JP3816379B2 - 電子時計 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は発電手段を備えた電子時計に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から発電手段を備えた電子時計が製品化されている。この電子時計は太陽光や使用者の腕の動きを電力に変換し、時計に内蔵された2次電池等の蓄電手段に電力を蓄えて時計を駆動するため、電池交換が不要な時計として最近特に注目を集めている。
【0003】
また発電手段からの発電電力供給が所定時間連続して中断されると時刻の表示を中断する所謂パワーセーブ機能や、2次電池の電圧が所定値より低下すると時計としての消費電力をゼロにして、2次電池の蓄電量をそれ以上低下させないように工夫された所謂スリープ機能を搭載した電子時計も開発されている。これらの機能は前述のような時計において2次電池の無駄な消費電力を削減できるため大変有効な機能である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
一方古くから指針式の電子時計においては負荷補償機能と呼ばれる機能が搭載されている。この機能は所定の駆動パルスでモータを駆動できたか否かを確認し、駆動されていない場合は駆動力の充分大きな駆動パルス(フォローパルス)を出力して確実にモータを駆動すると共に、モータの駆動の有無に基づき駆動パルスの駆動力を変更することによって消費電力の削減を目的とした機能である。この負荷補償機能も発電機能付きの電子時計においては一般的に搭載されている。
【0005】
ところで上述のように従来の発電機能付電子時計においては2次電池の電圧を検出してスリープ機能に入るものが一般的である。しかしながら周囲の環境(低温時)などにより2次電池の電圧値が充分でもモータが回転できなくなる場合がある。このような場合上記のような負荷補償機能を備えた電子時計では、用意された最大の駆動パルスで運針できず消費電力の大きいフォローパルスのみで長時間運針される状態となってしまい、2次電池の蓄電量が大幅に減少してしまう。
【0006】
本発明は上記問題点を解決し、2次電池の無駄な消費電力を削減できる時計を提供する事を目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために本発明は、発電手段と、当該発電手段から電力を蓄電する蓄電手段と、前記発電手段と前記蓄電手段との間に設けられたスイッチ手段と、発振回路を含むパルス作成回路と、時刻を表示する指針と、当該指針を駆動するモータとを有する電子時計において、前記蓄電手段の電圧を検出する電圧検出手段と前記モータの回転を検出する回転検出手段を設け、前記電圧検出手段の出力に基く信号および前記回転検出手段の出力に基く信号のいずれに対しても前記スイッチ手段が前記発電手段と前記蓄電手段との接続を遮断することを特徴とする。
【0008】
また、前記スイッチ手段を介することなく前記発電手段から電力を蓄電する、前記蓄電
手段より蓄電容量の小さい小容量蓄電手段を有し、前記スイッチ手段が前記発電手段と前記蓄電手段との接続を遮断した場合、少なくとも前記発振回路の発振が停止するまで前記小容量蓄電手段の蓄電電力を強制的に放電することを特徴とする。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る電子時計の実施形態について説明する。図1は本実施形態の回路ブロック図である。本実施形態では指針8が時分針のみで構成され、通常時は20秒毎に運針されているものとする。
【0010】
図1において、1は太陽電池などの発電手段、2は第1蓄電手段としての2次電池など容量の大きい蓄電池、3は第2蓄電手段(小容量蓄電手段)としての蓄電池2より容量の小さい小容量コンデンサ、4は逆流防止用のダイオードである。なお以下の説明においては、小容量コンデンサ3の出力する電圧をVss1、蓄電池2の出力する電圧をVss2と定義する。また本実施形態では接地電位が正電位であり、Vss1、Vss2は負電位であるが、以下の説明においては簡単のため絶対値で表記する。
【0011】
5は水晶振動子5aを元に基準信号を出力する発振回路を内蔵し、様様なパルスを出力するパルス作成回路、6は後述する指針駆動用のモータを駆動するモータ駆動信号作成回路、7はモータ、8は指針である。9はモータの回転を検出しその検出結果を出力する回転検出回路、10は回転検出回路が非回転検出信号を出力するとカウントアップし、回転検出信号を出力するとリセットされる非回転計数カウンタであり、本実施形態では3進カウンタとする。
なおモータ駆動信号作成回路6は回転検出回路9の非回転検出信号によりモータ7に駆動力の大きなフォローパルスを出力すると共に、回転検出信号によりモータ7へ出力する駆動パルスの駆動力を切り換える。また後述する各構成の制御により、運針形態の異なる複数のパルスを出力する。
【0012】
11は充電制御回路であり、後述するスイッチ手段13を間欠的にオン状態とする。充電制御回路11は初期リセット後のみ動作状態となり、後述する電圧検出回路A14の検出信号により動作を制御される。12は発振検出回路であり、パルス作成回路5内の発振回路が発振停止状態から発振を開始すると、ワンショットのリセット信号を点線で囲まれた回路に対して出力する。
【0013】
13はスイッチ回路であり、発電手段1と蓄電池2の間に設けられ、これらの接続及び遮断を行う。スイッチ回路13は後述するアンドゲート17により制御され“H”レベルを入力しているときは開放(オフ)し、“L”レベルを入力しているときは閉じる(オンする)。14は電圧検出回路Aであり間欠的に駆動され蓄電池2の電圧が1.15V以下になると“H”レベルの信号を出力する。電圧検出回路A14は上記電圧を検出するとその検出信号を維持した状態で動作を停止し、後述する初期リセット信号により再び動作を開始するよう構成されている。電圧検出回路A14の詳細な構成は後で説明する。
15は電圧検出回路Bであり、間欠的に駆動され蓄電池2の電圧が1.25V以上になると“H”レベルの信号を出力する。電圧検出回路B15は電圧検出回路A14の出力により動作を停止し、後述する初期リセット信号により再び動作を開始するよう構成されている。電圧検出回路B15の詳細な構成は後で説明する。
19は発振停止記憶回路であり、発振検出回路12の出力によりセットされ、発振回路が停止したことを記憶する。
16はオアゲート、17、20はアンドゲート、18はインバータである。
21は外部スイッチ操作検出回路であり、図示しない外部操作部材を操作されると“H”レベルの信号を出力する。
【0014】
続いて本発明の実施形態の動作について図2のタイムチャートを用いて説明する。まず蓄電池2の電圧が1.25V以上の状態から説明する。この時点では電圧検出回路A14は“L”レベル、電圧検出回路B15は“H”レベルの信号を出力している。その他の回路は特に説明がない場合は“L”レベルの信号を出力している。よってスイッチ回路13は閉じられた状態となっている。
【0015】
パルス作成回路5は内蔵する発振回路からの基準信号に基づき、モータ駆動信号作成回路6にパルスを出力する。モータ駆動信号作成回路6は20秒ごとに1発の駆動パルスを出力しモータ7は回転する。この回転力は図示しない減速輪列を介して指針8に伝えられ指針8は時刻を刻む。ここで使用者が図示しない外部修正部材を介して指針を修正して現在時刻に一致させればそれ以降所定間隔で指針8は駆動され、時計は現在時刻を維持しつづける事となる。
【0016】
モータ7が回転しなかった場合は回転検出回路9が非回転検出信号をモータ駆動信号作成回路6及び非回転計数カウンタ10に出力する。モータ駆動信号作成回路6はこの信号を受けて駆動力の充分大きいフォローパルスを出力すると共に、次のタイミングでの駆動パルスの駆動力を1ランク大きくする。また非回転計数カウンタ10はカウントアップされる。蓄電池2の電圧値に大きな変動がない場合、モータ7は次のタイミングの駆動パルスで回転するため回転検出回路9は回転検出信号を出力し、非回転計数カウンタ10はリセットされる。
【0017】
ここで発電手段1の発電量が低下し蓄電池2への電力供給が時計の消費電力より少なくなると、蓄電池2の電圧値は徐々に低下してくる。そして電圧値が1.25Vを下回ると、電圧検出回路B15の出力は“L”レベルとなり(図2、T1のタイミング)モータ駆動信号作成回路6は1分間に1度3発まとめて駆動パルスを出力する。したがって指針8は通常時と異なり、一分毎にしか動作せず、使用者は電源の電圧が低下した事を認識できる。続いて電圧値が1.15V以下になると電圧検出回路A14は“H”レベルの信号を出力する(図2、T2のタイミング)。従ってアンドゲート17は“H”レベルの信号を出力し、スイッチ回路13は開放状態となる。この時電圧検出回路A14は即動作を停止するがその検出信号は“H”レベルのまま維持される。また電圧検出回路B15も動作を停止する。モータ駆動信号作成回路6はこの信号を受けて通常時よりも周期の短い駆動パルスをモータ7に出力する。前述のようにスイッチ回路13は既に開放されているため、モータ駆動信号作成回路6やモータ7で消費される電力は全て小容量コンデンサ3に蓄電されたもので補われる。小容量コンデンサ3は容量が少ないため、すぐに電力を使い果たす。よってパルス作成回路5に内蔵された発振回路は発振を停止し、その結果各回路は全て停止状態となる(図2、T3のタイミング)。従って蓄電池2の電力は全く消費されずわずかな自己放電以外に蓄電電力が減少してしまうことはない。
【0018】
続いてこの状態で発電手段1が発電を開始すると、小容量コンデンサ3に蓄電され、パルス作成回路5内の発振回路も動作を開始し、発振検出回路12が各回路を短時間リセットする。よって発振停止記憶回路19はセットされ“H”レベルの信号を出力する(図2、T4のタイミング)。よって充電制御回路11はリセット後のため動作状態となり、充電制御信号を出力する。この信号は例えば0.5秒おきに“H”レベルと“L”レベルが繰り返される信号であり、アンドゲート17を介してスイッチ回路13をオン・オフ制御する。従ってスイッチ回路13がオンされる期間において蓄電池2は蓄電される。さて、このように間欠的に蓄電される理由であるが、蓄電値2の容量が小容量コンデンサ3の容量に比べて大きいため、常時オン状態とすると、小容量コンデンサ3の蓄電電力が低下してしまい、発電手段1の発電がわずかな間中断されてもすぐに発振回路の発振が停止してしまう可能性があるからである。
【0019】
蓄電池2に電荷が蓄積され、その電圧が1.15Vを超えると電圧検出回路A14の出力は“L”レベルに切り換わる(図2、T5のタイミング)。よって充電制御回路11は動作を停止し、その出力は“L”レベルに固定される。一方オアゲート16の出力も“L”レベルに切り換わるため、アンドゲート17を介してスイッチ回路13に“L”レベルの信号が出力され、スイッチ回路13は閉じられる。しかしこの時点では、発振停止記憶回路19の出力が“H”レベルであるため、モータ駆動信号作成回路6は駆動パルスを出力しない。従って指針8は停止したままである。
【0020】
さらに蓄電池2の蓄電が進み電圧値が1.25V以上になると、電圧検出回路B15は“H”レベルの信号を出力する(図2、T6のタイミング)。しかし発振停止記憶回路19の出力が“H”レベルであるためモータ駆動信号作成回路6は図2に示すようなパルスを一分毎に出力する。このパルスは図2のT1〜T2区間のパルスとは異なり、一発目と二発目の幅が広く構成されている。よって使用者は時計が一旦停止したことを認識できる。ここで使用者が図示しない外部操作部材を用いて時刻を修正すると、外部スイッチ操作検出手段21は“H”レベルの信号を出力し、発振停止記憶回路19はリセットされる(図2、T7のタイミング)。従ってモータ駆動信号作成回路6は動作状態となりモータ7へ駆動パルスを出力する。よって指針8は通常の20秒運針を開始する。
【0021】
以上のように本実施形態では蓄電池2の電圧低下で即全回路が停止するため、蓄電池2の蓄電電力を無駄に浪費することなく維持することが可能となる。ここで、図2のT2のタイミング、すなわち電圧検出回路A14の出力が“H”レベルとなった時点で、モータ7を早送りして小容量コンデンサ3の蓄電電力を即放電する理由及び電圧検出回路A14を即停止させる理由について説明する。
本実施形態のようなシステムでは、蓄電池2の電力を維持することを目的としているが、あまりに高い電圧で維持すると、発電電力が減少してすぐに時計が停止するシステムとなりかねない。そこで電圧検出回路A14の検出電圧値はなるべくモータ7が最低限駆動可能な電圧近辺に設定する事が最適である。しかし設定値が低いと当然回路全体の駆動も不安定になってしまう。そこでまず電圧検出回路A14が検出電圧を出力すると、電圧検出回路A14そのものの動作を完全に停止させ、誤動作等の起きないようにする。続いてその他の回路の誤動作を防止するため小容量コンデンサ3の蓄電電力を即座に放電し、電力供給を遮断することで回路の心臓部である発振回路を停止させ全回路の動作を停止するわけである。
ここで同様の効果を得るための他の方法として電圧検出回路A14が検出されると、即小容量コンデンサ3を短絡させる方法や、小容量コンデンサ3と各回路との間を遮断する方法があるがいずれも素子を追加する必要がある。それに対して本実施形態のシステムでは既存の素子を用いて構成することが可能となる。
【0022】
続いて蓄電池2の電圧が1.15V以下となる前に非回転計数カウンタ10がカウントアップした場合について説明する。
発電手段1の電力が減少して蓄電池2の電圧値が低下するとモータ駆動信号作成回路6が出力される駆動パルスの駆動力も低下する(同一パルス幅の場合)。よってモータ駆動信号作成回路6の有する最大駆動力パルスでも駆動できず連続してモータ7の非回転が回転検出回路9で検出される。この連続値が3となると非回転計数カウンタ10は“H”レベルの信号を出力し、オアゲート16は“H”レベルの信号を出力する。以下の動作は電圧検出回路A14が検出信号を出力した場合と同様である。
【0023】
以上のように本実施形態では電圧検出回路のみならずモータの非回転数に応じて制御するため、実質的な蓄電池の蓄電電力に基づき時計の各回路を停止状態とすることができ、より有効なスリープ機能を提示できる。
【0024】
続いて電圧検出回路A14の詳細な構成を説明する。図3は電圧検出回路A14を表す回路ブロック図である。101はコンパレータであり、プラス端子に後述する基準電圧、マイナス端子に後述する蓄電池2の分圧電圧を入力し、両電位の電位差を比較しその結果を出力する。102は基準電圧を作成する基準電圧作成回路であり、コンパレータ101の比較基準電位となる基準電圧を作成する。103、104は抵抗素子であり、蓄電池2の電圧値を分圧する。なお本実施形態では蓄電池2の電圧Vss2が1.15V以下となるとコンパレータ101が“H”レベルの信号を出力するように各素子の値が設定されている。105はスイッチ素子であり、パルス作成回路5からのサンプリング信号に基づきコンパレータ101等を間欠的に動作させる。106はセット付データタイプフリップフロップ(以下SDFF)であり、データ端子にコンパレータ101からの比較結果を入力し、アンドゲート108を介して入力されるサンプリング信号の立下りタイミングでデータ端子の信号を読み込み出力する。また発振検出回路12の出力をセット端子に入力し、初期リセット後は“H”レベルの信号を出力するように構成されている。107はリセット付データタイプフリップフロップ(以下RDFF)であり、データ端子は“H”レベルに接続され、SDFF106の出力信号の立下りタイミングでデータ端子の信号を読み込み出力する。また発振検出回路12の出力をリセット端子に入力し、初期リセット後は“L”レベルの信号を出力するように構成されている。出力信号はアンドゲート108、109に入力され、前述のサンプリング信号の通過を制御する。つまりRDFF107の出力が“H”レベルのときはスイッチ素子105がオフとなり電圧検出回路A14は動作を停止する。なお110、111はインバータである。
【0025】
続いて電圧検出回路A14の動作について説明する。まず初期リセット時から説明する。発振検出回路12からのリセット信号を入力するとSDFF106はセットされ“H”レベルの信号を、RDFF107はリセットされ“L”レベルの信号を出力する。またパルス作成回路5からのサンプリング信号によりコンパレータ101、基準電圧回路102は間欠的に動作する。また同時にアンドゲート108にもパルス信号が入力されコンパレータ101の比較結果をSDFF106が電圧検出信号として出力する。なおアンドゲート108に入力されるサンプリング信号とアンドゲート109に入力されるサンプリング信号は同時に出力され、その出力期間は前者の方が短くなるように設計されている。よってSDFF106の読み込みタイミングではコンパレータ101の比較信号が必ず出力されており確実な電圧検出を行うことができる。
【0026】
さて、初期リセット直後はVss2は1.15V以下なので、コンパレータ101は“H”レベルの信号を出力している。よってSDFF106の出力に変化はなく電圧検出回路A14の出力及びその動作にも何ら変化はない。続いてVss2の電圧が上昇して1.15Vを超えると、コンパレータ101の出力は“L”となりSDFF106の出力も“L”レベルに切り換わる。つまり電圧検出回路A14の出力が“L”レベルとなる。この時RDFF107のΦ端子には立ち上がりの信号が入力されるためその出力は変化しない。よってインバータ110の出力は“H”レベルで維持されるためサンプリング信号はアンドゲート108、109を通過し電圧検出回路A14は動作を継続することになる。
【0027】
次にVss2が低下して1.15Vになるとコンパレータ101の出力は“H”レベルとなる。したがってSDFF106の出力も“L”レベルから“H”レベルに切り換わり、電圧検出回路A14の出力が“H”レベルとなる。そしてRDFF107のΦ端子には立ち下がりの信号が入力されることになるのでその出力は“H”レベルとなり、インバータ110を介してアンドゲート108、109は遮断される。よってコンパレータ101等に電源が供給されなくなり、電圧検出回路A14の動作は停止する。なおSDFF106の出力は“H”レベルを維持する。
【0028】
以上説明したように本実施形態の電圧検出回路A14は初期リセット後から動作を開始し、一旦検出電圧を超えてから再び検出電圧を下回るまで動作を継続し、その後停止するため、不要な時は動作を停止することが出来、無駄な消費電力を省くことができる。
【0029】
続いて電圧検出回路B15について、図4を用いて説明する。図4は電圧検出回路B15の回路ブロック図である。
図において図3と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。図3との相違点はSDFF106がRDFF112に置き換わり、コンパレータ101の入力端子が図2と逆になっている点、及びRDFF107のΦ端子に電圧検出回路A14の反転信号が入力される点のみである。また図4においては基準電圧作成回路102、抵抗素子103、104はコンパレータ101の出力が、Vss2の電圧が1.25V以上になると“H”レベル、それ以下では“L”レベルを出力するように設定されている。
【0030】
続いて電圧検出回路B15の動作について説明する。まず初期リセット時から説明する。発振検出回路12からのリセット信号を入力するとRDFF112、RDFF107はリセットされ“L”レベルの信号を出力する。またパルス作成回路5からのサンプリング信号によりコンパレータ101、基準電圧回路102は間欠的に動作する。また同時にアンドゲート108にもパルス信号が入力され、コンパレータ101の比較結果をRDFF112が電圧検出信号として出力する。
【0031】
初期リセット直後はVss2は1.25V以下なので、コンパレータ101は“L”レベルの信号を出力している。よってRDFF112の出力に変化はなく電圧検出回路B15の出力及びその動作にも何ら変化はない。続いてVss2の電圧が上昇して1.25V以上になると、コンパレータ101の出力は“H”となりRDFF112の出力も“H”レベルに切り換わる。つまり電圧検出回路B15の出力が“H”レベルとなる。
【0032】
次にVss2が下降して1.25Vになると、コンパレータ101の出力が“L”レベルに切り換わり、RDFF112の出力も“L”レベルとなる。さらにVss2が低下して1.15Vになると電圧検出回路A14から“H”レベルの信号が出力される。したがってRDFF107は“H”レベルの信号を出力し、アンドゲート108、109は遮断され、電圧検出回路B15は動作を停止する。電圧検出回路B15が再び動作を開始するのは時計が停止し、発振検出回路12からリセット信号が出力された後になる。
【0033】
以上説明したように本実施形態の電圧検出回路B15は初期リセット後から動作を開始し、一旦検出電圧を超えると停止するため、不要な時は動作を停止することが出来、無駄な消費電力を省くことができる。
【0034】
以上本実施形態を説明したが、本発明は記載内容に限定されるものではない。例えば指針8は秒針を有するタイプでも本発明を実施することは可能である。また電圧検出回路A14、電圧検出回路B15の検出電圧値、非回転計数カウンタ10のカウンタ値も適宜変更可能である。
【0035】
【発明の効果】
以上のように本発明では、蓄電手段の電圧を検出する電圧検出手段とモータの回転を検出する回転検出手段を設け、電圧検出手段または回転検出手段の少なくともどちらか一方の信号に基づき、発電手段と蓄電手段との接続を遮断するよう構成したことで、モータの回転の有無に基づきスリープ機能への移行が可能となったので、実質的な蓄電手段の電力状態に基づきシンプルかつ正確な制御が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態を示す電子時計の回路ブロック図である。
【図2】本実施形態の一動作例を示すタイムチャートである。
【図3】本実施形態の電圧検出回路A14を詳細に示す回路ブロック図である。
【図4】本実施形態の電圧検出回路B15を詳細に示す回路ブロック図である。
【符号の説明】
1 発電手段
2 蓄電池
3 小容量コンデンサ
7 モータ
8 指針
9 回転検出回路
13 スイッチ手段
14 電圧検出回路A
15 電圧検出回路B
Claims (2)
- 発電手段と、当該発電手段から電力を蓄電する蓄電手段と、前記発電手段と前記蓄電手段との間に設けられたスイッチ手段と、発振回路を含むパルス作成回路と、時刻を表示する指針と、当該指針を駆動するモータとを有する電子時計において、前記蓄電手段の電圧を検出する電圧検出手段と前記モータの回転を検出する回転検出手段を設け、前記電圧検出手段の出力に基く信号および前記回転検出手段の出力に基く信号のいずれに対しても前記スイッチ手段が前記発電手段と前記蓄電手段との接続を遮断することを特徴とする電子時計。
- さらに前記スイッチ手段を介することなく前記発電手段から電力を蓄電する、前記蓄電手段より蓄電容量の小さい小容量蓄電手段を有し、前記スイッチ手段が前記発電手段と前記蓄電手段との接続を遮断した場合、少なくとも前記発振回路の発振が停止するまで前記小容量蓄電手段の蓄電電力を強制的に放電することを特徴とする請求項1に記載の電子時計。
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