高
い場合でも、昇圧回路を用いることにより発電機の回転
数を低減させることができる。よって、ゼンマイの占有
体積を増やさずに、実質的に持続時間を長くすることが
できる。結果として、小型、薄型で持続時間の長い電子
制御時計を得ることができる。

【００７２】なお、図９に示す昇圧回路１５のスイッチ
素子１５４は、ダイオードに置き換え可能である。すな
わちダイオードを、平滑用コンデンサ４の蓄電力の、昇
圧コンデンサ側への放電を防止するように設ければ、ス
イッチ素子１５４のＯＮ／ＯＦＦ切換と同様な効果が得
られるためである。

【００７３】また本実施例１では、昇圧回路１５をＩＣ
内部に設けたが、回路要素の一部または全部をＩＣの外
部に設けても同様の機能を果たすことが可能である。（実施例２）次に、本発明の実施励２について説明す
る。

【００７４】実施例２の構成は、昇圧回路１５の昇圧倍
率を可変することにより、発電機３と昇圧回路で形成し
た電気的閉ループに流れる電流の量を調整して、発電機
３に発生する電磁ブレーキの大きさを変化させて、発電
機３の回転周期を一定に調速するものである。この回転
数制御は、発電機が誘起する起電力と、ＩＣ消費電力を
含む昇圧に費やされる電力を等しくすれば、発電機３の
回転周期が一定になるという原理に基づくものである。
この構成では、発電機３の調速手段としての負荷制御回
路が不要となる。

【００７５】上記回転数制御が実現可能なのは、ＩＣに
印加される電圧、すなわち平滑用コンデンサの電圧に応
じて、ＩＣが消費する電力が変化する特性が有るためで
ある。対象となるＩＣの電気特性を図１２に示す。

【００７６】図１２の横軸はＩＣ印加電圧であり、縦軸
にはＩＣの単位時間当たりの消費電力を示している。図
１２の印加電圧がＩＣ動作開始電圧Ｖ０を越えると、Ｉ
Ｃは動作を開始するとともに電力を消費する。そして、
印加電圧が上昇するにつれて、消費電力も上昇する。

【００７７】つまり、昇圧回路１５で平滑用コンデンサ
４の電位を昇圧することでＩＣの消費電力は変化し、Ｉ
Ｃの消費電力に比例して昇圧回路に流れ込む電力も変化
するため、発電機と昇圧回路の間に流れる電流の量が変
化する。そして、発電機の回転周期は、発電機の電流量
に依存するため、昇圧回路の昇圧倍率を変化さること
で、発電機の回転周期を制御することが可能となるので
ある。

【００７８】この昇圧回路１５を含む本実施例２の動作
を図１３のシステムブロック図を用いて説明する。

【００７９】まず、発電機３のコイルの両端に発生した
捉電力１０２は、昇圧回路１５に入力される。昇圧回路
１５は、昇圧制御回路１６で生成した昇圧制御信号に応
答して昇圧動作を実行して、起電力の電圧を所定の倍率
に昇圧する。

【００８０】昇圧回路１５による昇圧電圧１０３で、平
滑用コンデンサ４が充電され、結果的に起電力１０２が
平滑用コンデンサ４に蓄電力として一時的に蓄えられ
る。

【００８１】平滑用コンデンサ４は電気的にＩＣｌｌと
接続しており、平滑用コンデンサ４に蓄えた蓄電力を常
時ＩＣｌｌに供給することで、ＩＣｌｌの連続駆動を可
能としている。水晶振動子１０が動作することにより発
振した信号は発振回路７から分周回路６を介してある一
定周期まで分周される。その分周信号は、例えば１秒周
期の基準周期信号として周期比較回路８に出力される。

【００８２】周期検出回路９は、発電機３から誘起電圧
１０４を取り込み、発電機３の回転周期と同期した検出
周期信号１０５を生成して周期比較回路８と昇圧制御回
路１６に出力する。

【００８３】周期比較回路８は、分周回路６で生成した
基準周期信号と周期検出回路９で生成した検出周期信号
の周期を比較して、両者の時間的な差異を無くするため
の周期補正信号１０６を生成して昇圧制御回路１６に出
力する。

【００８４】昇圧制御回路１６は、周期補正信号と検出
周期信号を元に昇圧制御信号を生成し昇圧回路１５に出
力する。昇圧回路１５は、回路上に設けたスイッチの切
換で昇圧回路１５に設けた複数のコンデンサの接続を、
直列または並列に切換える。昇圧回路１５のスイッチ素
子のＯＮ／ＯＦＦ切換は、昇圧制卸回路１６で生成した
昇圧制御信号に対応して行われる。そして、昇圧の倍率
を適宜変化させることにより、発電機３の負荷電流、す
なわち発電機３のコイルから昇圧回路１５に流れ込む電
流量１０７を変化させ、電流量１０７に対応する電磁ブ
レーキの大きさを制御して、発電機３の回転周期を調速
する。

【００８５】なお、ゼンマイ１から発電機３までの機械
的エネルギの伝達、及び平滑用コンデンサ４からＩＣ１
１と水晶振動子１０への電気的エネルギの伝達について
は実施例１で説明した図２と同様である。

【００８６】次に昇圧倍率αと発電機の回転数ωとゼン
マイトルクＴｚの関係について、図１４を用いて説明す
る。

【００８７】ゼンマイ１から発電機３に供給される機械
エネルギＥｚは、次式となる。

【００８８】Ｅｚ＝Ｔｚ×ｇ×２π×ω／Ｚここで、ｇ＝重力加速度、Ｚ＝ゼンマイ１から発電機３
までの増速比、である。

【００８９】一方、ＩＣが消費する電力Ｅｉｃは、次式
となる。

【００９０】Ｅｉｃ＝（α×Ｋ×２π×ω）²／Ｒここで、Ｋ＝発電係数、Ｒ＝電気的抵抗値、である。

【００９１】そして、ゼンマイの保持するエネルギＥｚ
とＩＣが消費する電力Ｅｉｃは、次式の関係がある。

【００９２】ρ×Ｅｚ＝Ｅｉｃここで、ρ＝エネルギ伝達効率、である。

【００９３】この関係を昇圧倍率αと発電機の回転数ω
とゼンマイトルクＴｚのみについて示すと、Ｔｚ／α
²∝ωとなる。この関係をグラフに示したのが図１４で
ある。

【００９４】ゼンマイトルクＴｚを一定値Ｔｚ０に保持
したとき、界圧しない場合（１倍昇圧）の発電機の回転
数をω０とすると、昇圧倍率αを上げることで、回転数
ω０は減少する。つまり、√２倍昇圧では回転数は（ω
０／２）に、２倍昇圧では回転数は（ω０／４）とな
る。

【００９５】本実施例２は、このような昇圧倍率αと回
転数ωの関係を発電機の回転数の制御に用いたものであ
る。

【００９６】次に、実施例２の回路構成について、図１
５を用いて説明する。図１５は、昇圧回路１５と発電機
３と平滑用コンデンサ４と周期検出回路９と昇圧制御回
路１６を示す回路ブロック図であり、２倍昇圧を可能と
する昇圧回路である。昇圧回路１５は、スイッチ素子１
５１、１５２、１５３、１５４と昇圧コンデンサ１５
５、１５６を有する。スイッチ素子１５１、１５２、１
５３、１５４のＯＮ／ＯＦＦ切換は、昇圧制御回路１６
からの昇圧制御信号Ｓ１，Ｓ２によって制卸される。昇
圧制御信号Ｓ１、Ｓ２がＨの時にスイッチはＯＮ状
慧に、Ｌの時にスイッチはＯＦＦ状態になる。

【００９７】昇圧制御回路１６はＩＣ１１と周期検出回
路９と接続して、周期補正信号と検出周期信号に基づい
て昇圧制御信号を生成し昇圧回路１５に出力している。

【００９８】なお、図１５に示す回路の基本的な動作に
ついては、実施例１で説明した図９と同様である。ま
た、昇圧コンデンサを３個以上使用すれば、上記と同様
の基本動作で３倍以上の昇圧が可能である。

【００９９】次に、実施例２における昇圧回路１５の昇
圧タイミングについて図１６を用いて説明する。図１６
は、横軸に持続時間に対応するゼンマイの開放角度θを
取り、縦軸にゼンマイトルクＴｚを示してある。

【０１００】ゼンマイを一杯に巻き込んだ状態の開放角
度をθ０とし、その時のゼンマイトルクをＴｚｍａｘと
する。ゼンマイ開放角度がθ０からθ１になった時のゼ
ンマイトルクをＴｚ１とする（区間Ａ）。ゼンマイ開放
角度がθ１からθ２になった時のゼンマイトルクをＴｚ
２とする（区間Ｂ）。そしてゼンマイ開放角度がθ２か
らθ３になった時のゼンマイトルクをＴｚｍｉｎとする
（区間Ｃ）。

【０１０１】一方、昇圧により電気的消費トルクＴｇ
は、発電機が所定の回転数で回転している場合、昇圧な
しの時（１倍昇圧時）にＴｇ１、２倍昇圧時にＴｇ２、
３倍昇圧時にＴｇ３、４倍昇圧時にＴｇ４とする。そし
て、ゼンマイトルクＴｚ１、Ｔｚ２、Ｔｚｍｉｎと、電
気的消費トルクＴｇ３、Ｔｇ２、Ｔｇ１に相当する損失
トルクが、それぞれ釣り合っているものとする。

【０１０２】このような関係に基づいて、ゼンマイトル
クＴｚと、損失トルクの総和すなわち（電気的消費トル
クＴｇ＋磁気的損失トルク＋機械的損失トルク）を釣り
合わせることで、発電機を所定の回転数に維持する。以
下その動作を具体的に説明する。

【０１０３】上記ゼンマイの開放角度とゼンマイトルク
の関係において、区間ＡではＴｚはＴｇ４とＴｇ３の間
にあるため４倍昇圧と３倍昇圧を交互に切り替えること
により、発電機の回転数を一定に保つことが可能とな
る。また、区間ＢではＴｚはＴｇ３とＴｇ２の問にある
ため３倍昇圧と２倍昇圧を交互に切換えることにより、
発電機の回転数を一定に保つことが可能となる。区間Ｃ
ではＴｚはＴｇ２とＴｇ１の問にあるため２倍昇圧と１
倍昇圧（昇圧なし）を交互に切換えることにより、発電
機の回転数を一定に保つことが可能となる。

【０１０４】ところで、ゼンマイ開放角度がθ３を超え
ると、発電機を所定の回転数に維持するためのゼンマイ
トルクを確保できなくなる。それは、所定の回転数で常
に消費するトルク＞ゼンマイトルクＴｚｍｉｎ”とな
り、トルクの釣り合いを保つために回転数が遅くなるた
めである。そこで、ゼンマイの開放角度θ３に至るまで
に費やした時間が、本発明の電子制御時計の持続時間と
なる。なお、上記の各損失トルクはゼンマイ部に加わる
トルクに換算するため、増速比分の補正を加えた値であ
る。

【０１０５】上記実施例２の構成によって、昇圧倍率を
適宜切換えてＩＣの消費電力を変化させることにより、
発電機の回転数制御が可能となるため、特別な負荷制御
回路が不要となる。また発電機３の占有体積やゼンマイ
の占有体積を増やさずに、実質的に持続時間を長くする
ことができるため、小型、薄型で持続時間の長い電子制
御時計を得ることができる。

【０１０６】（実施例３）本発明の実施例３について図
１７、図１８に基づいて説明する。実施例３の構成は、
発電機の起電圧の昇圧動作を、ＩＣの動作とは独立に実
行できるものである。

【０１０７】図１７に示す昇圧回路は、サブコンデンサ
１８とダイオード１７から構成される。サブコンデンサ
１８は発電機３と直列に配置する。そして、発電機３と
サブコンデンサ１８とダイオード１７で電気的閉ループ
を形成する。ダイオード１７のカソード端子は、ダイオ
ード２１のアノード端子及び発電機３の一端と接続して
いる。ダイオード１７のアノード端子は、サブコンデン
サ１８の一端と接続している。

【０１０８】上記に述べた昇圧回路の昇圧原理を以下に
説明する。

【０１０９】発電機３には交流の起電力が生じる。そし
て電流はｉａもしくはｉｂの方向に流れる。電流ｉａ
は、サブコンデンサ１８が蓄えている電位Ｖｂを上回っ
た時に流れ、サブコンデンサ１８に電荷が貯まり電位が
高くなる。このとき電流は、発電機３とサブコンデンサ
１８とタイオード１７で形成された電気的閉ループを流
れる。

【０１１０】一方、発電機の起電圧Ｅとサブコンデンサ
１８の電圧Ｖｂを加算した電圧が、平滑用コンデンサ４
の電位Ｖｃを上回った時、電流ｉｂは流れる。但し、負
荷制御回路５への電気的閉ループが形成されているとき
は無条件で電流ｉｂは流れる。電流ｉｂは、負荷制御回
路５もしくは、ダイオード２１を通り平滑用コンデンサ
４に流れ込む。そして平滑用コンデンサ４の電圧Ｖｃ
は、起電圧Ｅとサブコンデンサ１８の電圧Ｖｂの和（Ｅ
＋Ｖｂ）と等しくなるまで上昇する。

【０１１１】図１８は、発電機３の起電圧Ｅが、サブコ
ンデンサ１８が保持する電圧Ｖｂだけ昇圧された波形を
示している。図１８の実線は昇圧した結果の電圧（Ｅ＋
Ｖｂ）を示しており、破線は発電機の起電圧Ｅを測定し
た結果である。

【０１１２】ところでサブコンデンサの静電容量は平滑
用コンデンサの静電容量を下回るものであれば特定する
必要はない。

【０１１３】以上で述べた様に、発電機で誘起する起電
圧が交流特性を持つことを利用する実施例３の昇圧回格
は、ＩＣ１１の電気的動作の有無に関わらず、平滑用コ
ンデンサに充電する電力の電位を昇圧することが可能と
なる。よって、発電機の起電圧が高くなったのと同様の
効果がある。これにより発電機の回転数を低減できるこ
とから、小型、薄型で持続時間の長い電子制御時計を得
ることができる。

【０１１４】（実施例４）本発明の実施例４を図１９に
示す。本実施例４は、発電機の起電圧の昇圧動作をＩＣ
の動作とは独立に実行するための他の構成に係わるもの
である。図１９の回路ブロック図に示す通り、平滑用コ
ンデンサ４とサブコンデサ１８をＩＣ１１に対して直列
に配置したものである。この昇圧回路の基本的な昇圧動
作は実施例３と同様であり、また得られる効果も実施例
３と同等である。（実施例５）本発明の実施例５を図２０に示す。本実施
例５は、図２０に示す通り、電気的に昇圧する昇圧回路
１５と、ＩＣの動作とは独立に動作するサブコンデンサ
１８による昇圧回路を組み合わせることにより昇圧の倍
率をさらに高めたものである。この実施例５の基本的な
昇圧動作は実施例１と実施例３の効果を重畳したものと
なる。（実施例６）本発明の実施例６を図２１に示す。本実施
例６は昇圧回路から平滑用コンデンサに供給する電力を
損なうことなく、発電機の回転周期を調速するのに必要
なブレーキトルクを確保できるものである。図２１に示
す通り、サブコンデンサ１８に対して負荷制御回路５と
発電機３が並列に配置されている。この昇圧回路の基本
的な昇圧動作は実施例３と同様である。そして、実施例
３と同等の効果が得られるとともに、さらに負荷制御回
路５によるサブコンデンサ１８に蓄えた蓄電力の消費が
防止でき、サブコンデンサ１８の電圧を負荷制御回路５
の動作に独立して維持することができるため、昇圧電圧
をより安定に保つことができる。（実施例７）本発明の実施例７を図２２に示す。本実施
例７は図２２に示す通り、実施例１で示した電気的に昇
圧する昇圧回路１５と、実施例６で示した、サブコンデ
ンサ１８による昇圧回路を組み合わせることにより昇圧
の倍率をさらに高めたものである。この実施例７の基本
的な昇圧動作は実施例１の昇圧回路および実施例６の昇
圧回路と同様である。よって、得られる効果も実施例１
と実施例６の効果を重畳したものとなる。（実施例８）本発明の実施例８を図２３に示す。本実施
例８は図２３に示した通り、実施例２で示した電気的に
昇圧する昇圧回路１５によって、発電機３の調速を行う
構成と、実施例３に示した、サブコンデンサ１８による
昇圧回路を組み合わせることにより昇圧の倍率をさらに
高めたものである。この実施例８の基本的な昇圧動作お
よび調速動作は実施例２の昇圧回路および実施例３の昇
圧回路と同様である。よって、得られる効果も実施例２
と実施例３の効果を重畳したものとなる。（実施例９）本発明の実施例９を図２４に示す。本実施
例９は、実施例２で示した電気的に昇圧する昇圧回路１
５によって、発電機３の調速を行う構成と、実施例６に
示した、サブコンデンサ１８による昇圧回路を組み合わ
せることにより昇圧の倍率をさらに高めたものである。
図２４には発電機３と並列に負荷制御回路５が配置され
ているが、通常は実施例２と同様に、昇圧回路１５で発
電機の回転周期の調速を行う。一方、通常とは異なる外
部ェネルギが時計に加わり、発電機の回転周期が短くな
る時に、負荷制御回路５による発電機の回転数の制御が
実行される。

【０１１５】具体的に負荷制御回路５の動作について述
べると、外部磁界や衝撃などの発電機の回転周期を短く
する要因が時計に加わると、発電機の回転は加速してい
く。このとき、周期検出回路９は、上記発電機の加速を
検出して、検出周期信号を昇圧制御回路１６に出力す
る。昇圧制御回路１６は検出周期信号を元に昇圧倍率を
上げる様な信号を昇圧回路１５に出力する。そして昇圧
倍率が上限に達しても、発電機の回転周期が所定の周期
に一致しない場合、昇圧制御回路１６がら負荷制御回路
５に信号を出力し、負荷制御回路５の動作が開始する。
その結果、負荷制御回路５に電流が流れ込み、発電機に
電磁ブレーキが加わり、発電機の回転周期を所定の周期
に一致させていく。

【０１１６】この様に、通常とは異なる外乱が時計に加
わり、昇圧回路の制御では回転数の維持ができない場合
に、昇圧回路に替わって負荷制御回路５が回転数の制御
を行うのである。

【０１１７】なおこの実施例９の基本的な昇圧動作およ
び調速動作は実施例２の昇圧回路および実施例６の昇圧
回路と同様である。よって、得られる効果も実施例２と
実施例６の効果を重畳したものとなる。

【０１１８】

【発明の効果】上記構成により、本発明では発電機３の
起電圧がＩＣの動作電圧に達しない場合でも、平滑用コ
ンデンサ４にはＩＣの動作を維持できる電位の電力を蓄
えることができる。よって、発電機３の占有体積を増や
さずに、実質的に発電機３の特性を向上させることがで
きる。また上記構成において、発電機３の起電圧が充分
高い場合でも、昇圧回路を用いることにより発電機の回
転数を低減させることができる。よって、ゼンマイの占
有体積を増やさずに、実質的に持続時間を長くすること
ができる。結果として、小型、薄型で持続時間の長い電
子制御時計を得ることができる。

【０１１９】また昇圧倍率を適宜切換えてＩＣの消費電
力を変化させることにより、発電機の回転数制御が可能
となるため、特別な負荷制御回路が不要となる。また発
電機３の占有体積やゼンマイの占有体積を増やさずに、
実質的に持続時間を長くすることができるため、小型、
薄型で持続時間の長い電子制御時計を得ることができ
る。

【０１２０】さらにサブコンデンサとダイオードで構成
した昇圧回路は、ＩＣ１１の電気的動作の有無に関わら
ず、平滑用コンデンサに充電する電力の電位を昇圧する
ことが可能となる。よって、発電機の起電圧が高くなっ
ためと同様の効果がある。これにより発電機の回転数を
低減できることから、小型、薄型で持続時間の長い電子
制御時計を得ることができる。

【０１２１】そして上記２種類の昇圧回路を適宜組み合
わせることにより、互いの奏する効果を重畳することが
でき、さらに小型、薄型で持続時間の良い電子制御時計
を得ることができる。

【０１２２】また本発明では発電機３の起電圧がＩＣの
動作電圧に達しない場合でも、昇圧回路によってＩＣの
動作を維持できる電位を確保できるため、発電機３の回
転数が検出できなくなるという不具合を回避でき、回転
数の検出が常時可能となる。その結果、発電機の回転数
をさらに精度よく調速可能となり、時計としての時刻精
度が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子制御時計の実施例１の回路ブロッ
ク図である。

【図２】本発明における電子制御時計のエネルギ伝達を
示すブロック図である。

【図３】従来の電子制御時計の回路ブロック図である。

【図４】従来の電子制御時計のエネルギ伝達を示すブロ
ック図である。

【図５】電子制御時計のゼンマイトルクと開放角度、及
び発電機の損失トルクを示す図である。

【図６】電子制御時計の発電機における回転数と起電圧
の関係を示す図である。

【図７】電子制御時計の発電機における回転数と機械的
損失トルクの関係を示す図である。

【図８】電子制御時計の発信機における回転数と磁気的
損失トルクの関係を示す図である。

【図９】本発明における昇圧回路の実施例を示す回路ブ
ロック図である。

【図１０】（ａ）は本発明の実施例３における昇圧前の
平滑用コンデンサと昇圧コンデンサの接続関係を示した
回路ブロック図であり、（ｂ）は本発明の実施例３にお
ける昇圧時の平滑用コンデンサと昇圧コンデンサの関係
を示した回路ブロック図である。

【図１１】電子制御時計の昇圧回路におけるスイッチ素
子のＯＮ／ＯＦＦタイミングを示す図である。

【図１２】ＩＣの電気特性を示す図である。

【図１３】本発明の電子制御時計の実施例２の回路ブロ
ック図である。

【図１４】発電機の回転数とゼンマイトルクの関係を示
す図である。

【図１５】本発明における実施例２の昇圧回路を示す回
路ブロック図である。

【図１６】本発明の実施例２におけるゼンマイの開放角
度と昇圧倍率の関係を示す図である。

【図１７】本発明の実施例３におけるサブコンデンサを
用いた昇圧回路を示す回路ブロック図である。

【図１８】本発明の実施例３における昇圧した電圧波形
を示すグラフである。退汲

【図１９】本発明の実施例４におけるサブコンデンサを
用いた昇圧回路を示す回路ブロック図である。

【図２０】本発明の実施例５における昇圧回路を示す回
路ブロック図である。

【図２１】本発明の実施例６における昇圧回路を示す回
路ブロック図である。

【図２２】本発明の実施例７における昇圧回路を示す回
路ブロック図である。

【図２３】本発明の実施例８における昇圧回路を示す回
路ブック図である。

【図２４】本発明の実施例９における昇圧回路を示す回
路ブロック図である。

【符号の説明】

１ゼンマイ２増速輪列３発電機４平滑用コンデンサ５負荷制御回路６分周回路７発振回路８周期比較回路９周期検出回路１０水晶振動子１１集積回路（ＩＣ）１２指針１５昇圧回路１６昇圧制御回路１８サブコンデンサ１７、２１ダイオード１０１機械的エネルギ１０２起電力１０３昇圧電圧１０４誘起電圧１０５検出周期信号１０６周期補正信号１０８蓄電力１５１、１５２、１５３、１５４スイッチ素子１５５、１５６昇圧コンデンサ

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１２年６月７日（２０００．６．７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】特許請求の範囲

【補正方法】変更

【補正内容】

【特許請求の範囲】

【請求頃１】時計の動力となる機械エネルギを蓄えるゼ
ンマイと、前記ゼンマイに蓄えられた機械エネルギを開放しながら
伝達する増速輪列と、前記増速輪列によって駆動され、交流の誘起電力を発生
して機械エネルギを電気エネルギに変換する発電機と、前記発電機が発生した誘起電力の電圧を、所定の電圧レ
ベルまで昇圧した昇圧電圧を発生する昇圧回路と、前記昇圧回路が発生した昇圧電圧により充電される平滑
用コンデンサと、前記平滑用コンデンサに蓄えられた電気エネルギにより
駆動され、所定の周波数の発振信号を出力する発振回路
と、前記発電機が発生する交流の誘起電力に応答し、前記発
電機の回転周期に対応した検出周期信号を出力する周期
検出回路と、前記発振回路から出力され所定の周期の基準周期信号
と、前記周期検出回路が出力する検出周期信号の周期を
比較し、両信号の差異に対応した周期補正信号を出力す
る周期比較回路と、前記周期比較回路が出力する周期補正信号に応答して前
記発電機の電気的な負荷を変化させることによって前記
発電機の回転周期を基準周期信号に対応した所定の周期
に一致させるための可変負荷回路と、前記増速輪列に係合し、前記発電機の回転周期に対応し
た所定の周期で運針し、時刻を表示するための指針と、を有することを特徴とする電子制御時計。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】すなわち、発電機の回転周期をｔとする
と、単位時間当たりのゼンマイの開放角度△θは、２π
／（ｔ×Ｚ）で決まる。そして、ゼンマイの開放角度θ
を△θで割った値（θ／△θ）が、電子制御時計におけ
る持続時間となる。従って、増速比Ｚが大きい程、また
発電機の回転周期ｔが長い程、持続時間は良くなる。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】そこで本発明の目的は、形大化や持続時間
の短縮といった時計としての商品性を損なうことのな
い、平滑用コンデンサが高い電圧を維持可能で、安定し
たＩＣの動作を確保することが可能で、時計としての時
刻精度が高い電子制御時計を提供することにある。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明の電子制御時計は、時計の動力となる機械エネ
ルギを蓄えるゼンマイと、前記ゼンマイに蓄えられた機
械エネルギを開放しながら伝達する増速輪列と、前記増
速輪列によって駆動され、交流の誘起電力を発生して機
械エネルギを電気エネルギに変換する発電機と、前記発
電機が発生した誘起電力の電圧を、所定の電圧レベルま
で昇圧した昇圧電圧を発生する昇圧回路と、前記昇圧回
路が発生した昇圧電圧により充電される平滑用コンデン
サと、前記平滑用コンデンサに蓄えられた電気エネルギ
により駆動され、所定の周波数の発振信号を出力する発
振回路と、前記発電機が発生する交流の誘起電力に応答
し、前記発電機の回転周期に対応した検出周期信号を出
力する周期検出回路と、前記発振回路から出力され所定
の周期の基準周期信号と、前記周期検出回路が出力する
検出周期信号の周期を比較し、両信号の差異に対応した
周期補正信号を出力する周期比較回路と、前記周期比較
回路が出力する周期補正信号に応答して前記発電機の電
気的な負荷を変化させることによって前記発電機の回転
周期を基準周期信号に対応した所定の周期に一致させる
ための可変負荷回路と、前記増速輪列に係合し、前記発
電機の回転周期に対応した所定の周期で運針し、時刻を
表示するための指針と、を有することを特徴とする。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３１

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３１】そして前記昇圧回路は、複数のコンデンサ
と複数のスイッチ素子を有し、前記複数のスイッチ素子
は、前記複数のコンデンサを並列に接続して前記発電機
の誘起電カを充電し、充電された前記複数のコンデンサ
を直列に接続して前記平滑用コンデンサへ放電するよう
に周期的に切り換える構成であることを特徴とする。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３２】さらに昇圧制御回路を有し、前記昇圧制御
回路は前記周期検出回路が出力する検出周期信号に応答
して、検出周期信号に同期した昇圧制御信号を出力し、
前記昇圧回路は前記昇圧制御回路が出力する昇圧制卸信
号によって前記複数のスイッチ素子のオン／オフが制御
され、検出周期信号に同期して昇圧動作を行う構成であ
ることを特徴とする。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３３

【補正方法】削除

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３４】また前記昇圧回路は、前記発電機と直列に
接続されたサブコンデンサを有し、前記サブコンデンサ
の端子電圧は前記周期検出回路が出力する検出周期信号
の周期から独立して前記発電機の起電圧に重畳され、前
記平滑用コンデンサへの充電電圧を昇圧する構成である
ことを特徴とする。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３５】さらに前記昇圧回路は、複数のコンデンサ
と複数のスイッチ素子を有し、前記複数のスイッチ素子
は周期的に前記複数のコンデンサを並列に接続して前記
発電機の誘起電力から充電し、前記複数のコンデンサを
直列に接続して前記平滑用コンデンサへ放電する第１の
昇圧回路と、前記発電機と直列に接続されたサブコンデ
ンサを備え、前記サブコンデンサの端子電圧は前記周期
検出回路が出力する検出周期信号の周期から独立して前
記発電機の起電圧に重畳され、前記平滑用コンデンサへ
の充電電圧を昇圧する第２の昇圧回路とを有することを
特徴とする。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３６】しかも前記可変負荷回路、スイッチ素子と
抵抗を有する負荷制御回路で構成され、前記スイッチ素
子は前記周期比較回路が出力する周期補正信号に応答し
て前記抵抗と前記発電機との接続を周期的にオン／オフ
制御し、前記発電機の負荷を変化させる構成であること
を特徴とする。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３８

【補正方法】削除

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００９４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００９４】ゼンマイトルクＴｚを一定値Ｔｚ０に保持
したとき、昇圧しない場合（１倍昇圧）の発電機の回転
数をω０とすると、昇圧倍率αを上げることで、回転数
ω０は減少する。つまり、√２倍昇圧では回転数は（ω
０／２）に、２倍昇圧では回転数は（ω０／４）とな
る。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【０１１８】

【発明の効果】上記構成により、本発明では発電機３の
起電圧がＩＣの動作電圧に達しない場合でも、平滑用コ
ンデンサ４にはＩＣの動作を維持できる電位の電力を蓄
えることができる。よって、発電機３の占有体積を増や
さずに、実質的に発電機の特性を向上させることができ
る。また上記構成において、発電機３の起電圧が充分高
い場合でも、昇圧回路を用いることにより発電機の回転
数を低減させることができる。この発電機３の回転数の
低減に伴って、図７及び図８に示されている様に、機械
的損失トルク及び磁気的損失トルクをも低減させること
ができる。よって、ゼンマイの占有体積を増やさずに、
実質的に持続時間を長くすることができる。結果とし
て、小型、薄型で持続時間の長い電子制御時計を得るこ
とができる。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０１１９

【補正方法】削除

Claims

【特許請求の範囲】【請求頃１】時計の動力となる機械工ネルギを蓄えるゼ
ンマイ（１）と、前記ゼンマイ（１）に蓄えられた機械エネルギを徐々に
開放しながら伝達する増速輪列（２）と、前記増速輪列（２）によって駆動され、交流の誘起電力
を発生して機械工ネルギを電気エネルギに変換する発電
機（３）と、前記発電機（３）が発生した誘起電力の電圧を、所定の
電圧レベルまで昇圧した昇圧電圧を発生する昇圧回路
（１５、１８）と、前記昇圧回路（１５、１８）が発生した昇圧電圧により
充電され、前記発電機（３）で発生した電気エネルギを
蓄える平滑用コンデンサ（４）と、前記平滑用コンデンサ（４）に蓄えられた電気エネルギ
により駆動され、所定の周波数の発振信号を出力する水
晶発振回路（７）と、前記水晶発振回路（７）が出力する発振信号を分周し
て、所定の周期の基準周期信号を出力する分周回路
（６）と、前記発電機（３）が発生する交流の誘起電力に応答し、
前記発電機（３）の回転周期に対応した検出周期信号を
出力する周期検出回路（９）と、前記分周回路（６）が出力する基準周期信号と、前記周
期検出回路（９）が出力する検出周期信号の周期を比較
し、両信号の差異に対応した周期補正信号を出力する周
期比較回路（８）と、前記周期比較回路（８）が出力する周期補正信号に応答
して前記発電機（３）の電気的な負荷を変化させ、前記
発電機（３）の電気的な損失トルクを制御することによ
って前記発電機（３）の回転周期を基準周期信号に対応
した所定の周期に一致させるための可変負荷回路（５、
１５）と、前記増速輪列（２）に係合し、前記発電機（３）の回転
周期に対応した所定の周期で運針し、時刻を表示するた
めの指針（１２）と、を有することを特徴とする電子制御時計。

【請求項１】前記昇圧回路（１５）は、複数のコンデン
サと複数のスイッチ素子を有し、前記複数のスイッチ素
子は、前記複数のコンデンサを並列に接続して前記発電
機（３）の誘起電カを充電し、充電された前記複数のコ
ンデンサを直列に接続して前記平滑用コンデンサ（４）
へ放電するように周期的に切り換える構成である請求項
１記載の電子制御時計。
【請求項２】請求項２記載の電子制御時計は、さらに昇
圧制御回路（１６）を有し、前記昇圧制御回路（１６）
は前記周期検出回路（９）が出力する検出周期信号に応
答して、検出周期信号に同期した昇圧制御信号を出力
し、前記昇圧回路（１５）は前記昇圧制御回路（１６）
が出力する昇圧制卸信号によって前記複数のスイッチ素
子のオン／オフが制御され、検出周期信号に同期して昇
圧動作を行う構成である。
【請求項３】前記昇圧制御回路（１６）は前記昇圧回
路（１５）の昇圧倍率を制御する機能を有し、前記周期
検出回路（９）が出力する検出周期信号に応答して、検
出周期信号に同期した昇圧制御信号を出力するととも
に、前記周期比較回路（８）が出力する周期補正信号の
応答して前記昇圧回路（１５）の昇圧倍率を変化させる
ことにより、前記発電機（３）の電気的な負荷を変化さ
せ、前記発電機（３）の電気的な損失トルクを制御して
前記発電機（３）の回転周期を基準周期信号に対応した
所定の周期に一致させることにより、前記昇圧回路（１
５）が前記可変負荷回路の機能を含む構成である請求項
３記載の電子制御時計。
【請求項４】前記昇圧回路（１８）は、前記発電機
（３）と直列に接続されたサブコンデンサ（１８）で構
成され、前記サブコンデンサ（１８）の端子電圧は前記
周期検出回路（９）が出力する検出周期信号の周期から
独立して前記発電機（３）の起電圧に重畳され、前記平
滑用コンデンサ（４）への充電電圧を昇圧する構成であ
る請求項１記載の電子制御時計。
【請求項５】前記昇圧回路（１５、１８）は、複数のコ
ンデンサと複数のスイッチ素子を有し、前記複数のスイ
ッチ素子は周期的に前記複数のコンデンサを並列に接続
して前記発電機（３）の誘起電力から充電し、前記複数
のコンデンサを直列に接続して前記平滑用コンデンサ
（４）へ放電する第１の昇圧回路（１５）と、前記発電
機（３）と直列に接続されたサブコンデンサ（１８）で
構成され、前記サブコンデンサ（１８）の端子電圧は前
記周期検出回路（９）が出力する検出周期信号の周期か
ら独立して前記発電機（３）の起電圧に重畳され、前記
平滑用コンデンサ（４）への充電電圧を昇圧する第２の
昇圧回路（１８）からなる請求項１記載の電子制御時
計。
【請求項６】前記可変負荷回路、スイッチ素子と抵抗を
有する負荷制御回路（５）で構成され、前記スイッチ素
子は前記周期比較回路（８）が出力する周期補正信号に
応答して前記抵抗と前記発電機（３）との接続を周期的
にオン／オフ制御し、前記発電機（３）の負荷を変化さ
せる構成である請求項１記載の電子制御時計。