JP2010164458A - 電子時計 - Google Patents
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Abstract
【課題】発電が長い期間行われない状況でも蓄電手段の放電が大きく進むことを回避でき、且つ、発電の停止期間が暫く続いても計時データがすぐに消失されてしまうことのない電子時計を提供する。
【解決手段】発電手段から供給される電力を蓄えて計時手段に電源を供給する二次電池および補助用のコンデンサと、計時手段の電源として二次電池を接続または切断可能な電源切換手段とを備えた電子時計である。そして、二次電池の充電レベルが要充電を表わすChargeレベルまで低下した後(遷移点Q,R)、通常のMidレベルに回復したと判別するまで(遷移点X)、二次電池から計時手段への電源供給を停止させ、補助用のコンデンサから計時手段へ電源供給が行われる状態とする。
【選択図】図2
【解決手段】発電手段から供給される電力を蓄えて計時手段に電源を供給する二次電池および補助用のコンデンサと、計時手段の電源として二次電池を接続または切断可能な電源切換手段とを備えた電子時計である。そして、二次電池の充電レベルが要充電を表わすChargeレベルまで低下した後(遷移点Q,R)、通常のMidレベルに回復したと判別するまで(遷移点X)、二次電池から計時手段への電源供給を停止させ、補助用のコンデンサから計時手段へ電源供給が行われる状態とする。
【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、熱発電、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積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。
また、本願発明に関連する技術として、特許文献1,2には、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開示されている。
また、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。
一般に、二次電池は、放電が進んでしまうと、次に充電を行って電圧が回復するまで比較的長い時間を必要とする。従って、二次電池を有する電子時計において、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して通常の時計動作が再開されるまでに長い時間が掛かるという課題があった。
一方、時計動作の回復時間を考慮して二次電池の充電レベルが低下した早い段階で、二次電池からの電力供給を停止して時計の計時機能まで停止させた場合、時計動作の再開時に正しい計時データがなくなってしまっているので、すぐに正確な時刻表示ができなくなる。つまり、発電が行われない状況が暫く続いただけで、すぐに正確な時刻が表示できなくなってしまうという課題が生じる。
この発明の目的は、発電が長い期間行われない状況でも蓄電手段の放電が大きく進むことを回避でき、且つ、発電の停止期間が暫く続いても計時データがすぐに消失されてしま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、電子時計において、
時刻を計時する計時手段と、
発電手段と、
該発電手段から供給される電力を蓄えて前記計時手段に電源を供給する第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を検出する検出手段と、
前記計時手段の電源として前記第1蓄電手段を接続または切断可能な電源切換手段と、
前記検出手段の検出に基づいて前記電源切換手段の切換制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記検出手段の検出に基づき前記第1蓄電手段の充電レベルが要充電を表わす第1レベルまで低下したと判別した後、該第1レベルより高い通常の第2レベルに回復したと判別するまで、前記電源切換手段を切断状態に切り換えて、前記第1蓄電手段から前記計時手段への電源供給を停止させ、前記第2蓄電手段から前記計時手段へ電源供給が行われる状態とすることを特徴としている。
時刻を計時する計時手段と、
発電手段と、
該発電手段から供給される電力を蓄えて前記計時手段に電源を供給する第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を検出する検出手段と、
前記計時手段の電源として前記第1蓄電手段を接続または切断可能な電源切換手段と、
前記検出手段の検出に基づいて前記電源切換手段の切換制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記検出手段の検出に基づき前記第1蓄電手段の充電レベルが要充電を表わす第1レベルまで低下したと判別した後、該第1レベルより高い通常の第2レベルに回復したと判別するまで、前記電源切換手段を切断状態に切り換えて、前記第1蓄電手段から前記計時手段への電源供給を停止させ、前記第2蓄電手段から前記計時手段へ電源供給が行われる状態と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、
指針を駆動して時刻を表示する時刻表示手段を備え、
前記制御手段は、
前記検出手段の検出に基づき前記第1蓄電手段の充電レベルが前記第1レベルまで低下したと判別した後、前記指針を所定位置で停止させてから、前記電源切換手段を切断状態に切り換えることを特徴としている。
指針を駆動して時刻を表示する時刻表示手段を備え、
前記制御手段は、
前記検出手段の検出に基づき前記第1蓄電手段の充電レベルが前記第1レベルまで低下したと判別した後、前記指針を所定位置で停止させてから、前記電源切換手段を切断状態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1記載の電子時計において、
前記第2蓄電手段は、
前記制御手段が前記電源切換手段を切断状態に切り換えた後、再充電せずに前記計時手段を24時間以上作動可能な電気容量を有していることを特徴としている。
前記第2蓄電手段は、
前記制御手段が前記電源切換手段を切断状態に切り換えた後、再充電せずに前記計時手段を24時間以上作動可能な電気容量を有し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1記載の電子時計において、
前記制御手段が前記電源切換手段を切断状態に切り換える前の通常モードでは、前記第1蓄電手段と前記第2蓄電手段とが並列に接続されて両者から前記計時手段へ電源供給される構成であることを特徴としている。
前記制御手段が前記電源切換手段を切断状態に切り換える前の通常モードでは、前記第1蓄電手段と前記第2蓄電手段とが並列に接続されて両者から前記計時手段へ電源供給される構成であ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、
前記発電手段の電力供給先を前記第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を備え、
前記制御手段は、
前記電源切換手段を切断状態に切り換える前の通常モードでは、前記充電切換手段を前記第1蓄電手段と前記第2蓄電手段の両方に電力供給する状態に切り換え、
前記第1蓄電手段の充電レベルが前記第1レベルまで低下したと判別して前記電源切換手段を切断状態に切り換えたら、前記充電切換手段を前記第1蓄電手段側と前記第2蓄電手段側とに交互に切り換えていくことを特徴としている。
前記発電手段の電力供給先を前記第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を備え、
前記制御手段は、
前記電源切換手段を切断状態に切り換える前の通常モードでは、前記充電切換手段を前記第1蓄電手段と前記第2蓄電手段の両方に電力供給する状態に切り換え、
前記第1蓄電手段の充電レベルが前記第1レベルまで低下したと判別して前記電源切換手段を切断状態に切り換えたら、前記充電切換手段を前記第1蓄電手段側と前記第2蓄電手段側とに交互に切り換えていく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、
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。
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7記載の発明は、請求項1記載の電子時計において、
前記検出手段は前記第1蓄電手段の電圧検出を行う電圧検出手段であり、
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は、前記電圧検出手段の電圧検出に基づいて行われることを特徴としている。
前記検出手段は前記第1蓄電手段の電圧検出を行う電圧検出手段であり、
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は、前記電圧検出手段の電圧検出に基づいて行われ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も、第2蓄電手段の電力により計時処理が継続されるので、この計時処理の継続中に第1蓄電手段の充電レベルが回復することで、正確な計時時刻を保持したまま時計動作を再開させることができる。さらに、第1蓄電手段の充電レベルが低下したら、第1蓄電手段が計時手段の電源として切断されるので、第1蓄電手段の充電レベルの放電が大きく進んでしまうことが回避され、発電が開始された際に、第1蓄電手段の充電レベルを速やかに回復させることができる。
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時刻表示手段としてのアナログ表示部と、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制御手段としての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、電池電圧検出器32により検出手段および電圧検出手段が構成され、上記発振回路15と計時回路25により計時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。
計時回路25と発振回路15は、LSI18に供給される電源と同一の電源が供給されて動作するようになっている。また、これら計時回路25と発振回路15による計時動作はLSI18の動作と連動しており、LSI18が停止すれば計時動作も停止されるし、LSI18が作動すれば計時動作も作動す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(通常モード)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、二次電池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。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、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。
二次電池2が切り離された後、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。
なお、コンデンサ3は、比較的大きな容量を有しており、帰零処理の完了から発電が停止されたままコンデンサ3の電力により計時処理が継続された場合でも、コンデンサ3の電圧がBACレベルまで低下するまで、少なくとも24時間、好ましくは48時間〜72時間の猶予が得られるようになっている。
従って、二次電池2の電圧がChargeレベルになって電源から二次電池2が切り離されても、この猶予期間に発電が再開されてコンデンサ3の電圧がBACレベルまで低下しなかった場合には、内部で計時処理が継続されて計時回路25に正確な計時データが保持された状態となる。
二次電池2が切り離された後、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。図2では、コンデンサ3の電圧が一旦BACレベルまで低下してから発電が行われた例を示している。この場合、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。
図2の例では、一旦、コンデンサ3の電圧がBACレベルまで低下しているので、LSI18がオールリセットされて計時回路25の計時時刻は正確な時刻から外れている。従って、二次電池2の電圧がMidレベルまで回復したら、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。
一方、コンデンサ3の電圧がBACレベルまで低下することなく発電が行われて、二次電池2の電圧がMidレベルまで回復すれば、計時回路25には正確な計時データが保持されているので、時刻表示処理が再開された際に、速やかに正確な時刻を表示することができる。
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て電源接続状態を切り換える処理、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Chargeレベルまで低下して帰零処理が完了してから、二次電池2の電圧がMidレベルに回復するまで、二次電池2がLSI18の電源から切り離されて、コンデンサ3のみからLSI18に電源供給される状態とされるので、発電されない期間が長くなっても、二次電池2の放電が大きく進んでしまうのを防ぐことができる。
さらに、二次電池2がLSI18の電源から切り離されても、コンデンサ3からLSI18に電源供給が行われて計時処理が継続されるので、発電が暫く行われないだけで、すぐに計時動作が停止して正確な計時データが消失してしまうのを防ぐことができる。
さらに、コンデンサ3の容量は、帰零処理の完了から発電が停止されたままコンデンサ3の電力により計時処理を継続させた場合でも、コンデンサ3の電圧がBACレベルまで低下するのに少なくとも24時間、好ましくは48時間〜72時間の猶予が得られる程度の容量に設定されているので、例えば、指針11が停止してその日の時計を使用しない時間帯にユーザが電力低下に気付いても、次の日まで待って電子時計1を使用することで計時データを消失する前に時計機能を回復させることができる。また、72時間の猶予が得られる容量としておけば、金曜日に指針11が停止してユーザが電力低下に気付いても、土曜日と日曜日をまたいで翌月曜日まで待って電子時計1を使用した場合でも計時データを消失せずに時計機能を回復させることができる。
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、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場合でも、指針11の位置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、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、コンデンサ3の電圧がBACレベルに低下するまでの電力残量を正確に確保することができ、二次電池2が切り離されて発電が行われないまま計時動作が停止するまでの時間を正確に制御することができる。
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、上記実施形態では、指針を回転させて時刻を表示するアナログ表示部を有した電子時計1を例示したが、本発明は、デジタル表示部により時刻を表示する電子時計にも適用可能である。アナログ表示部を有さない場合には帰零処理は不要となる。
また、上記実施形態では、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することで、回路構成を単純化しているが、このような状態を判別することができれば電流や電力を積算するなど電池電圧以外の検出量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。
その他、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。
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
21 CPU
24 駆動回路
25 計時回路
31 BAC電圧検出器
32 電池電圧検出器
40 切換回路
Tr1,Tr2 スイッチ
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
21 CPU
24 駆動回路
25 計時回路
31 BAC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 (7)
- 時刻を計時する計時手段と、
発電手段と、
該発電手段から供給される電力を蓄えて前記計時手段に電源を供給する第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を検出する検出手段と、
前記計時手段の電源として前記第1蓄電手段を接続または切断可能な電源切換手段と、
前記検出手段の検出に基づいて前記電源切換手段の切換制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記検出手段の検出に基づき前記第1蓄電手段の充電レベルが要充電を表わす第1レベルまで低下したと判別した後、該第1レベルより高い通常の第2レベルに回復したと判別するまで、前記電源切換手段を切断状態に切り換えて、前記第1蓄電手段から前記計時手段への電源供給を停止させ、前記第2蓄電手段から前記計時手段へ電源供給が行われる状態とすることを特徴とする電子時計。 - 指針を駆動して時刻を表示する時刻表示手段を備え、
前記制御手段は、
前記検出手段の検出に基づき前記第1蓄電手段の充電レベルが前記第1レベルまで低下したと判別した後、前記指針を所定位置で停止させてから、前記電源切換手段を切断状態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。 - 前記第2蓄電手段は、
前記制御手段が前記電源切換手段を切断状態に切り換えた後、再充電せずに前記計時手段を24時間以上作動可能な電気容量を有していることを特徴とする請求項1記載の電子時計。 - 前記制御手段が前記電源切換手段を切断状態に切り換える前の通常モードでは、前記第1蓄電手段と前記第2蓄電手段とが並列に接続されて両者から前記計時手段へ電源供給さ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。
- 前記発電手段の電力供給先を前記第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を備え、
前記制御手段は、
前記電源切換手段を切断状態に切り換える前の通常モードでは、前記充電切換手段を前記第1蓄電手段と前記第2蓄電手段の両方に電力供給する状態に切り換え、
前記第1蓄電手段の充電レベルが前記第1レベルまで低下したと判別して前記電源切換手段を切断状態に切り換えたら、前記充電切換手段を前記第1蓄電手段側と前記第2蓄電手段側とに交互に切り換えていくことを特徴とする請求項1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。 - 前記検出手段は前記第1蓄電手段の電圧検出を行う電圧検出手段であり、
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は、前記電圧検出手段の電圧検出に基づいて行われることを特徴とする請求項1記載の電子時計。
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