JP3596383B2 - 発電機を持つ電子時計の充電装置、電子時計、及び充電装置の制御方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一又は複数の外部エネルギーを取り込み、それらを電気エネルギーに変換する発電機と、その発電機で得られた電気エネルギーを蓄電するための蓄電手段とを備える発電機を持つ電子時計の充電装置、電子時計、及び充電装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
腕時計などの小型の電子時計においては、時刻を計測するための計時回路や運針機構に連結されたモータを駆動させる駆動回路からなる時計駆動回路の他に、発電機を内蔵し電池交換なしに動作するものが実現されている。これらの電子時計においては、発電機で発生した電力をいったんコンデンサ等の二次電源などに充電する機能を備えており、発電が行われないときは二次電源から放電される電力で時刻表示が行われるようになっている。このため、電池なしでも長時間安定した動作が可能であり、電池の交換の手間あるいは電池の廃棄上の問題などを考慮すると、今後、多くの電子時計に発電機が内蔵されるものと期待されている。
【０００３】
腕時計などに内蔵される発電機には、照射された光を電気エネルギーに変換する太陽電池、ユーザの腕の動きなどを捉えて運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電システムなどがある。これらの発電機はユーザの周囲のエネルギーを電気エネルギーに変換して使用するという面では非常に優れているが、利用可能なエネルギー密度が低く、さらに、継続したエネルギーが得られないという問題がある。従って、継続した発電は行われず、その間は二次電源に蓄積された電力で電子時計は動作する。
【０００４】
例えば、太陽電池を用いた電子機器においては、夜間は太陽電池から電力が供給されないため、蓄電装置を放電させて処理装置を稼動させることになる。従って、発電装置から電力が供給されない場合に備えて蓄電装置の容量を大きくすることが望ましい。しかしながら、蓄電装置の容量を大きくすると充電時間が長くなり、いったん蓄電装置が放電してしまうと、処理装置が稼動できる電圧が確立されるまでに長い時間が必要になる。このため、例えば太陽電池を用いた装置においては、いったん停止すると、次に明るい環境になって発電が行われても装置がスタートするまでに時間がかかることになる。
【０００５】
このような状況において、処理装置のスタート時間を短縮するために幾つかの回路が考えられている。図８は、その一例を示すものであって、特開平９−２６４９７１号公報「電力制御装置、発電装置および電子機器」に記載されている太陽電池を備えた携帯型の電子機器（電子時計）を示すブロック図である。図８の電子時計は、太陽光のエネルギーを電力に変換する太陽電池５０１と、この太陽電池５０１から供給された電力を大容量の蓄電装置５１３および計時装置などの処理装置５０９に供給する電力制御部５２０を備えている。蓄電装置５１３は、電気２重層型などの大容量のコンデンサ５０２によって構成されていて、直列に接続された２つのダイオード５２１および５２２と、一方のダイオード５２１をバイパスするスイッチ５２３と、ダイオード５２１および５２２の両方をバイパスするスイッチ５２４とを介してＶＤＤ電圧に接地されている。ここで、この図に示す電子時計は、高電圧側ＶＤＤが接地電圧（基準電圧）となっている。
【０００６】
ダイオード５２９は、太陽電池５０１が発電を行っていない状態でコンデンサ５０２から放電された電圧が太陽電池５０１に印加されないように、太陽電池５０１とコンデンサ５０２のＶＳＳ電圧（低電圧）側の端子との間に設置されたものであって、コンデンサ５０２から太陽電池５０１への逆電流を防止している。さらに、太陽電池５０１に対し小容量のコンデンサ５０３からなる補助蓄電装置５１６から電流が逆流しないようにダイオード５１７が設置されている。スイッチ５１８は、蓄電装置５１３から補助蓄電装置５１６へ放電制御を行うためのスイッチである。リミットスイッチ５１９は、太陽電池５０１から供給される電圧が高くなりすぎた場合に備えて、高電圧側ＶＤＤと低電圧側ＶＳＳを短絡するものであり、蓄電装置５１３への過充電を防止し、処理装置５０９などに高電圧が印加されないようになっている。
【０００７】
制御回路５３０は、電圧制御部５２０内の諸電圧を監視してスイッチ類を制御する制御回路である。制御回路５３０は、蓄電装置５１３の高電圧側の電圧ＶＳＣＰ、低電圧側の電圧ＶＳＣＮ 、処理装置５０９に供給される電圧ＶＳＳ等を検出し、ダイオード５２１および５２２をバイパスするためのスイッチ５２３および５２４のそれぞれを制御する制御信号、蓄電装置５１３から補助蓄電装置５１６へ放電制御を行うスイッチ５１８を制御する制御信号、およびリミットスイッチ５１９を制御する制御信号を出力する。
【０００８】
以上のような構成においては、蓄電装置５１３の充電電圧ＶＳＣは、その端子電圧である高電位側の電圧ＶＳＣＰ と低電位側の電圧ＶＳＣＮ の差になるが、蓄電装置５１３に殆ど電荷が蓄積されておらず、充電電圧ＶＳＣがほぼ０Ｖの状態で太陽電池５０１に光が照射された場合、スイッチ５２３および５２４をオフし、太陽電池５０１から供給された電力をダイオード５２１および５２２の順方向バイアス電圧によって降下させた後、蓄電装置５１３に供給する。これによって、ダイオード５２１および５２２による電圧降下が発生するので、その電圧降下の分だけ、処理装置５０９へ印加される電圧を上昇させることができる。一方、コンデンサ５０２の充電電圧ＶＳＣが徐々に増大し、所定の設定電圧に達した場合、スイッチ５２３、スイッチ５２４を順にオンすることで、ダイオード５２１および５２２をバイパスし、コンデンサ５０２への充電電圧ＶＳＣを増大させる制御が行われる。
【０００９】
なお、図８に示す従来例では、処理装置５０９の印加電圧の上昇手段として２個のダイオード５２１および５２２を用いているが、他の回路構成として、ダイオード５２１、５２２に代えて抵抗素子を用いることも可能である（例えば、米国特許５００１６８５号、同第４７３０２８７号等参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の例においては、発電開始時に時計駆動回路等の処理装置への印加電圧を増大させるための手段として、ダイオード、抵抗等の電圧降下手段を、二次電源となるコンデンサと接地電圧ＶＤＤとの間に介在させ、さらに、コンデンサの充電電圧（図８のＶＳＣＰ，ＶＳＣＮ間の電圧）を検出するための配線をコンデンサの端子に接続して設けている。このような構成においては、二次電源の一方の端子（図８の端子Ａ）を、接地電圧ＶＤＤから絶縁する必要があるとともに、制御回路、時計駆動回路等を搭載する回路基板に対して、端子Ａの電圧を供給するための電源線を接地電圧ＶＤＤから絶縁した状態で供給する必要がある。
【００１１】
図９は、電子時計における回路基板の搭載状態を示す部分断面図である。図９において、二次電源（コンデンサ５０２）は回路基板６０１とは別に設けられていて、コンデンサ５０２の一方の端子Ａは、例えば接点バネ等の接続部材６０２によって回路基板６０１上の所定の接点に接続されている。回路基板６０１は、接地電圧ＶＤＤの電位を有するステンレス等の導電材からなる回路押え板６０３と、絶縁部材からなる回路スペーサ６０４とに挟まれた状態で、回路スペーサ６０４に圧入されている圧入部材６０５とねじ６０６によって固定されている。また、回路基板６０１と回路押え板６０３の間には、回路基板６０１上の配線を接地電圧ＶＤＤから絶縁するための絶縁材からなる回路絶縁板６０７が設けられている。そして、回路スペーサ６０４には地板６０８が圧入部材６０５によって固定されていて、さらに地板６０８は回路ケース６０９によって固定されるようになっている。
【００１２】
上記のように、二次電源（コンデンサ５０２）の一方の端子（端子Ａ）を接点バネ等（波線６０２の部分）によって回路基板６０１上の所定の接点に接続する構成を用いた場合、例えば、衝撃によって導通部材の接触抵抗が変化するため、二次電源の電源電位が不安定になる可能性がある。また、回路基板６０１上には、二次電源の電源線から信号線や接地点を絶縁するための絶縁機構や沿面距離等の接地空間の確保が必要となるので、回路基板６０１の小型化に支障があった。このため、例えば、女性用のアナログ電子時計等には、上記のような電圧上昇のための構成を採用することができないという課題があった。また、二次電源の接地電圧（ＶＤＤ）側の端子Ａが、接地電圧ＶＤＤとは異なる電圧を持つので、二次電源の正極端子や接続部材６０２を、接地点に直接接続することができないばかりか、接地点から絶縁するための絶縁手段を設ける必要があるという課題があった。
【００１３】
さらに、図８に示すように、電圧降下を発生させる回路をダイオードを用いて構成した場合、スイッチ５２３、５２４をオフした状態で、かつ非発電状態のときには、ダイオード５２１、５２２に電流が流れないので、電圧ＶＳＣＰの検出端子および配線がハイインピーダンス状態となり、ノイズの影響を受けやすくなるという課題があった。
【００１４】
本発明は、上述した事情に鑑み、発電開始時の電圧上昇機能を備えるとともに、二次電源の接地電圧側端子を直接接地可能とすることができる発電機を持つ電子時計の充電装置、電子時計、及び充電装置の制御方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発電機を持つ電子時計の充電装置は、一又は複数の外部エネルギーを取り込み、それらを電気エネルギーに変換する発電機と、発電機によって得られた電気エネルギーを蓄電する蓄電手段からなる充電装置と、発電機によって得られた電気エネルギー又は蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーによって駆動され、計時動作を行う時計回路と、時計回路による計時情報を表示する表示手段とを備える電子時計において、時計回路が、蓄電手段と並列に接続されていて、蓄電手段が、電荷を蓄積する等価的容量成分と、等価的容量成分の構成部材によって形成される抵抗成分とからなり、その抵抗成分の充電電流による電圧降下が、前記発電機が所定値以上の発電電流を出力したときに、発電機によって時計回路に印加される電圧がその時計回路が動作を開始する電圧以上になるように、その抵抗値が設定されていることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項２記載の発明は、前記抵抗成分の抵抗値が、前記時計回路の動作開始電圧を前記時計回路の動作開始時点の前記発電機の発電電流で除した値以上又は前記時計回路の動作開始電圧からその時計回路停止時の前記蓄電手段の残存充電電圧を引いた値を前記時計回路の動作開始時点の前記発電機の発電電流で除した値以上に設定されていることを特徴としている。請求項３記載の発明は、 前記発電機が、ソーラ、電磁、熱、又はピエゾによる発電機を有して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、前記蓄電手段が、等価的に、直列に接続された各１個の容量成分と抵抗成分とから形成されていることを特徴としている。請求項５記載の発明は、前記蓄電手段が、等価的に、直列に接続された各１個の容量成分と抵抗成分とが複数組並列に接続されたものから形成されていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項６記載の発明は、前記蓄電手段が、リチウム塩を溶解した有機溶媒の電解液と、酸化チタンを用いた負極活性物と、酸化マンガンを用いた正極活性物とから形成されるリチウム二次電池であることを特徴としている。また、請求項７記載の発明は、前記蓄電手段が、リチウム塩を溶解した有機溶媒の電解液と、炭素材を用いた負極活性物と、チタン酸リチウムを用いた正極活性物とから形成されるリチウム二次電池であることを特徴としている。請求項８記載の発明は、前記蓄電手段が、電解コンデンサから形成されることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項９記載の発明は、前記発電機が交流発電機からなり、前記蓄電手段の充電時定数が発電電流の半波又は全波整流波形の１周期以下であることを特徴としている。請求項１０記載の発明は、前記蓄電手段の一方の端子が、前記発電機、前記時計回路、及び蓄電手段に対して共通の接地電位となる電位を有する導電性の取り付け部材に接地されていることを特徴としている。また、請求項１１記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の充電装置を有する電子時計である。また、請求項１２記載の発明は、一又は複数の外部エネルギーを取り込み、それらを電気エネルギーに変換する発電機と、発電機によって得られた電気エネルギーを蓄電する蓄電手段からなる充電装置と、発電機によって得られた電気エネルギー又は蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーによって駆動され、計時動作を行う時計回路と、時計回路による計時情報を表示する表示手段とを備える発電機を持つ電子時計の充電装置の制御方法において、時計回路を、蓄電手段と並列に接続し、蓄電手段を、電荷を蓄積する等価的容量成分と、等価的容量成分の構成部材によって形成される抵抗成分とから形成し、その抵抗成分の抵抗値によって、前記発電機が所定値以上の発電電流を出力したときに、発電機によって時計回路に印加される電圧がその時計回路が動作を開始する電圧以上になるように、発電機から蓄電手段への充電電流による電圧降下を発生させることを特徴とする発電機を持つ電子時計の充電装置の制御方法である。
【００１９】
また、請求項１３記載の発明は、 一又は複数の外部エネルギーを取り込み、それらを電気エネルギーに変換する発電機と、前記発電機によって得られた電気エネルギーを蓄電する蓄電手段を有する充電装置と、前記発電機によって得られた電気エネルギー又は前記蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーによって駆動され、計時動作を行う時計回路と、前記時計回路による計時情報を表示する表示手段とを備える発電機を持つ電子時計の充電装置において、前記時計回路が前記蓄電手段と並列に接続されており、前記蓄電手段は、少なくとも電荷を蓄積する等価的容量成分と、該等価的容量成分の構成部材によって形成される抵抗成分とを有し、前記蓄電手段における前記時計回路に供給する電圧が前記時計回路の動作開始電圧未満であり、前記時計回路が動作停止している場合に、前記発電機の発電によって前記蓄電手段に充電電流が流れた際に、前記蓄電手段が、少なくとも前記抵抗成分によってもたらされる電圧差を利用して前記時計回路の動作開始電圧以上の電圧を前記時計回路に供給することを特徴としている。また、請求項１４記載の発明は、一又は複数の外部エネルギーを取り込み、それらを電気エネルギーに変換する発電機と、前記発電機によって得られた電気エネルギーを蓄電する蓄電手段からなる充電装置と、前記発電機によって得られた電気エネルギー又は前記蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーによって駆動され、計時動作を行う時計回路と、前記時計回路による計時情報を表示する表示手段とを備える発電機を持つ電子時計の充電装置の制御方法において、前記時計回路を、前記蓄電手段と並列に接続し、前記蓄電手段を、少なくとも電荷を蓄積する等価的容量成分と、該等価的容量成分の構成部材によって形成される抵抗成分とから構成し、前記蓄電手段における前記時計回路に供給する電圧が前記時計回路の動作開始電圧未満であり、前記時計回路が動作停止している場合に、前記発電機の発電によって前記蓄電手段に充電電流が流れた際に、前記蓄電手段によって、少なくとも前記抵抗成分によってもたらされる電圧差を利用して前記時計回路の動作開始電圧以上の電圧を前記時計回路に供給させることを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明による電子時計の一実施形態を示すブロック図である。図１に示す電子時計は、腕時計であって、使用者は時計装置本体に連結されたベルトを手首に巻き付けて使用するようになっている。発電機１００は、ソーラ、電磁、熱、またはピエゾによる発電効果を利用した発電機から構成されている。発電機１００には、発電機１００が発電した電力を蓄電する二次電源ＳＳが逆流防止用ダイオードＤ１を介して接続されている。二次電源ＳＳの一方の端子は、発電機１００の正側出力端子、時計駆動回路２００の正側電源端子等と共通の接地電圧ＶＤＤに直接接続され、他方の端子は、時計駆動回路２００の低電位側電源電圧ＶＳＳの端子に接続されている。なお、この例では、二次電源ＳＳの高電位側の電圧ＶＤＤ（高電位側電圧）を接地（基準）電位ＧＮＤとし、低電位側の電圧をＶＳＳとしている。ただし、他の構成として、電圧ＶＳＳを接地電位ＧＮＤとしてもよい。
【００２１】
時計駆動回路２００は、例えば３２ｋＨｚの振動周波数を持つ水晶発振子ＸＴＡＬによって発振したクロックに基づいて時刻を計時し、時針、分針等からなるアナログ表示回路または液晶ディジタル表示回路からなる時計表示手段３００の駆動制御を行う。また、時計駆動回路２００は、発電機１００による発電電圧が所定の電圧を越えた場合に、それを検出し、信号ＬＩＭをローレベルにすることで、発電機１００の両出力端に並列に接続されているスイッチＳ１をオンにし、発電機１００の出力端子間を短絡して、二次電源ＳＳや他の回路に高電圧が印加されないように制限を掛けるリミット制御を行う。この場合、スイッチＳ１は、ＰチャネルＭＯＳ（金属酸化物半導体）トランジスタによって構成されている。なお、時計駆動回路２００には、電圧ＶＤＤと電圧ＶＳＳを高電位および低電位とする電源電圧が印加され、それらの電源電圧端子には、二次電源ＳＳと補助コンデンサＣＢが並列に接続されている。
【００２２】
二次電源ＳＳは、例えば、リチウム二次電池からなり、等価的には、電荷を充電するための容量成分Ｃと、等価的容量成分Ｃの構成部材によって形成される抵抗成分Ｒとから構成されている。リチウム二次電池は、有機系（リチウム）溶剤を電解液として用いるものであって、例えば他のＮｉ−Ｃｄ二次電池等の水系（ＫＯＨ＋Ｈ２Ｏ）の電解液を用いる二次電池に比べ、抵抗成分Ｒが大きな値をとる特性を有している。本発明は、この二次電源ＳＳ自体が構造上有している抵抗成分Ｒを、例えば図８に示すダイオード５２１、５２２の代わりとして用い、この抵抗成分Ｒで生じる発電機１００からの充電電流による電圧降下によって発電開始時（二次電源ＳＳの充電電圧低下時）に時計駆動回路２００に印加される電圧を上昇させることを主要な特徴とするものである。
【００２３】
二次電源ＳＳとしては、上述した有機系溶剤を電解液として用いるリチウム二次電池が適しているが、特に、リチウム塩を溶解した有機溶媒の電解液と、酸化チタンを用いた負極活性物と、酸化マンガンを用いた正極活性物とから形成されるリチウム二次電池（特公昭６３−１７０８号公報「有機電解液二次電池」参照）や、リチウム塩を溶解した有機溶媒の電解液と、炭素材を用いた負極活性物と、チタン酸リチウムを用いた正極活性物とから形成されるリチウム二次電池（特開平１０−６４５９２号公報「リチウム二次電池」参照）が、抵抗成分Ｒを大きくすることができるという特性を有しており、これらの構成を有するリチウム二次電池が、本発明の二次電源ＳＳとして用いるのに好適である。また、他の構成としては、二次電源ＳＳとして電解液を利用するスーパーコンデンサ等の電解コンデンサを用いることも可能である。
【００２４】
二次電源ＳＳは、図２（ａ）に示すように、等価的に、直列に接続された各１個の容量成分Ｃと抵抗成分Ｒとから形成するようにしてもよいし、図２（ｂ）に示すように、等価的に、直列に接続された各１個の容量成分Ｃ１〜Ｃｎと抵抗成分Ｒ１〜Ｒｎとを複数組（ｎ組）並列に接続するものから形成してもよい。
【００２５】
抵抗成分Ｒの抵抗値は、止まった時計を駆動させる、すなわち発電機１００が非発電状態にあり、かつ二次電源ＳＳの充電電圧が時計駆動回路２００を駆動するに十分でない値に低下した状態の時計を駆動させるために、発電機１００の起動時（発電開始時）において、図３（ａ）に示すように、二次電源ＳＳの抵抗成分Ｒによって時計駆動回路２００への印加電圧（ＶＤＤ−ＶＳＳ間の電圧）を、時計駆動回路２００が駆動可能な電圧（図中波線で示した電圧＝最低駆動電圧）まで上昇させることができる値に設定する。図３（ｂ）は、参考に、図３（ａ）と同様な発電状態で、充電抵抗成分がない場合（図１において抵抗成分Ｒを除いた構成）における時計駆動回路２００の印加電圧の時間変化を示したものである。抵抗成分Ｒの抵抗値としては、時計駆動回路２００における発振開始電圧、時計停止時の二次電源ＳＳの電圧残量、および時計起動時の発電機１００の発電電流の各値に基づいて、抵抗値Ｒ［Ω］＝（発振開始電圧［Ｖ］−時計の停止時の残留電圧［Ｖ］）／発電電流［Ａ］の関係から設定することが可能である。例えば、発振開始電圧が０．７Ｖ、時計の停止時の残留電圧が０．１Ｖ、発電電流が０．００６Ａであるとすると、抵抗値は１００Ωと求められる。この場合、抵抗成分Ｒの抵抗値を１００Ωに設定することで、時計停止状態からの迅速な起動が可能となる。
【００２６】
なお、上記の関係式における時計の停止時の残留電圧の項は、例えば常に０Ｖとする場合には省略可能である。また、抵抗値は、上記の関係式で求められる値以上の値であれば、起動時において、時計駆動回路２００の印加電圧を最低駆動電圧以上にすることが可能になる。ただし、抵抗成分Ｒの値が大きくなるほど、容量成分Ｃに印加される電圧は低くなるので、充電がしにくくなる。したがって、抵抗値の設定は、上記の値からある程度の範囲内に設定することが望ましい。また、上記の条件は、発電能力が高い発電機を用いれば、抵抗成分Ｒの値を小さくすることができ、一方、発電能力が低いものに関しては抵抗成分Ｒの値を大きくすることで、起動時の電圧を確保できることを示している。なお、上記の条件では、抵抗値が１００Ω以上あれば二次電源の電圧が０Ｖ付近であっても即刻起動を掛けることが可能となっているが、１００Ω程度抵抗値の抵抗成分は、上記酸化チタンと酸化マンガンを用いたリチウム二次電池や、炭素材とチタン酸リチウムを用いるリチウム二次電池のどちらにおいても実現可能な値である。
【００２７】
なお、図１に示す構成では、二次電源ＳＳと補助コンデンサＣＢを並列に接続しているが、二次電源ＳＳと補助コンデンサＣＢの間に例えば複数のコンデンサとスイッチとからなるチャージポンプ回路によって構成される昇降圧回路を設けて、二次電源ＳＳの充電電圧あるいは発電機１００の発電電圧を昇圧あるいは降圧し、その電圧を補助コンデンサＣＢおよび時計駆動回路２００に印加するようにしてもよい。この場合、昇降圧回路は、二次電源ＳＳのＶＳＳ側端子と、補助コンデンサＣＢのＶＳＳ側端子の電圧を昇降圧するように設けるようにすれば、接地電圧ＶＤＤ側の接続は変更する必要がない。
【００２８】
以上のように、図１に示した本発明による実施形態によれば、二次電源ＳＳが構造上有する抵抗成分を用いて、起動時に必要な電圧降下を発生させるので、図８を参照して説明した従来の技術で用いていたコンデンサ５０２の端子電圧ＶＳＣＰの検出に用いる接続、および電源線を省略することが可能となる。ここで、図４を参照して、図１に示す電子時計における二次電源ＳＳの接続方法について説明する。図４において、図９に示すものと同一の構成には同一の符号を付けて説明を省略する。本実施の形態においては、二次電源ＳＳの高電圧側（正側）端子を直接ＶＤＤ電圧点に接地することが可能となる。したがって、二次電源ＳＳの高電圧側（正側）端子Ｂを直接または剛性の高い接続端子もしくはねじ等を用いた固定部材（符号４０１で示す波線部分）を用いて、回路押え板６０３に電気的に直接接続することが可能である。また、回路基板６０１ａ上では、図８の従来の構成において必要としていた端子電圧ＶＳＣＰの電源線の配線が不要となるので、絶縁に要する基板上の面積を節約することができ、さらに、端子電圧ＶＳＣＰを検出するための接点バネの相手側となる接点を省略することができるので、従来に比べ回路基板６０１ａの小型化を図ることが可能となる。
【００２９】
次に、図５および図６を参照して、図１に示す本発明の実施の形態の詳細構成例、または変形例について説明する。図５は、図１の発電機１００の構成の一例を具体的に示したブロック図である。図５においては、図１の発電機１００の部分に、ソーラ発電機（太陽電池）１０１を設けている。また、他の光発電、熱発電等の直流発電機を用いる場合も、同様にそのまま図１の発電機１００をそれらの具体的な構成に代えるだけでよい。
【００３０】
図６は、図１の発電機１００を、電磁発電、ピエゾ発電等の交流発電機１０２に変更する場合の構成を示すブロック図である。この場合、交流発電機１０２の発電電圧を４個のダイオードＤ２〜Ｄ５からなる全波整流回路を用いて整流し、直流に変換している。ここでは図１の逆流防止ダイオードＤ１は不要である。また、リミット制御用のスイッチＳ１のドレインに対して共にアノードを接続し、カソードをそれぞれ交流発電機１０２の両方の出力端子に接続したダイオードＤ６とダイオードＤ７を設けることで、スイッチＳ１による交流発電機１０２の出力端の短絡動作を可能としている。
【００３１】
図７は、図６に示す交流発電機１０２を磁界発電による発電機とした場合の全波整流後の発電電流の時間変化を示す図である。図７に示すように、交流発電の場合、発電電流が周期的に変動する。したがって、二次電源ＳＳの充電の時定数は、この発電電流の変化（全波または半端整流後の周期）に応答できる範囲内の大きさであることが望ましい。例えば、図示するように交流発電電流の全波整流波形のゼロクロスの間隔が１ｍｓである場合、二次電源ＳＳの等価的容量成分Ｃと抵抗成分Ｒに基づく時定数ＲラＣは１ｍｓ以下であることが望ましい。
【００３２】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、電圧上昇用のダイオードや抵抗を省略することができるとともに、二次電源の充電電圧検出用の電源線およびその電源線接続用の接続手段を省略することができるので、（１）従来の回路に設けられていた端子電圧ＶＳＣＰの電源線が無くなることにより回路基板上の回路ブロックのスペース効率を向上させることができ、（２）同電源線が無くなることによりＶＤＤ電位を有する外装部材に対する回路基板上または回路基板との接続部において従来必要としていた絶縁フィルム等の絶縁部材を省略することが可能となり、（３）二次電源の正側端子の外装部材（ＶＤＤ電圧）に対する絶縁が不要となり、そして、（４）端子電圧ＶＳＣＰの電源線における電位の変動やノイズによる影響を受けることがなくなることにより、ノイズによる回路全体での誤作動の発生の可能性を減少させることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子時計の一実施形態を示すブロック図
【図２】図１の二次電源ＳＳの２種類の構成例（ａ），（ｂ）を示す等価回路図
【図３】図１の実施形態における時計駆動回路２００の印加電圧の変化（ａ）と、比較のための充電用の抵抗成分Ｒが無い場合の印加電圧の変化（ｂ）を示す図
【図４】図１の電子時計の一部構造の概略を示す断面図
【図５】図１の発電機１００に具体例（ソーラ発電機１０１）を用いた場合の構成を示すブロック図
【図６】図１の実施形態の変形例を示すブロック図
【図７】図６の実施形態における発電電流の時間変化を示す波形図
【図８】従来の電子時計の構成を示すブロック図
【図９】図８の電子時計の一部構造の概略を示す断面図
【符号の説明】
１００ 発電機
１０１ ソーラ発電機
１０２ 交流発電機
２００ 時計駆動回路
３００ 時計表示手段
ＳＳ 二次電源
Ｒ 抵抗成分
Ｃ 等価的容量成分
Ｄ１ 逆流防止用ダイオード
６０１ａ 回路基板
【発明の属する技術分野】
本発明は、一又は複数の外部エネルギーを取り込み、それらを電気エネルギーに変換する発電機と、その発電機で得られた電気エネルギーを蓄電するための蓄電手段とを備える発電機を持つ電子時計の充電装置、電子時計、及び充電装置の制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
腕時計などの小型の電子時計においては、時刻を計測するための計時回路や運針機構に連結されたモータを駆動させる駆動回路からなる時計駆動回路の他に、発電機を内蔵し電池交換なしに動作するものが実現されている。これらの電子時計においては、発電機で発生した電力をいったんコンデンサ等の二次電源などに充電する機能を備えており、発電が行われないときは二次電源から放電される電力で時刻表示が行われるようになっている。このため、電池なしでも長時間安定した動作が可能であり、電池の交換の手間あるいは電池の廃棄上の問題などを考慮すると、今後、多くの電子時計に発電機が内蔵されるものと期待されている。
【０００３】
腕時計などに内蔵される発電機には、照射された光を電気エネルギーに変換する太陽電池、ユーザの腕の動きなどを捉えて運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電システムなどがある。これらの発電機はユーザの周囲のエネルギーを電気エネルギーに変換して使用するという面では非常に優れているが、利用可能なエネルギー密度が低く、さらに、継続したエネルギーが得られないという問題がある。従って、継続した発電は行われず、その間は二次電源に蓄積された電力で電子時計は動作する。
【０００４】
例えば、太陽電池を用いた電子機器においては、夜間は太陽電池から電力が供給されないため、蓄電装置を放電させて処理装置を稼動させることになる。従って、発電装置から電力が供給されない場合に備えて蓄電装置の容量を大きくすることが望ましい。しかしながら、蓄電装置の容量を大きくすると充電時間が長くなり、いったん蓄電装置が放電してしまうと、処理装置が稼動できる電圧が確立されるまでに長い時間が必要になる。このため、例えば太陽電池を用いた装置においては、いったん停止すると、次に明るい環境になって発電が行われても装置がスタートするまでに時間がかかることになる。
【０００５】
このような状況において、処理装置のスタート時間を短縮するために幾つかの回路が考えられている。図８は、その一例を示すものであって、特開平９−２６４９７１号公報「電力制御装置、発電装置および電子機器」に記載されている太陽電池を備えた携帯型の電子機器（電子時計）を示すブロック図である。図８の電子時計は、太陽光のエネルギーを電力に変換する太陽電池５０１と、この太陽電池５０１から供給された電力を大容量の蓄電装置５１３および計時装置などの処理装置５０９に供給する電力制御部５２０を備えている。蓄電装置５１３は、電気２重層型などの大容量のコンデンサ５０２によって構成されていて、直列に接続された２つのダイオード５２１および５２２と、一方のダイオード５２１をバイパスするスイッチ５２３と、ダイオード５２１および５２２の両方をバイパスするスイッチ５２４とを介してＶＤＤ電圧に接地されている。ここで、この図に示す電子時計は、高電圧側ＶＤＤが接地電圧（基準電圧）となっている。
【０００６】
ダイオード５２９は、太陽電池５０１が発電を行っていない状態でコンデンサ５０２から放電された電圧が太陽電池５０１に印加されないように、太陽電池５０１とコンデンサ５０２のＶＳＳ電圧（低電圧）側の端子との間に設置されたものであって、コンデンサ５０２から太陽電池５０１への逆電流を防止している。さらに、太陽電池５０１に対し小容量のコンデンサ５０３からなる補助蓄電装置５１６から電流が逆流しないようにダイオード５１７が設置されている。スイッチ５１８は、蓄電装置５１３から補助蓄電装置５１６へ放電制御を行うためのスイッチである。リミットスイッチ５１９は、太陽電池５０１から供給される電圧が高くなりすぎた場合に備えて、高電圧側ＶＤＤと低電圧側ＶＳＳを短絡するものであり、蓄電装置５１３への過充電を防止し、処理装置５０９などに高電圧が印加されないようになっている。
【０００７】
制御回路５３０は、電圧制御部５２０内の諸電圧を監視してスイッチ類を制御する制御回路である。制御回路５３０は、蓄電装置５１３の高電圧側の電圧ＶＳＣＰ、低電圧側の電圧ＶＳＣＮ 、処理装置５０９に供給される電圧ＶＳＳ等を検出し、ダイオード５２１および５２２をバイパスするためのスイッチ５２３および５２４のそれぞれを制御する制御信号、蓄電装置５１３から補助蓄電装置５１６へ放電制御を行うスイッチ５１８を制御する制御信号、およびリミットスイッチ５１９を制御する制御信号を出力する。
【０００８】
以上のような構成においては、蓄電装置５１３の充電電圧ＶＳＣは、その端子電圧である高電位側の電圧ＶＳＣＰ と低電位側の電圧ＶＳＣＮ の差になるが、蓄電装置５１３に殆ど電荷が蓄積されておらず、充電電圧ＶＳＣがほぼ０Ｖの状態で太陽電池５０１に光が照射された場合、スイッチ５２３および５２４をオフし、太陽電池５０１から供給された電力をダイオード５２１および５２２の順方向バイアス電圧によって降下させた後、蓄電装置５１３に供給する。これによって、ダイオード５２１および５２２による電圧降下が発生するので、その電圧降下の分だけ、処理装置５０９へ印加される電圧を上昇させることができる。一方、コンデンサ５０２の充電電圧ＶＳＣが徐々に増大し、所定の設定電圧に達した場合、スイッチ５２３、スイッチ５２４を順にオンすることで、ダイオード５２１および５２２をバイパスし、コンデンサ５０２への充電電圧ＶＳＣを増大させる制御が行われる。
【０００９】
なお、図８に示す従来例では、処理装置５０９の印加電圧の上昇手段として２個のダイオード５２１および５２２を用いているが、他の回路構成として、ダイオード５２１、５２２に代えて抵抗素子を用いることも可能である（例えば、米国特許５００１６８５号、同第４７３０２８７号等参照）。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来の例においては、発電開始時に時計駆動回路等の処理装置への印加電圧を増大させるための手段として、ダイオード、抵抗等の電圧降下手段を、二次電源となるコンデンサと接地電圧ＶＤＤとの間に介在させ、さらに、コンデンサの充電電圧（図８のＶＳＣＰ，ＶＳＣＮ間の電圧）を検出するための配線をコンデンサの端子に接続して設けている。このような構成においては、二次電源の一方の端子（図８の端子Ａ）を、接地電圧ＶＤＤから絶縁する必要があるとともに、制御回路、時計駆動回路等を搭載する回路基板に対して、端子Ａの電圧を供給するための電源線を接地電圧ＶＤＤから絶縁した状態で供給する必要がある。
【００１１】
図９は、電子時計における回路基板の搭載状態を示す部分断面図である。図９において、二次電源（コンデンサ５０２）は回路基板６０１とは別に設けられていて、コンデンサ５０２の一方の端子Ａは、例えば接点バネ等の接続部材６０２によって回路基板６０１上の所定の接点に接続されている。回路基板６０１は、接地電圧ＶＤＤの電位を有するステンレス等の導電材からなる回路押え板６０３と、絶縁部材からなる回路スペーサ６０４とに挟まれた状態で、回路スペーサ６０４に圧入されている圧入部材６０５とねじ６０６によって固定されている。また、回路基板６０１と回路押え板６０３の間には、回路基板６０１上の配線を接地電圧ＶＤＤから絶縁するための絶縁材からなる回路絶縁板６０７が設けられている。そして、回路スペーサ６０４には地板６０８が圧入部材６０５によって固定されていて、さらに地板６０８は回路ケース６０９によって固定されるようになっている。
【００１２】
上記のように、二次電源（コンデンサ５０２）の一方の端子（端子Ａ）を接点バネ等（波線６０２の部分）によって回路基板６０１上の所定の接点に接続する構成を用いた場合、例えば、衝撃によって導通部材の接触抵抗が変化するため、二次電源の電源電位が不安定になる可能性がある。また、回路基板６０１上には、二次電源の電源線から信号線や接地点を絶縁するための絶縁機構や沿面距離等の接地空間の確保が必要となるので、回路基板６０１の小型化に支障があった。このため、例えば、女性用のアナログ電子時計等には、上記のような電圧上昇のための構成を採用することができないという課題があった。また、二次電源の接地電圧（ＶＤＤ）側の端子Ａが、接地電圧ＶＤＤとは異なる電圧を持つので、二次電源の正極端子や接続部材６０２を、接地点に直接接続することができないばかりか、接地点から絶縁するための絶縁手段を設ける必要があるという課題があった。
【００１３】
さらに、図８に示すように、電圧降下を発生させる回路をダイオードを用いて構成した場合、スイッチ５２３、５２４をオフした状態で、かつ非発電状態のときには、ダイオード５２１、５２２に電流が流れないので、電圧ＶＳＣＰの検出端子および配線がハイインピーダンス状態となり、ノイズの影響を受けやすくなるという課題があった。
【００１４】
本発明は、上述した事情に鑑み、発電開始時の電圧上昇機能を備えるとともに、二次電源の接地電圧側端子を直接接地可能とすることができる発電機を持つ電子時計の充電装置、電子時計、及び充電装置の制御方法を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１記載の発電機を持つ電子時計の充電装置は、一又は複数の外部エネルギーを取り込み、それらを電気エネルギーに変換する発電機と、発電機によって得られた電気エネルギーを蓄電する蓄電手段からなる充電装置と、発電機によって得られた電気エネルギー又は蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーによって駆動され、計時動作を行う時計回路と、時計回路による計時情報を表示する表示手段とを備える電子時計において、時計回路が、蓄電手段と並列に接続されていて、蓄電手段が、電荷を蓄積する等価的容量成分と、等価的容量成分の構成部材によって形成される抵抗成分とからなり、その抵抗成分の充電電流による電圧降下が、前記発電機が所定値以上の発電電流を出力したときに、発電機によって時計回路に印加される電圧がその時計回路が動作を開始する電圧以上になるように、その抵抗値が設定されていることを特徴としている。
【００１６】
また、請求項２記載の発明は、前記抵抗成分の抵抗値が、前記時計回路の動作開始電圧を前記時計回路の動作開始時点の前記発電機の発電電流で除した値以上又は前記時計回路の動作開始電圧からその時計回路停止時の前記蓄電手段の残存充電電圧を引いた値を前記時計回路の動作開始時点の前記発電機の発電電流で除した値以上に設定されていることを特徴としている。請求項３記載の発明は、 前記発電機が、ソーラ、電磁、熱、又はピエゾによる発電機を有して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、前記蓄電手段が、等価的に、直列に接続された各１個の容量成分と抵抗成分とから形成されていることを特徴としている。請求項５記載の発明は、前記蓄電手段が、等価的に、直列に接続された各１個の容量成分と抵抗成分とが複数組並列に接続されたものから形成されていることを特徴としている。
【００１７】
また、請求項６記載の発明は、前記蓄電手段が、リチウム塩を溶解した有機溶媒の電解液と、酸化チタンを用いた負極活性物と、酸化マンガンを用いた正極活性物とから形成されるリチウム二次電池であることを特徴としている。また、請求項７記載の発明は、前記蓄電手段が、リチウム塩を溶解した有機溶媒の電解液と、炭素材を用いた負極活性物と、チタン酸リチウムを用いた正極活性物とから形成されるリチウム二次電池であることを特徴としている。請求項８記載の発明は、前記蓄電手段が、電解コンデンサから形成されることを特徴としている。
【００１８】
また、請求項９記載の発明は、前記発電機が交流発電機からなり、前記蓄電手段の充電時定数が発電電流の半波又は全波整流波形の１周期以下であることを特徴としている。請求項１０記載の発明は、前記蓄電手段の一方の端子が、前記発電機、前記時計回路、及び蓄電手段に対して共通の接地電位となる電位を有する導電性の取り付け部材に接地されていることを特徴としている。また、請求項１１記載の発明は、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の充電装置を有する電子時計である。また、請求項１２記載の発明は、一又は複数の外部エネルギーを取り込み、それらを電気エネルギーに変換する発電機と、発電機によって得られた電気エネルギーを蓄電する蓄電手段からなる充電装置と、発電機によって得られた電気エネルギー又は蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーによって駆動され、計時動作を行う時計回路と、時計回路による計時情報を表示する表示手段とを備える発電機を持つ電子時計の充電装置の制御方法において、時計回路を、蓄電手段と並列に接続し、蓄電手段を、電荷を蓄積する等価的容量成分と、等価的容量成分の構成部材によって形成される抵抗成分とから形成し、その抵抗成分の抵抗値によって、前記発電機が所定値以上の発電電流を出力したときに、発電機によって時計回路に印加される電圧がその時計回路が動作を開始する電圧以上になるように、発電機から蓄電手段への充電電流による電圧降下を発生させることを特徴とする発電機を持つ電子時計の充電装置の制御方法である。
【００１９】
また、請求項１３記載の発明は、 一又は複数の外部エネルギーを取り込み、それらを電気エネルギーに変換する発電機と、前記発電機によって得られた電気エネルギーを蓄電する蓄電手段を有する充電装置と、前記発電機によって得られた電気エネルギー又は前記蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーによって駆動され、計時動作を行う時計回路と、前記時計回路による計時情報を表示する表示手段とを備える発電機を持つ電子時計の充電装置において、前記時計回路が前記蓄電手段と並列に接続されており、前記蓄電手段は、少なくとも電荷を蓄積する等価的容量成分と、該等価的容量成分の構成部材によって形成される抵抗成分とを有し、前記蓄電手段における前記時計回路に供給する電圧が前記時計回路の動作開始電圧未満であり、前記時計回路が動作停止している場合に、前記発電機の発電によって前記蓄電手段に充電電流が流れた際に、前記蓄電手段が、少なくとも前記抵抗成分によってもたらされる電圧差を利用して前記時計回路の動作開始電圧以上の電圧を前記時計回路に供給することを特徴としている。また、請求項１４記載の発明は、一又は複数の外部エネルギーを取り込み、それらを電気エネルギーに変換する発電機と、前記発電機によって得られた電気エネルギーを蓄電する蓄電手段からなる充電装置と、前記発電機によって得られた電気エネルギー又は前記蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーによって駆動され、計時動作を行う時計回路と、前記時計回路による計時情報を表示する表示手段とを備える発電機を持つ電子時計の充電装置の制御方法において、前記時計回路を、前記蓄電手段と並列に接続し、前記蓄電手段を、少なくとも電荷を蓄積する等価的容量成分と、該等価的容量成分の構成部材によって形成される抵抗成分とから構成し、前記蓄電手段における前記時計回路に供給する電圧が前記時計回路の動作開始電圧未満であり、前記時計回路が動作停止している場合に、前記発電機の発電によって前記蓄電手段に充電電流が流れた際に、前記蓄電手段によって、少なくとも前記抵抗成分によってもたらされる電圧差を利用して前記時計回路の動作開始電圧以上の電圧を前記時計回路に供給させることを特徴としている。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明による電子時計の一実施形態を示すブロック図である。図１に示す電子時計は、腕時計であって、使用者は時計装置本体に連結されたベルトを手首に巻き付けて使用するようになっている。発電機１００は、ソーラ、電磁、熱、またはピエゾによる発電効果を利用した発電機から構成されている。発電機１００には、発電機１００が発電した電力を蓄電する二次電源ＳＳが逆流防止用ダイオードＤ１を介して接続されている。二次電源ＳＳの一方の端子は、発電機１００の正側出力端子、時計駆動回路２００の正側電源端子等と共通の接地電圧ＶＤＤに直接接続され、他方の端子は、時計駆動回路２００の低電位側電源電圧ＶＳＳの端子に接続されている。なお、この例では、二次電源ＳＳの高電位側の電圧ＶＤＤ（高電位側電圧）を接地（基準）電位ＧＮＤとし、低電位側の電圧をＶＳＳとしている。ただし、他の構成として、電圧ＶＳＳを接地電位ＧＮＤとしてもよい。
【００２１】
時計駆動回路２００は、例えば３２ｋＨｚの振動周波数を持つ水晶発振子ＸＴＡＬによって発振したクロックに基づいて時刻を計時し、時針、分針等からなるアナログ表示回路または液晶ディジタル表示回路からなる時計表示手段３００の駆動制御を行う。また、時計駆動回路２００は、発電機１００による発電電圧が所定の電圧を越えた場合に、それを検出し、信号ＬＩＭをローレベルにすることで、発電機１００の両出力端に並列に接続されているスイッチＳ１をオンにし、発電機１００の出力端子間を短絡して、二次電源ＳＳや他の回路に高電圧が印加されないように制限を掛けるリミット制御を行う。この場合、スイッチＳ１は、ＰチャネルＭＯＳ（金属酸化物半導体）トランジスタによって構成されている。なお、時計駆動回路２００には、電圧ＶＤＤと電圧ＶＳＳを高電位および低電位とする電源電圧が印加され、それらの電源電圧端子には、二次電源ＳＳと補助コンデンサＣＢが並列に接続されている。
【００２２】
二次電源ＳＳは、例えば、リチウム二次電池からなり、等価的には、電荷を充電するための容量成分Ｃと、等価的容量成分Ｃの構成部材によって形成される抵抗成分Ｒとから構成されている。リチウム二次電池は、有機系（リチウム）溶剤を電解液として用いるものであって、例えば他のＮｉ−Ｃｄ二次電池等の水系（ＫＯＨ＋Ｈ２Ｏ）の電解液を用いる二次電池に比べ、抵抗成分Ｒが大きな値をとる特性を有している。本発明は、この二次電源ＳＳ自体が構造上有している抵抗成分Ｒを、例えば図８に示すダイオード５２１、５２２の代わりとして用い、この抵抗成分Ｒで生じる発電機１００からの充電電流による電圧降下によって発電開始時（二次電源ＳＳの充電電圧低下時）に時計駆動回路２００に印加される電圧を上昇させることを主要な特徴とするものである。
【００２３】
二次電源ＳＳとしては、上述した有機系溶剤を電解液として用いるリチウム二次電池が適しているが、特に、リチウム塩を溶解した有機溶媒の電解液と、酸化チタンを用いた負極活性物と、酸化マンガンを用いた正極活性物とから形成されるリチウム二次電池（特公昭６３−１７０８号公報「有機電解液二次電池」参照）や、リチウム塩を溶解した有機溶媒の電解液と、炭素材を用いた負極活性物と、チタン酸リチウムを用いた正極活性物とから形成されるリチウム二次電池（特開平１０−６４５９２号公報「リチウム二次電池」参照）が、抵抗成分Ｒを大きくすることができるという特性を有しており、これらの構成を有するリチウム二次電池が、本発明の二次電源ＳＳとして用いるのに好適である。また、他の構成としては、二次電源ＳＳとして電解液を利用するスーパーコンデンサ等の電解コンデンサを用いることも可能である。
【００２４】
二次電源ＳＳは、図２（ａ）に示すように、等価的に、直列に接続された各１個の容量成分Ｃと抵抗成分Ｒとから形成するようにしてもよいし、図２（ｂ）に示すように、等価的に、直列に接続された各１個の容量成分Ｃ１〜Ｃｎと抵抗成分Ｒ１〜Ｒｎとを複数組（ｎ組）並列に接続するものから形成してもよい。
【００２５】
抵抗成分Ｒの抵抗値は、止まった時計を駆動させる、すなわち発電機１００が非発電状態にあり、かつ二次電源ＳＳの充電電圧が時計駆動回路２００を駆動するに十分でない値に低下した状態の時計を駆動させるために、発電機１００の起動時（発電開始時）において、図３（ａ）に示すように、二次電源ＳＳの抵抗成分Ｒによって時計駆動回路２００への印加電圧（ＶＤＤ−ＶＳＳ間の電圧）を、時計駆動回路２００が駆動可能な電圧（図中波線で示した電圧＝最低駆動電圧）まで上昇させることができる値に設定する。図３（ｂ）は、参考に、図３（ａ）と同様な発電状態で、充電抵抗成分がない場合（図１において抵抗成分Ｒを除いた構成）における時計駆動回路２００の印加電圧の時間変化を示したものである。抵抗成分Ｒの抵抗値としては、時計駆動回路２００における発振開始電圧、時計停止時の二次電源ＳＳの電圧残量、および時計起動時の発電機１００の発電電流の各値に基づいて、抵抗値Ｒ［Ω］＝（発振開始電圧［Ｖ］−時計の停止時の残留電圧［Ｖ］）／発電電流［Ａ］の関係から設定することが可能である。例えば、発振開始電圧が０．７Ｖ、時計の停止時の残留電圧が０．１Ｖ、発電電流が０．００６Ａであるとすると、抵抗値は１００Ωと求められる。この場合、抵抗成分Ｒの抵抗値を１００Ωに設定することで、時計停止状態からの迅速な起動が可能となる。
【００２６】
なお、上記の関係式における時計の停止時の残留電圧の項は、例えば常に０Ｖとする場合には省略可能である。また、抵抗値は、上記の関係式で求められる値以上の値であれば、起動時において、時計駆動回路２００の印加電圧を最低駆動電圧以上にすることが可能になる。ただし、抵抗成分Ｒの値が大きくなるほど、容量成分Ｃに印加される電圧は低くなるので、充電がしにくくなる。したがって、抵抗値の設定は、上記の値からある程度の範囲内に設定することが望ましい。また、上記の条件は、発電能力が高い発電機を用いれば、抵抗成分Ｒの値を小さくすることができ、一方、発電能力が低いものに関しては抵抗成分Ｒの値を大きくすることで、起動時の電圧を確保できることを示している。なお、上記の条件では、抵抗値が１００Ω以上あれば二次電源の電圧が０Ｖ付近であっても即刻起動を掛けることが可能となっているが、１００Ω程度抵抗値の抵抗成分は、上記酸化チタンと酸化マンガンを用いたリチウム二次電池や、炭素材とチタン酸リチウムを用いるリチウム二次電池のどちらにおいても実現可能な値である。
【００２７】
なお、図１に示す構成では、二次電源ＳＳと補助コンデンサＣＢを並列に接続しているが、二次電源ＳＳと補助コンデンサＣＢの間に例えば複数のコンデンサとスイッチとからなるチャージポンプ回路によって構成される昇降圧回路を設けて、二次電源ＳＳの充電電圧あるいは発電機１００の発電電圧を昇圧あるいは降圧し、その電圧を補助コンデンサＣＢおよび時計駆動回路２００に印加するようにしてもよい。この場合、昇降圧回路は、二次電源ＳＳのＶＳＳ側端子と、補助コンデンサＣＢのＶＳＳ側端子の電圧を昇降圧するように設けるようにすれば、接地電圧ＶＤＤ側の接続は変更する必要がない。
【００２８】
以上のように、図１に示した本発明による実施形態によれば、二次電源ＳＳが構造上有する抵抗成分を用いて、起動時に必要な電圧降下を発生させるので、図８を参照して説明した従来の技術で用いていたコンデンサ５０２の端子電圧ＶＳＣＰの検出に用いる接続、および電源線を省略することが可能となる。ここで、図４を参照して、図１に示す電子時計における二次電源ＳＳの接続方法について説明する。図４において、図９に示すものと同一の構成には同一の符号を付けて説明を省略する。本実施の形態においては、二次電源ＳＳの高電圧側（正側）端子を直接ＶＤＤ電圧点に接地することが可能となる。したがって、二次電源ＳＳの高電圧側（正側）端子Ｂを直接または剛性の高い接続端子もしくはねじ等を用いた固定部材（符号４０１で示す波線部分）を用いて、回路押え板６０３に電気的に直接接続することが可能である。また、回路基板６０１ａ上では、図８の従来の構成において必要としていた端子電圧ＶＳＣＰの電源線の配線が不要となるので、絶縁に要する基板上の面積を節約することができ、さらに、端子電圧ＶＳＣＰを検出するための接点バネの相手側となる接点を省略することができるので、従来に比べ回路基板６０１ａの小型化を図ることが可能となる。
【００２９】
次に、図５および図６を参照して、図１に示す本発明の実施の形態の詳細構成例、または変形例について説明する。図５は、図１の発電機１００の構成の一例を具体的に示したブロック図である。図５においては、図１の発電機１００の部分に、ソーラ発電機（太陽電池）１０１を設けている。また、他の光発電、熱発電等の直流発電機を用いる場合も、同様にそのまま図１の発電機１００をそれらの具体的な構成に代えるだけでよい。
【００３０】
図６は、図１の発電機１００を、電磁発電、ピエゾ発電等の交流発電機１０２に変更する場合の構成を示すブロック図である。この場合、交流発電機１０２の発電電圧を４個のダイオードＤ２〜Ｄ５からなる全波整流回路を用いて整流し、直流に変換している。ここでは図１の逆流防止ダイオードＤ１は不要である。また、リミット制御用のスイッチＳ１のドレインに対して共にアノードを接続し、カソードをそれぞれ交流発電機１０２の両方の出力端子に接続したダイオードＤ６とダイオードＤ７を設けることで、スイッチＳ１による交流発電機１０２の出力端の短絡動作を可能としている。
【００３１】
図７は、図６に示す交流発電機１０２を磁界発電による発電機とした場合の全波整流後の発電電流の時間変化を示す図である。図７に示すように、交流発電の場合、発電電流が周期的に変動する。したがって、二次電源ＳＳの充電の時定数は、この発電電流の変化（全波または半端整流後の周期）に応答できる範囲内の大きさであることが望ましい。例えば、図示するように交流発電電流の全波整流波形のゼロクロスの間隔が１ｍｓである場合、二次電源ＳＳの等価的容量成分Ｃと抵抗成分Ｒに基づく時定数ＲラＣは１ｍｓ以下であることが望ましい。
【００３２】
【発明の効果】
上述したように、本発明によれば、電圧上昇用のダイオードや抵抗を省略することができるとともに、二次電源の充電電圧検出用の電源線およびその電源線接続用の接続手段を省略することができるので、（１）従来の回路に設けられていた端子電圧ＶＳＣＰの電源線が無くなることにより回路基板上の回路ブロックのスペース効率を向上させることができ、（２）同電源線が無くなることによりＶＤＤ電位を有する外装部材に対する回路基板上または回路基板との接続部において従来必要としていた絶縁フィルム等の絶縁部材を省略することが可能となり、（３）二次電源の正側端子の外装部材（ＶＤＤ電圧）に対する絶縁が不要となり、そして、（４）端子電圧ＶＳＣＰの電源線における電位の変動やノイズによる影響を受けることがなくなることにより、ノイズによる回路全体での誤作動の発生の可能性を減少させることができる、という効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子時計の一実施形態を示すブロック図
【図２】図１の二次電源ＳＳの２種類の構成例（ａ），（ｂ）を示す等価回路図
【図３】図１の実施形態における時計駆動回路２００の印加電圧の変化（ａ）と、比較のための充電用の抵抗成分Ｒが無い場合の印加電圧の変化（ｂ）を示す図
【図４】図１の電子時計の一部構造の概略を示す断面図
【図５】図１の発電機１００に具体例（ソーラ発電機１０１）を用いた場合の構成を示すブロック図
【図６】図１の実施形態の変形例を示すブロック図
【図７】図６の実施形態における発電電流の時間変化を示す波形図
【図８】従来の電子時計の構成を示すブロック図
【図９】図８の電子時計の一部構造の概略を示す断面図
【符号の説明】
１００ 発電機
１０１ ソーラ発電機
１０２ 交流発電機
２００ 時計駆動回路
３００ 時計表示手段
ＳＳ 二次電源
Ｒ 抵抗成分
Ｃ 等価的容量成分
Ｄ１ 逆流防止用ダイオード
６０１ａ 回路基板
Claims (14)
- 一又は複数の外部エネルギーを取り込み、それらを電気エネルギーに変換する発電機と、
前記発電機によって得られた電気エネルギーを蓄電する蓄電手段を有する充電装置と、
前記発電機によって得られた電気エネルギー又は前記蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーによって駆動され、計時動作を行う時計回路と、
前記時計回路による計時情報を表示する表示手段と
を備える発電機を持つ電子時計の充電装置において、
前記時計回路が、前記蓄電手段と並列に接続されていて、
前記蓄電手段が、電荷を蓄積する等価的容量成分と、等価的容量成分の構成部材によって形成される抵抗成分とからなり、
前記抵抗成分の充電電流による電圧降下が、前記発電機が所定値以上の発電電流を出力したときに、前記発電機によって前記時計回路に印加される電圧が前記時計回路が動作を開始する電圧以上になるように、前記抵抗成分の抵抗値が設定されていることを特徴とする発電機を持つ電子時計の充電装置。 - 前記抵抗成分の抵抗値が、前記時計回路の動作開始電圧を前記時計回路の動作開始時点の前記発電機の発電電流で除した値以上又は前記時計回路の動作開始電圧からその時計回路停止時の前記蓄電手段の残存充電電圧を引いた値を前記時計回路の動作開始時点の前記発電機の発電電流で除した値以上に設定されていることを特徴とする請求項１記載の発電機を持つ電子時計の充電装置。
- 前記発電機が、ソーラ、電磁、熱、又はピエゾによる発電機を有して構成されていることを特徴とする請求項１記載の発電機を持つ電子時計の充電装置。
- 前記蓄電手段が、等価的に、直列に接続された各１個の容量成分と抵抗成分とから形成されていることを特徴とする請求項１記載の発電機を持つ電子時計の充電装置。
- 前記蓄電手段が、等価的に、直列に接続された各１個の容量成分と抵抗成分とが複数組並列に接続されたものから形成されていることを特徴とする請求項１記載の発電機を持つ電子時計の充電装置。
- 前記蓄電手段が、リチウム塩を溶解した有機溶媒の電解液と、酸化チタンを用いた負極活性物と、酸化マンガンを用いた正極活性物とから形成されるリチウム二次電池であることを特徴とする請求項１記載の発電機を持つ電子時計の充電装置。
- 前記蓄電手段が、リチウム塩を溶解した有機溶媒の電解液と、炭素材を用いた負極活性物と、チタン酸リチウムを用いた正極活性物とから形成されるリチウム二次電池であることを特徴とする請求項１記載の発電機を持つ電子時計の充電装置。
- 前記蓄電手段が、電解コンデンサから形成されることを特徴とする請求項１記載の発電機を持つ電子時計の充電装置。
- 前記発電機が交流発電機からなり、前記蓄電手段の充電時定数が発電電流の半波又は全波整流波形の１周期以下であることを特徴とする請求項１記載の発電機を持つ電子時計の充電装置。
- 前記蓄電手段の一方の端子が、前記発電機、前記時計回路、及び蓄電手段に対して共通の接地電位となる電位を有する導電性の取り付け部材に接地されていることを特徴とする請求項１記載の発電機を持つ電子時計の充電装置。
- 請求項１〜１０のいずれか１項に記載の充電装置を有する電子時計。
- 一又は複数の外部エネルギーを取り込み、それらを電気エネルギーに変換する発電機と、
前記発電機によって得られた電気エネルギーを蓄電する蓄電手段を有する充電装置と、
前記発電機によって得られた電気エネルギー又は前記蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーによって駆動され、計時動作を行う時計回路と、
前記時計回路による計時情報を表示する表示手段と
を備える発電機を持つ電子時計の充電装置の制御方法において、
前記時計回路を、前記蓄電手段と並列に接続し、
前記蓄電手段を、電荷を蓄積する等価的容量成分と、等価的容量成分の構成部材によって形成される抵抗成分とから形成し、
前記抵抗成分の抵抗値によって、前記発電機が所定値以上の発電電流を出力したときに、前記発電機によって前記時計回路に印加される電圧が前記時計回路が動作を開始する電圧以上になるように、前記発電機から前記蓄電手段への充電電流による電圧降下を発生させる
ことを特徴とする発電機を持つ電子時計の充電装置の制御方法。 - 一又は複数の外部エネルギーを取り込み、それらを電気エネルギーに変換する発電機と、
前記発電機によって得られた電気エネルギーを蓄電する蓄電手段を有する充電装置と、
前記発電機によって得られた電気エネルギー又は前記蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーによって駆動され、計時動作を行う時計回路と、
前記時計回路による計時情報を表示する表示手段と
を備える発電機を持つ電子時計の充電装置において、
前記時計回路が前記蓄電手段と並列に接続されており、
前記蓄電手段は、少なくとも電荷を蓄積する等価的容量成分と、該等価的容量成分の構成部材によって形成される抵抗成分とを有し、
前記蓄電手段における前記時計回路に供給する電圧が前記時計回路の動作開始電圧未満であり、前記時計回路が動作停止している場合に、前記発電機の発電によって前記蓄電手段に充電電流が流れた際に、前記蓄電手段が、少なくとも前記抵抗成分によってもたらされる電圧差を利用して前記時計回路の動作開始電圧以上の電圧を前記時計回路に供給する
ことを特徴とする発電機を持つ電子時計の充電装置。 - 一又は複数の外部エネルギーを取り込み、それらを電気エネルギーに変換する発電機と、
前記発電機によって得られた電気エネルギーを蓄電する蓄電手段からなる充電装置と、
前記発電機によって得られた電気エネルギー又は前記蓄電手段に蓄えられた電気エネルギーによって駆動され、計時動作を行う時計回路と、
前記時計回路による計時情報を表示する表示手段と
を備える発電機を持つ電子時計の充電装置の制御方法において、
前記時計回路を、前記蓄電手段と並列に接続し、
前記蓄電手段を、少なくとも電荷を蓄積する等価的容量成分と、該等価的容量成分の構成部材によって形成される抵抗成分とから構成し、
前記蓄電手段における前記時計回路に供給する電圧が前記時計回路の動作開始電圧未満であり、前記時計回路が動作停止している場合に、前記発電機の発電によって前記蓄電手段に充電電流が流れた際に、前記蓄電手段によって、少なくとも前記抵抗成分によってもたらされる電圧差を利用して前記時計回路の動作開始電圧以上の電圧を前記時計回路に供給させる
ことを特徴とする発電機を持つ電子時計の充電装置の制御方法。
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