JP2010156586A

JP2010156586A - 電子時計

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Publication number: JP2010156586A
Application number: JP2008334197A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Asami; 吉律浅見; Tomoo Kasuo; 智夫粕尾
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2008-12-26
Filing date: 2008-12-26
Publication date: 2010-07-15
Anticipated expiration: 2028-12-26
Also published as: JP4678056B2; CN101770204B; US8111590B2; EP2202591A2; CN101770204A; US20100165797A1; EP2202591A3; EP2202591B1

Abstract

【課題】発電の再開時に速やかに指針を動作させてユーザに時計が機能していることを示すことができるとともに、指針の動作再開時に発電が停止されても指針の位置を見失うことのない電子時計を提供する。
【解決手段】ソーラセルにより発電された電力を蓄える二次電池およびコンデンサと、二次電池の充電レベルが通常レベルより低いＣｈａｒｇｅレベルへ遷移してから回復を示すＭｉｄレベルに戻るまで、コンデンサの電力を用いて指針の補助駆動を実行させるＣＰＵとを備え、前記補助駆動は指針を駆動した後、指針を所定の戻し位置まで戻す移動パターンの駆動であり、前記ＣＰＵは、コンデンサが補助駆動を可能とする電圧レベルＶｔｈ１を超えたら補助駆動を実行させる構成とした。
【選択図】図２

Description

この発明は、発電機能を有する電子時計に関する。

以前より、ソーラ発電機能、熱発電機能、時計自体が動かされることで運動エネルギーを取り込んで発電を行う自動巻発電機能など、種々の発電機能を有する電子時計がある。発電された電力は二次電池に蓄電して利用することで、発電の行われていない期間にも時計を動作させることができる。

発電機能と二次電池とを有した電子時計においては、発電が行われないまま二次電池の放電が進んでしまうと、次に発電が行われた場合でも、二次電池の電圧が回復するまでに長い時間が掛かり、その間、時計が始動せずに止まったままとなるという課題があった。

そこで、従来、二次電池に加えて、小容量の補助容量を増設し、二次電池の放電が進んだ場合でも、次に発電が行われた際に、補助容量に充電を行ってその電圧を利用することで、速やかに時計を始動させるクイックスタート機能を有する電子時計が提案されている（例えば、特許文献１，２）。

また、本願発明に関連する技術として、特許文献３には、運針式の電子時計において、二次電池の放電が進んで時計機能が停止する前に、指針を所定の位置で停止させ（帰零という）、次に電源電圧が回復した際に指針の位置を見失わないようにする技術が開示されている。
特開平８−３６０７０号公報特開平１１−２９９１２５号公報特開２００３−５７３６６号公報

運針式の電子時計にクイックスタート機能を適用した場合、クイックスタート機能によって発電再開時に指針がすぐに駆動し、その直後に、再度、発電が行われない状態に陥ると、補助容量の電力がすぐに尽きて指針が任意の位置で停止してしまうことが考えられた。そして、そのまま時計機能が完全停止すると、次に時計機能が復帰したときに指針の位置が見失われてしまうという課題があった。

この発明の目的は、発電の再開時に速やかに指針を動作させてユーザに時計が機能していることを示すことができるとともに、指針の動作再開時に発電が停止されても指針の位置を見失うことのない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、
指針を駆動する駆動手段と、
発電手段と、
該発電手段から供給される電力を蓄える第１蓄電手段および該第１蓄電手段より容量の小さな第２蓄電手段と、
前記第１蓄電手段の充電レベルが通常レベルより低い第１レベルへ遷移してから回復を示す第２レベルに戻るまで、前記第２蓄電手段の電力を用いて前記駆動手段に補助駆動を実行させることが可能な補助駆動制御手段と、
を備え、
前記補助駆動は、予め定められた電力量により遂行可能で、且つ、前記指針が駆動されその後所定の戻し位置まで戻される移動パターンの駆動であり、
前記補助駆動制御手段は、前記第２蓄電手段の充電レベルが前記補助駆動を可能とする電力量を示す第３レベルを超えたら前記補助駆動を実行させ、当該補助駆動の実行後、再び、前記第２蓄電手段の充電レベルが前記第３レベルを超えるまで待機す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記載の電子時計において、
前記駆動手段の電源供給元の接続を少なくとも前記第１蓄電手段側と前記第２蓄電手段側とに切換可能な電源切換手段と、
前記発電手段の電力供給先の接続を少なくとも前記第１蓄電手段側と前記第２蓄電手段側とに切換可能な充電切換手段と、
前記第１蓄電手段および前記第２蓄電手段の充電レベルに基づいて前記電源切換手段および前記充電切換手段の切換制御を行う切換制御手段と、
を備え、
前記切換制御手段は、
前記補助駆動の実行時に、前記充電切換手段により前記発電手段の電力供給先の接続を前記第１蓄電手段側に切り換え、且つ、前記電源切換手段により前記駆動手段の電源供給元の接続を前記第２蓄電手段側に切り換え、
前記補助駆動の実行後の待機時に、前記充電切換手段により前記発電手段の電力供給先の接続を前記第２蓄電手段側に切り換えることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項２記載の電子時計において、
前記切換制御手段は、
前記補助駆動の実行中と実行後の待機中とに、前記電源切換手段により前記駆動手段の電源供給元の接続から前記第１蓄電手段を切り離すように構成されていることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項２記載の電子時計において、
前記切換制御手段は、
前記第１蓄電手段の充電レベルが前記第１レベルへ低下する前の通常期間に、
前記充電切換手段により前記発電手段の電力供給先に前記第１蓄電手段と前記第２蓄電手段との両方を並列に接続させ、且つ、前記電源切換手段により前記駆動手段の電源供給元に前記第１蓄電手段と前記第２蓄電手段との両方を並列に接続させることを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項１記載の電子時計において、
前記第１蓄電手段は二次電池であり、
前記第２蓄電手段はコンデンサであ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記載の電子時計において、
電圧検出を行う１個または複数の電圧検出手段を備え、
前記第１蓄電手段の充電レベルが前記第１レベルおよび前記第２レベルになったことの判別、並びに、前記第２蓄電手段の充電レベルが前記第３レベルになったことの判別は、前記電圧検出手段による前記第１蓄電手段および前記第２蓄電手段の電圧検出に基づいて行われる構成であることを特徴としている。

本発明に従うと、第１蓄電手段の充電レベルが低下して次に回復するまでの期間、発電が行われた場合に第２蓄電手段の電力によって指針を補助駆動させ、ユーザに時計が機能していることを示すことができる。さらに、上記の補助駆動によって毎回指針は所定の戻り位置まで戻されるので指針の位置が見失われることがない。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明の実施形態の電子時計の内部構成を示すブロック図である。

この実施の形態の電子時計１は、複数の指針（例えば時針、分針、秒針）１１を回転させて時刻を表示するアナログ表示部と、発電手段として例えば文字板上に配置されたソーラセル１２に光を受けて発電を行うソーラ発電機能とを有するもので、例えば、腕時計の本体部となるものである。

この電子時計１は、図１に示すように、上記の指針１１やソーラセル１２に加えて、ソーラセル１２により発電された電流を整流するダイオードＤ１と、発電された電力を蓄える第１蓄電手段としての二次電池２および第２蓄電手段としてのコンデンサ３と、指針１１を回転駆動するステップモータ１４と、ステップモータ１４の運動を指針１１に伝達する輪列機構１３と、時刻計時用に所定周波数の発振信号を生成する発振回路１５と、各種の機能回路が集積されたＬＳＩ（大規模集積回路）１８等を備えている。

ＬＳＩ１８には、ステップモータ１４に駆動電流を出力して駆動させる駆動手段としての駆動回路２４と、発振回路１５からの発振信号を受けて時刻の計時を行う計時回路２５と、時刻表示処理や電源切換処理など各種の統括的な制御処理を行うＣＰＵ（中央演算処理装置）２１と、ＣＰＵ２１に作業用のメモリ空間を提供するＲＡＭ２２と、制御データや制御プログラムを格納したＲＯＭ２３と、ソーラセル１２の電力供給先の接続や負荷回路（ＣＰＵ２１や駆動回路２４等を含む）の電源供給元の接続を切り換える２個のスイッチＴｒ１，Ｔｒ２と、これらスイッチＴｒ１，Ｔｒ２の切換信号を生成する切換回路４０と、二次電池２の電池電圧を検出する電池電圧検出器３２と、電源電圧がＢＡＣ（バッテリオールクリア）電圧になったことを検出するＢＡＣ電圧検出器３１等が設けられている。上記構成のうち、スイッチＴｒ１，Ｔｒ２によって電源切換手段と充電切換手段とが構成され、切換回路４０とＣＰＵ２１によって切換制御手段が構成され、電池電圧検出器３２および切換回路４０内のコンパレータＣＰ１により電圧検出手段が構成されている。

二次電池２は、電気化学反応を利用して電力を蓄えたり放電を行ったりするものであり、その蓄電容量はコンデンサ３に比べて非常に大きなものである。二次電池２は、容量が比較的大きいことから、一旦、放電が進んで出力電圧が低下した場合、充電により出力電圧が回復するまで比較的長い時間を要するという特徴を有している。また、二次電池２の充電量（または充電残量）と出力電圧とはリニアな関係になく、さらに、充電時と放電時、また、出力電流の大きさによっても充電量と出力電圧の関係は変化するため、出力電圧から二次電池２の充電量を求めることは比較的難しいという特徴を有している。

コンデンサ３は、静電容量によって電荷を蓄える構成であり、一般的なコンデンサ或いは比較的容量の大きな電気二重層コンデンサなどを適用することができる。コンデンサ３は、電荷量と電圧とがリニアな関係を有しているため、出力電圧からその充電量を比較的正確に求めることができるという特徴を有している。

スイッチＴｒ１，Ｔｒ２は、例えば、ＭＯＳトランジスタやバイポーラトランジスタなどから構成され、電源電圧ＶＤＤを受けて動作する負荷回路（ＣＰＵ２１や駆動回路２４等を含む）、発電を行うソーラセル１２、充電や放電を行う二次電池２およびコンデンサの各接続を切り換えるものである。具体的には、スイッチＴｒ１は、ソーラセル１２からコンデンサ３までの経路中で、且つ、二次電池２から負荷回路までの経路中に設けられており、ソーラセル１２とコンデンサ３の接続をオン・オフしたり、二次電池２と負荷回路の接続をオン・オフするものである。スイッチＴｒ２は、ソーラセル１２や負荷回路と二次電池２とを接続する経路中に設けられ、二次電池２とソーラセル１２との接続ならびに二次電池２と負荷回路との接続をオン・オフするものである。

駆動回路２４は、ＣＰＵ２１からのタイミングパルスに応じて電源電圧ＶＤＤをパルス状にしてステップモータ１４に出力することで、ステップモータ１４を１ステップずつ回転駆動させるものである。

電池電圧検出器３２は、二次電池２の電圧と２種類の閾値電圧Ｖｔｈ２，Ｖｔｈ３（図２参照）とを比較して、その比較信号をＣＰＵ２１に出力するものである。

ＢＡＣ電圧検出器３１は、電源電圧ＶＤＤがＬＳＩ１８の動作下限電圧を下回ってＬＳＩ１８が不安定動作する前に、ＬＳＩ１８をオールクリア状態にするためのものであり、動作下限電圧より僅かに高い閾値電圧Ｖｔｈ４（図２参照）と電源電圧ＶＤＤとを比較して、電源電圧ＶＤＤが閾値電圧Ｖｔｈ４を下回っている場合にオールクリア信号をＣＰＵ２１に出力するものである。ＬＳＩ１８は、このオールクリア信号によってリセット状態となり、これにより計時回路２５による計時データの値もリセットされる。

切換回路４０は、スイッチＴｒ１，Ｔｒ２の制御端子に切換信号を出力するアンドゲート４３，４４と、これら２個のアンドゲート４３，４４のそれぞれ片方の入力端子に接続されたラッチ回路４２と、２個のアンドゲート４３，４４のそれぞれ他方の入力端子に信号を出力するコンパレータＣＰ１と、コンパレータＣＰ１の出力を一方のアンドゲート４３に対してのみ反転させるインバータ４５と、コンパレータＣＰ１の比較参照電圧を２種類生成する電圧リファレンス回路４１と、コンパレータＣＰ１の電圧比較用にコンデンサ３の電圧を分圧する分割抵抗Ｒ１，Ｒ２等を備えている。

ラッチ回路４２は、ＣＰＵ２１からデータがセットされて、データ値に応じてハイレベル信号またはローレベル信号を、２個のアンドゲート４３，４４のそれぞれ片方の入力端子に出力するものである。詳細は後述するが、ＣＰＵ２１は、二次電池２の電圧検出に基づいて、ラッチ回路４２のデータ値を切り換えるようになっている。

コンパレータＣＰ１は、電圧リファレンス回路４１から供給される参照電圧と、コンデンサ３の分圧電圧とを比較して、その大小を表わすハイレベル信号またはローレベル信号を出力する。

電圧リファレンス回路４１は、２種類の参照電圧を生成して出力端子ＯＵＴからコンパレータＣＰ１の反転入力端子へ出力するものである。一種類目の参照電圧は、コンデンサ３のフル充電を示す閾値電圧Ｖｔｈ１（図２参照）に対応する電圧（閾値電圧Ｖｔｈ１を分割抵抗Ｒ１，Ｒ２の分圧比分低下させた電圧）、二種類目の参照電圧は、コンデンサ３がチャージレベルまで低下したことを示す閾値電圧Ｖｔｈ３（図２参照）に対応する電圧である。

これら２種類の参照電圧は、コンパレータＣＰ１の出力をセレクト信号ＳＥＬとして、このセレクト信号ＳＥＬにより切り換えられるようになっている。具体的には、コンデンサ３の電圧が閾値電圧Ｖｔｈ３を下回っているときには、コンパレータＣＰ１の出力はローレベルとなって、ローレベルのセレクト信号ＳＥＬにより高い閾値電圧Ｖｔｈ１に対応する高い参照電圧が出力される。一方、コンデンサ３の電圧が上昇して高い閾値電圧Ｖｔｈ１を超えたら、コンパレータＣＰ１の出力がハイレベルとなって、ハイレベルのセレクト信号ＳＥＬにより低い閾値電圧Ｖｔｈ３に対応する低い参照電圧が出力されるようになっている。

次に、上記構成の電子時計１の動作について説明する。

図２には、二次電池２とコンデンサ３の電圧遷移例（ｂ）とこの遷移例に応じた電源接続状態の変化パターン（ａ）、指針動作の変化パターン（ｃ）、ＬＳＩ１８の動作状態の変化パターン（ｄ）をそれぞれ示す。図３には、図２の電源接続状態Ａ〜ＣのスイッチＴｒ１，Ｔｒ２の切換パターンを表わした説明図を示す。なお、図３では、分かりやすくするためスイッチＴｒ１，Ｔｒ２をＬＳＩ１８の外側に配置して記している。

この実施の形態の電子時計１においては、時刻表示が行われる電源電圧の電圧レベルとして、図２（ｂ）に示すように、Ｌｏｗレベル（例えば２．２Ｖ〜２．３Ｖ）、Ｍｉｄレベル（第２レベル：例えば２．３Ｖ〜２．５Ｖ）、Ｈｉｇｈレベル（例えば２．５Ｖ以上）が設定されている。さらに、これより低い電圧レベルとして、二次電池２の電圧低下を避けるために時刻表示を停止させるＣｈａｒｇｅレベル（第１レベル：例えば１．６Ｖ〜２．２Ｖ）と、ＬＳＩ１８をオールクリアするＢＡＣレベル（例えば１．６Ｖ以下）とが設定されている。

また、この実施形態の電子時計１においては、二次電池２やコンデンサ３の電圧の移り変わりに応じて、電源の接続状態が状態Ａ〜状態Ｃに変化するようになっている。

電源接続状態Ａは、図３（ａ）に示すように、スイッチＴｒ１，Ｔｒ２が両方ともオンされた状態である。この電源接続状態Ａは、図２（ａ），（ｂ）に示すように、二次電池２の電圧レベルがＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルにある場合に生起されるようになっている。但し、二次電池２の電圧が、一旦、Ｃｈａｒｇｅレベルに低下した場合には、次にＭｉｄレベルに回復した後に再び状態Ａに回復するように設定されている。

図３（ａ）のようにスイッチＴｒ１，Ｔｒ２の両方がオンされることで、ソーラセル１２に対して二次電池２とコンデンサ３の両方が並列に接続され、ソーラセル１２の電力供給が二次電池２とコンデンサ３の両方に行われる設定となる。また、負荷回路（ＬＳＩ１８：ステップモータ１４を動かす駆動回路２４を含む）に対して二次電池２とコンデンサ３の両方が並列に接続されて、負荷回路への電源供給が二次電池２とコンデンサ３の両方から行われる設定となる。

電源接続状態Ｂは、図３（ｂ）に示すように、スイッチＴｒ１がオン、スイッチＴｒ２がオフされた状態である。この電源接続状態Ｂは、図２（ａ），（ｂ）に示すように、二次電池２の電圧レベルがＣｈａｒｇｅレベルに低下して指針１１が帰零（帰零については後に詳述する）した後、次に二次電池２の電圧レベルがＭｉｄレベルに回復するまでの要充電期間のうち、コンデンサ３が所定の充電状態にある場合に生起されるようになっている。すなわち、上記の要充電期間のうち、コンデンサ３の電圧が一旦Ｃｈａｒｇｅレベルへ低下してから再びフル充電電圧Ｖｔｈ１（第３レベル：例えば２．６Ｖ）に達するまでの期間に生起されるようになっている。

図３（ｂ）のようにスイッチＴｒ１がオン、スイッチＴｒ２がオフされることで、負荷回路から二次電池２が切り離されて、二次電池２の電力消費がなくなるようになっている。また、ソーラセル１２の電力供給がコンデンサ３のみに行われるとともに、負荷回路への電源供給がコンデンサ３のみから行われる設定となって、ソーラセル１２で発電があった場合に、比較的速やかにコンデンサ３が充電されて負荷回路へ動作電圧を供給できるようになっている。

電源接続状態Ｃは、図３（ｃ）に示すように、スイッチＴｒ１がオフ、スイッチＴｒ２がオンされた状態である。この電源接続状態Ｃは、図２（ａ），（ｂ）に示すように、二次電池２の電圧レベルがＣｈａｒｇｅレベルに低下して指針１１が帰零した後、次に二次電池２の電圧レベルがＭｉｄレベルに回復するまでの要充電期間のうち、コンデンサ３の電圧がフル充電電圧Ｖｔｈ１に達してからＣｈａｒｇｅレベル（閾値電圧Ｖｔｈ３）になるまでの期間に生起されるようになっている。

図３（ｃ）のようにスイッチＴｒ１がオフ、スイッチＴｒ２がオンされることで、二次電池２は負荷回路から切り離されたままソーラセル１２に接続されることとなって、二次電池２の充電が進められるようになっている。また、負荷回路にはコンデンサ３が接続されてコンデンサ３から動作電圧が供給されるようになっている。

このような電源接続状態Ａ〜Ｃの切り換えは、電池電圧検出器３２による二次電池２の電圧検出と、この電圧検出に基づいてＣＰＵ２１により行われるラッチ回路４２の設定の切り換えと、コンパレータＣＰ１によるコンデンサ３の電圧比較によって実現されるものである。

次に、電子時計１の動作の一例を図２の電圧遷移例に従って説明する。

二次電池２の電圧がＭｉｄレベル以上からＣｈａｒｇｅレベルに低下するまでは（図２のＰ〜Ｑ）、ＬＳＩ１８は時刻を表示する通常動作状態となる。すなわち、計時回路２５により時刻が計時され、この時刻計時に同期してＣＰＵ２１が駆動回路２４に所定のタイミングパルスを出力することで、時刻に同期してステップモータ１４が駆動され、それにより指針１１が回転して時刻が表示される。なお、この実施形態の電子時計１においては、上記の通常動作状態において、二次電池２の電圧がＬｏｗレベルに低下した場合には、秒針を１秒ごとに１ステップ運針する駆動パターンから２秒ごとに２ステップ運針する駆動パターンへと変化させるなどして、充電量が少なくなっていることをユーザに通知するようになっている。

また、指針１１により時刻表示が行われる通常動作中には、電源接続状態は図３（ａ）に示す状態Ａとされる。それにより、ソーラセル１２によって発電が行われば、二次電池２とコンデンサ３に充電が行われて電圧レベルが上がるし、ソーラセル１２によって発電が行われなければ、二次電地２とコンデンサ３の電圧レベルは低下していく。

発電がなされずに時計動作が続いて、二次電池２の電圧がＣｈａｒｇｅレベルまで低下すると（図２のＱ）、電池電圧検出器３２によりそれが検知され、ＣＰＵ２１の制御によって帰零処理が開始される。帰零処理は、指針１１を所定の戻し位置（例えば００時００分００秒）まで移動させて停止させる処理であるが、指針１１が戻し位置に移動するまでは、時刻表示処理と同様に時刻に同期させて指針１１を駆動するため、ＬＳＩ１８の状態と指針１１の動作は通常の時刻表示処理のときと変化はない。この帰零処理により、二次電池２の電圧はＣｈａｒｇｅレベルより僅かに低い電圧まで低下する（図２のＱ〜Ｒ）。

帰零処理が完了すると（図２のＲ）、ＣＰＵ２１は指針１１の駆動処理を停止して、指針１１が戻し位置で停止した帰零状態となる。ここで、指針１１は停止するが、計時回路２５の計時処理は継続したままとなる。さらに、帰零処理が完了すると、ＣＰＵ２１はラッチ回路４２にデータ値“１”をセットする。それにより電源接続状態が状態Ｂへと切り換わる。これにより、ＬＳＩ１８の電源供給元の接続から二次電池２が切り離されてコンデンサ３のみとされる。

ここで、さらに発電が行われずに時間が経過すると、コンデンサ３の電力がＬＳＩ１８により消費されて、コンデンサ３の電圧がＢＡＣレベルまで低下する（図２のＳ）。コンデンサ３の電圧がＢＡＣレベルまで低下すると、ＢＡＣ電圧検出器３１からオールクリア信号が出力されて、ＬＳＩ１８はオールクリア（ＡＣ）状態となる。そして、計時回路２５の計時処理も停止する。

一方、電源接続状態Ｂにおいて発電が行われると、ソーラセル１２の充電先の接続がコンデンサ３のみなので、コンデンサ３の電圧は比較的速やかに上昇する。そして、コンデンサ３の電圧が、先ず、Ｃｈａｒｇｅレベルまで復帰すると（図２のＴ）、ＬＳＩ１８がリセット状態で起動して計時回路２５の計時処理も再開される。リセット状態からの始動の場合には１２時からの時刻カウントとなる。

さらに、発電が継続されてコンデンサ３の電圧がフル充電電圧Ｖｔｈ１まで上昇すると（図２のＵ）、コンパレータＣＰ１の出力はローレベルからハイレベルに変化して、それにより、電源接続状態が状態Ｃへと切り換えられる。状態Ｃでは、先に説明したように、ＬＳＩ１８の電源供給元の接続がコンデンサ３にされたまま、ソーラセル１２の電力供給先の接続が二次電池２側に切り換えられる。

また、電源接続状態Ｃに切り換わるのと同時に（図２のＵ）、コンパレータＣＰ１の出力がＣＰＵ２１に送られ、それによりＣＰＵ２１が補助駆動処理（図２（ｃ）に「運針」と記す）を開始する。

補助駆動処理は、ＣＰＵ２１が駆動回路２４に所定のパルス出力を行うことで、規定の移動パターンで指針１１を運針させ、再び戻し位置（例えば００時００分００秒）まで指針１１を移動させて停止させる処理であり、フル充電されたコンデンサ３の電力量によって遂行できる処理である。例えば、秒針を００秒の位置から時計周りに数ステップ、半時計周りに数ステップと、所定回駆動させた後に００秒位置で停止させるなどの運針パターンを適用できる。或いは、コンデンサ３の容量が比較的に大きい場合に、秒針を３６０度回転させて００秒の位置に戻す運針パターンなどを適用することもできる。また、秒針に制限されずに分針や時針を動かすようにしても良いし、時分秒の指針１１とは別に補助指針がある場合にはこの補助指針を動かすようにしても良い。

この補助駆動処理は、時計が停止した状態で発電を開始したときに比較的速やかに指針１１を動かす処理であることから、クイックスタート処理とも呼ぶことのできるものである。

この補助駆動処理の期間（図２のＵ〜Ｗ）には、ソーラセル１２により発電が継続されれば、この発電電力が二次電池２に送られるため二次電池２の充電レベルが上昇する（図２のＶ）。また、コンデンサ３からは補助駆動処理に電力が使われるので、コンデンサ３の電圧レベルは低下する（図２のＷ）。但し、補助駆動処理はコンデンサ３がフル充電されたときに開始されるので、コンデンサ３の電圧がＣｈａｒｇｅレベルに低下する前に、指針１１を所定の戻し位置で停止させることができる。

この補助駆動処理により、ユーザは、電子時計１が停止した後、電子時計１に光を当てたときに、比較的速やかに指針１１の動きを確認することができ、それにより、電子時計１が充電状態にあり故障などしていないことを認識することができる。また、補助駆動処理の途中でコンデンサ３の電力がなくなって指針１１が途中で停止してしまうこともないので、補助駆動処理の開始直後に光の照射がなくなって発電が停止された場合でも、指針１１が戻し位置の他にある状態でオールクリアされて指針位置を見失ってしまうといった事態が回避されるようになっている。

補助駆動処理（「運針」：図２（ｃ））が終了すると、指針１１は停止した状態となるが、ＬＳＩ１８は動作しているので、その電力消費によりコンデンサ３の電圧はすぐにＣｈａｒｇｅレベルまで低下する（図２のＷ）。そして、この低下により、コンパレータＣＰ１の出力がローレベルに反転して、電源接続状態が状態Ｂに切り換わる。そして、発電が行われれば、図２の状態Ｔ〜Ｕのときと同様に、コンデンサ３に充電が行われてコンデンサ３の電圧が上昇するし、発電が停止されれば、図２の状態Ｒ〜Ｓのときと同要に、コンデンサ３の電圧が低下したりＬＳＩ１８がオールクリア状態にされたりする。

図２の例では、状態Ｗより後にも充電が継続されて、再度、コンデンサ３の電圧がフル充電電圧Ｖｔｈ１まで上昇するとともに補助駆動処理が繰り返されている。このように補助駆動処理が繰り返されるごとに、二次電池２の充電レベルが次第に上昇していく。そして、二次電池２の電圧がＭｉｄレベルを超えると（図２のＸ）、電池電圧検出器３２によりこれが検知されてＣＰＵ２１に通知される。

二次電池２の電圧がＭｉｄレベルを超えると、ＬＳＩ１８は通常動作へと復帰する。すなわち、ＣＰＵ２１がラッチ回路４２にデータ値“０”を設定することで、先ず、電源接続状態が状態Ａに切り換わる。これにより、スイッチＴｒ１，Ｔｒ２が両方ともオンされて、ソーラセル１２や負荷回路に対して二次電池２とコンデンサ３が並列に接続された状態となる。さらに、ＣＰＵ２１の制御によって、計時回路２５の計時に同期させて指針１１を駆動させる時刻表示処理が再開される。なお、一旦、コンデンサ３の電圧がＢＡＣレベルまで低下した場合には、ＬＳＩ１８がオールリセットされて計時回路２５の計時時刻が正確な時刻から外れているので、例えば、図示しない電波受信器などを動作させてタイムコードを受信することで時刻の修正を行ったりする。

次に、上記の電源切換処理や補助駆動処理を実現するＣＰＵ２１の制御処理についてフローチャートに基づいて詳細に説明する。

図４には、ＣＰＵ２１により実行される時計制御処理のフローチャートを示す。

この時計制御処理はＣＰＵ２１により電源投入時に開始されて、その後、継続的に実行される処理である。

この処理が開始されると、先ず、ステップＳ１で、ＣＰＵ２１は電池電圧検出器３２の出力を確認してＣｈａｒｇｅレベルを検出していないか確認する。そして、Ｃｈａｒｇｅレベルを検出していなければ、ラッチ回路４２はローレベルのまま変更されないので、スイッチＴｒ１，Ｔｒ２はオンのままとなる（ステップＳ２）。さらに、Ｃｈａｒｇｅレベルが検出されなければ、二次電池２の電圧はＬｏｗレベル以上にあるということなので、ＣＰＵ２１はステップＳ３に移行して通常の時計処理を実行する。そして、再び、ステップＳ１に戻る。

このステップＳ１〜Ｓ３のループ処理により、ステップＳ２の時計処理が繰り返されることで、計時回路２５の計時データに同期して指針１１が運針されて時刻の表示がなされていく。

一方、ステップＳ１で電池電圧検出器３２の出力により二次電池２がＣｈａｒｇｅレベルになったことが判別されたら、ステップＳ４に移行して、指針１１の帰零処理に移行する。ステップＳ４の帰零処理は、ステップＳ３の時計処理と同様のパターンで指針１１の運針処理を行いながら、指針１１が所定の戻し位置（例えば００時００分００秒）まで移動したときに指針１１を停止させて完了となる処理である。

上記のステップＳ１〜Ｓ５の処理期間が、図２の状態Ａの期間に相当する。

ステップＳ４の帰零処理が完了したら、次に、ステップＳ５に移行して、ＣＰＵ２１はラッチ回路４２にハイレベルのデータ値をセットする。このとき、コンパレータＣＰ１の出力はローレベルになっているので、上記ラッチ回路４２のデータセットによって、スイッチＴｒ１はオン、スイッチＴｒ２はオフとなる（ステップＳ６）。

次に、ＣＰＵ２１は、ステップＳ７に移行して、コンパレータＣＰ１の出力を確認して出力がハイレベルになったか否かを判別する。さらに、ハイレベルになっていなければステップＳ８に移行してＢＡＣ電圧検出器３１からＢＡＣレベルへの電圧低下を示すリセット信号があるか否か確認する。そして、ステップＳ７，Ｓ８の判別結果がともに“ＮＯ”であれば、何れか一方が“ＹＥＳ”となるまでこのステップＳ６〜Ｓ８のループ処理を繰り返す。この繰り返しの処理の期間が、図２の状態Ｂの期間（ＡＣ期間は除く）に相当する。

ここで、ステップＳ７の判別処理によりコンパレータＣＰ１の出力がハイレベルに変化したと判別された場合、このコンパレータＣＰ１の出力によりスイッチＴｒ１がオフ、スイッチＴｒ２がオンに切り換えられる（ステップＳ９）。さらに、ＣＰＵ２１は、この判別結果に基づき指針１１の補助駆動処理を行うためにステップＳ１０に移行する。

ステップＳ１０に移行すると、先ず、該ステップで指針１１を補助駆動させるための一プロセスの処理を行う（補助駆動制御手段）。さらに、続くステップＳ１１でコンパレータの出力がローレベルになったか判別し、ローレベルになっていなければ、次のステップＳ１２で電池電圧検出器３２の出力に基づき二次電池２の電圧がＭｉｄレベルに上昇したか判別する。そして、ステップＳ１１，Ｓ１２の判別結果がともに“ＮＯ”であれば、何れかが“ＹＥＳ”となるまで、ステップＳ９〜Ｓ１２のループ処理を繰り返す。この繰り返し処理の期間が、図２の状態Ｃの期間に相当する。

ステップＳ９〜Ｓ１２のループ処理中、二次電池２の電圧がＭｉｄレベルまで充電されない場合には、ステップＳ１０の補助駆動処理のプロセス処理が繰り返し実行されることで、１回の補助駆動処理の最初から最後まで遂行され、それにより、指針１１は所定の移動パターンで運針されたのち所定の戻し位置まで移動して停止する。この間、補助駆動処理の消費電力は一定であることからコンデンサ３の電圧はＣｈａｒｇｅレベルまで低下せず、ステップＳ１１で“ＹＥＳ”側に分岐することもない。

そして、１回の補助駆動処理が完了すると、このステップＳ９〜Ｓ１２のループ処理が繰り返される間に、ＬＳＩ１８によりコンデンサ３の電力が消費されてコンデンサ３の電圧がＣｈａｒｇｅレベルまで低下するので、それにより、ステップＳ１１で“ＹＥＳ”側に分岐される。ステップＳ１１で“ＹＥＳ”側に分岐したらステップＳ６に戻り、上述した図２の状態Ｂのときの処理に移行する。

また、ステップＳ９〜Ｓ１２のループ処理中、二次電池２の電圧がＭｉｄレベルを超えてステップＳ１２の判別処理で“ＹＥＳ”側に分岐すると、ＣＰＵ２１はステップＳ１３に移行してラッチ回路４２にローレベルのデータをセットする。これにより、スイッチＴｒ１，Ｔｒ２がともにオンとなる（ステップＳ１４）。続いて、ステップＳ１に戻り、上述した図２の状態Ａのときの処理に移行する。

また、上述したステップＳ６〜Ｓ８のループ処理中（図２の状態Ｂの期間）、コンデンサ３の電圧がＢＡＣレベルまで低下して、ステップＳ８の分岐処理で“ＹＥＳ”側に移行すると、電源電圧ＶＤＤの低下によりＬＳＩ１８がリセットされて、ＣＰＵ２１による制御処理も中断される。そして、再度、発電がなされてコンデンサ３の電圧がＣｈａｒｇｅレベルに復帰すると、ＣＰＵ２１はステップＳ２１の処理から再開される。

ステップＳ２１から処理が再開されると、先ず、ＣＰＵ２１は該ステップでＬＳＩ１８の各回路をリセット状態から始動させる。このとき、ラッチ回路４２はハイレベルのデータ値にリセットされ、さらにコンパレータ出力ＣＰ１はローレベル出力となるので、スイッチＴｒ１はオン、スイッチＴｒ２はオフとなる。続いて、ステップＳ２２において、ＢＡＣ電圧検出器３１がＢＡＣレベルへの電圧低下を検出していないか確認し、電圧低下がなければステップＳ６に戻って、図２の状態Ｂのときの処理に移行する。

このような時計制御処理により、図２に示したような電源電圧の変化に応じた電源接続状態の切り換え処理、二次電池２の要充電期間に時刻表示を停止させる処理、並びに、二次電池２の要充電期間で且つコンデンサ３がフル充電になった場合に指針１１を補助駆動させる処理等が実現されるようになっている。

以上のように、この実施形態の電子時計１によれば、二次電池２の電圧が低下して時計表示処理が停止した後、ソーラセル１２による発電が再開された場合に、指針１１を補助駆動させることができる。それにより、ユーザは指針１１の動きを確認して電子時計１が充電状態にあり故障などしていないことを認識することができる。

また、補助駆動処理は、コンデンサ３のフル充電の電力によって指針１１を所定の戻し位置まで移動させて停止させることのできる処理であり、さらに、この補助駆動処理はコンデンサ３がフル充電されたときに開始されるようになっているので、補助駆動が開始した直後に発電が停止されても、指針１１は所定の戻し位置まで移動して停止することとなって、そのまま発電がなされずにＬＳＩ１８がオールクリア状態になったとしても、指針１１が見失しなわれることがない。

また、補助駆動の実行時（図２の状態Ｃ）、ソーラセル１２の接続は二次電池２側に切り換えられるとともに、負荷回路（ＣＰＵ２１や駆動回路２４など）の電源接続はコンデンサ３側に切り換えられるように構成され、さらに、補助駆動後の待機時（図２の状態Ｂ）、ソーラセル１２の接続はコンデンサ３側に切り換えられるようになっているので、二次電池２の電圧が要充電状態となってから回復するまで二次電池２の電力消耗がなく、効率的に二次電池２の充電レベルが回復可能になっている。さらに、指針１１の停止後に発電がなされた場合に少容量のコンデンサ３のみに充電が行われるので、速やかにコンデンサ３の電圧を上昇させて、速やかに補助駆動を開始することが可能になっている。

また、電子時計１の通常動作時には、スイッチＴｒ１，Ｔｒ２の両方がオンされて、負荷回路（ＣＰＵ２１や駆動回路２４など）に二次電池２とコンデンサ３の両方が並列に接続された形態となるので、駆動回路２４で比較的大きな電流を必要とするダイナミックな指針１１の駆動処理が行われた場合でも、コンデンサ３によりこのような急激な電流変動に対応することが可能となる。

また、主要電源には二次電池２が適用され、補助電源にはコンデンサ３が適用されているので、通常動作時には容量の大きな二次電池２により長い期間一定の電源を供給することが可能となるし、二次電池２の充電レベルが低下して指針１１の補助動作を行う場面では、コンデンサ３により速やかに電源電圧ＶＤＤを上昇させることが可能となる。また、コンデンサ３は電圧から充電量を正確に求めることができるので、電圧検出の精度をさほど高めることなく、補助動作に必要な電力がコンデンサ３に溜まったことを容易に検出することが可能となる。

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、上記実施形態では、回路構成を単純化するため、二次電池２の充電レベルが低下した状態や回復した状態を、二次電池２の電池電圧により判別しているが、このような状態を判別できれば電池電圧以外の検出に基づいて判別するようにしても良い。また、上記実施形態では、二次電池２の電池電圧がＣｈａｒｇｅレベルまで低下した場合に二次電池２の充電レベルが要充電期間になったと判別し、二次電池２の電池電圧がＭｉｄレベルまで上昇した場合に二次電池２の充電レベルが回復したと判別すると説明したが、これらの判別を行う電圧レベルも種々に変更可能である。

また、上記実施形態では、二次電池２が要充電期間になったことを判別する閾値電圧Ｖｔｈ３と、指針１１の補助駆動後にコンデンサ３がチャージ電圧となったことを判別する閾値電圧Ｖｔｈ３とを、同一電圧としているが、例えば、コンデンサ３のチャージ電圧を電圧Ｖｔｈ３より少し高い電圧にしても良いなど、両者が同一である必要はない。

その他、指針１１の戻し位置、二次電池２やコンデンサ３の接続を切り換えるスイッチの接続箇所や個数、スイッチを切り換える切換回路の回路構成、時計制御処理の詳細な処理手順など、実施形態で示した細部は発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

本発明の実施形態の電子時計の内部構成を示すブロック図である。二次電池電圧とコンデンサ電圧の遷移例、電源接続状態、指針動作状態、およびＬＳＩ状態の変化パターンを表わした説明図である。図２の各電源接続状態におけるスイッチの切換パターンを示した説明図である。ＣＰＵにより実行される時計制御処理の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１電子時計
２二次電池
３コンデンサ
１１指針
１２ソーラセル
１３輪列機構
１４ステップモータ
１５発振回路
２１ＣＰＵ
２４駆動回路
２５計時回路
３１ＢＡＣ電圧検出器
３２電池電圧検出器
４０切換回路
Ｔｒ１，Ｔｒ２スイッチ

Claims

指針を駆動する駆動手段と、
発電手段と、
該発電手段から供給される電力を蓄える第１蓄電手段および該第１蓄電手段より容量の小さな第２蓄電手段と、
前記第１蓄電手段の充電レベルが通常レベルより低い第１レベルへ遷移してから回復を示す第２レベルに戻るまで、前記第２蓄電手段の電力を用いて前記駆動手段に補助駆動を実行させることが可能な補助駆動制御手段と、
を備え、
前記補助駆動は、予め定められた電力量により遂行可能な駆動で、且つ、前記指針が駆動されその後所定の戻し位置まで戻される移動パターンの駆動であり、
前記補助駆動制御手段は、前記第２蓄電手段の充電レベルが前記補助駆動を可能とする電力量を示す第３レベルを超えたら前記補助駆動を実行させ、当該補助駆動の実行後、再び、前記第２蓄電手段の充電レベルが前記第３レベルを超えるまで待機することを特徴とする電子時計。
前記駆動手段の電源供給元の接続を少なくとも前記第１蓄電手段側と前記第２蓄電手段側とに切換可能な電源切換手段と、
前記発電手段の電力供給先の接続を少なくとも前記第１蓄電手段側と前記第２蓄電手段側とに切換可能な充電切換手段と、
前記第１蓄電手段および前記第２蓄電手段の充電レベルに基づいて前記電源切換手段および前記充電切換手段の切換制御を行う切換制御手段と、
を備え、
前記切換制御手段は、
前記補助駆動の実行時に、前記充電切換手段により前記発電手段の電力供給先の接続を前記第１蓄電手段側に切り換え、且つ、前記電源切換手段により前記駆動手段の電源供給元の接続を前記第２蓄電手段側に切り換え、
前記補助駆動の実行後の待機時に、前記充電切換手段により前記発電手段の電力供給先の接続を前記第２蓄電手段側に切り換えることを特徴とする請求項１記載の電子時計。
前記切換制御手段は、
前記補助駆動の実行中と実行後の待機中とに、前記電源切換手段により前記駆動手段の電源供給元の接続から前記第１蓄電手段を切り離すように構成されていることを特徴とする請求項２記載の電子時計。
前記切換制御手段は、
前記第１蓄電手段の充電レベルが前記第１レベルへ低下する前の通常期間に、
前記充電切換手段により前記発電手段の電力供給先に前記第１蓄電手段と前記第２蓄電手段との両方を並列に接続させ、且つ、前記電源切換手段により前記駆動手段の電源供給元に前記第１蓄電手段と前記第２蓄電手段との両方を並列に接続させることを特徴とする請求項２記載の電子時計。
前記第１蓄電手段は二次電池であり、
前記第２蓄電手段はコンデンサであることを特徴とする請求項１記載の電子時計。
電圧検出を行う１個または複数の電圧検出手段を備え、
前記第１蓄電手段の充電レベルが前記第１レベルおよび前記第２レベルになったことの判別、並びに、前記第２蓄電手段の充電レベルが前記第３レベルになったことの判別は、前記電圧検出手段による前記第１蓄電手段および前記第２蓄電手段の電圧検出に基づいて行われる構成であることを特徴とする請求項１記載の電子時計。