JP4755763B2

JP4755763B2 - 電子時計

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Publication number: JP4755763B2
Application number: JP2000615858A
Authority: JP
Inventors: 洋一永田
Original assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Holdings Co Ltd; Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2011-08-24
Anticipated expiration: 2020-04-28
Also published as: WO2000067079A1; US6636459B1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、外部環境のエネルギを利用して発電する発電手段とその発電エネルギを蓄電する蓄電手段とを内蔵し、その発電エネルギあるいは蓄電エネルギによって計時動作する電子時計と、その電子時計の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、光や機械的エネルギなどの外部エネルギを電気エネルギに変換する発電手段を内蔵し、その電気エネルギによって計時手段を駆動する電子時計が種々製品化され、使用されている。
このような発電手段を内蔵した電子時計には、発電手段が太陽電池である太陽電池式電子時計や、回転錘の機械的エネルギを電気的エネルギに変換して利用する機械発電式電子時計や、熱電対を複数直列接続してその熱電対の両端の温度差により発電する温度差発電式電子時計などがある。
【０００３】
これらの発電手段を内蔵した時計は、外部のエネルギがなくなったときでも、常に安定した時計の駆動を継続して行うために、外部エネルギがあるときにその外部エネルギによって発電手段が発電する電気エネルギを時計の内部に蓄積する蓄電手段も内蔵している。
このような電子時計は、外部からのエネルギの供給がなく、且つ蓄電手段の蓄電エネルギが放電しきってしまうと計時動作を停止してしまうが、少なくとも外部からのエネルギ供給が再開した後には、再び計時動作を開始する。
上記各種の発電手段を内蔵した電子時計のうちの太陽電池式電子時計が、例えば特公平４−５０５５０号公報に記載されている。
【０００４】
このような従来の電子時計の電源系について図６及び図７を用いて説明する。図６は従来の電子時計の構成を示す回路図であり、図７は一般的なトランスミッションゲートの回路構成を示す回路図である。
この図６に示す電子時計では、発電手段１が充放電制御手段４を介して蓄電手段３と計時手段２に接続している。
発電手段１は太陽電池であり、ダイオード４３と計時手段２とで閉回路を形成している。なお、計時手段２は、電気エネルギによって時刻表示を行う計時ブロック５と、容量が１０μＦ程度のコンデンサ２３を並列に接続して構成されている。
【０００５】
また発電手段１は、ダイオード４４と第２のスイッチ手段４２と蓄電手段３とによってもう一つの閉回路を形成している。なお、第２のスイッチ手段４２は、蓄電手段３の充電用であるが説明は省略する。
そして、第１のスイッチ手段であるトランスミッションゲート６０は、コンデンサ２３と蓄電手段３とを並列に接続できるように、コンデンサ２３と蓄電手段３との双方の負極間に接続している。
トランスミッションゲート６０は、蓄電手段３が放電しきった後、発電手段１が発電を再開した時には発電手段１を計時手段２のみに接続することによって、計時手段２の再起動動作を可能にするために、その再起動時にはオフ状態に制御されるようになっている。
なお、第２のスイッチ手段４２についても同様に、再起動時はオフ状態に制御されるようになっている。
すなわち、蓄電手段３がほぼ空まで放電した状態で、発電手段１も発電していないときは、計時手段２は動作を停止しているが、発電手段１が発電を開始すると、その発電エネルギは計時手段２にのみ送られるようになっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般的にトランスミッションゲートは、図７に示すように、２つのトランジスタを並列接続した構成、すなわちトランジスタ６１とトランジスタ６２のソース端子（Ｓ）とドレイン端子（Ｄ）をそれぞれ共通に接続した構成となっている。ここでは、トランジスタ６１，６２には共にＭＯＳ電界効果型トランジスタ（以下、「ＭＯＳＦＥＴ」と称す）を使用している。
そして、トランジスタ６１はＰチャンネルＭＯＳＦＥＴで、トランジスタ６２はＮチャンネルＭＯＳＦＥＴで構成するのが普通である。
なお、トランジスタ６１とトランジスタ６２をオン・オフ制御するためには、それぞれに反転信号が必要なため、内部インバータ６３が必要である。
【０００７】
この内部インバータ６３とトランジスタ６１および６２は、計時手段２内の計時ブロック５から出力されるスイッチ制御信号Ｓ４によって動作する。そのスイッチ制御信号Ｓ４は、コンデンサ２３の端子間電圧が所定値以上のときは、計時手段２の負極ＶＳＳ１のレベルで、所定値未満のときは接地レベルになる信号である。
このトランスミッションゲート６０をオフにするためには、トランジスタ６２のゲート端子をソース端子と同じ電位にし、且つトランジスタ６１のゲート端子を内部インバータ６３により接地電位にしなければならない。しかし、仮にこのように制御できても、トランジスタ６１，６２には構造上ＰＮ接合が存在し、特にトランジスタ６２にはソース端子（Ｓ）からドレイン端子（Ｄ）へ矢印Ｑ方向に電流が流れる向きのダイオードが形成されている。
【０００８】
したがって、トランジスタ６２はオフになっても、完全には回路は切断されず、蓄電手段３の蓄電エネルギは、計時手段２側へ常に放電可能な構成になってしまっている。
すると、計時手段２の計時ブロック５内の発振回路やその他の制御回路は完全には停止せず、無駄なリーク電流が長時間流れ続け、その結果、蓄電手段３の放電が進んでしまう。
そのため、この電子時計が一旦長時間放置されると、発電が再開しても計時手段２が動作し続けるレベルまで再充電するには少なくとも数１０分から数時間が必要であり、その間に発電手段１の発電が停止してしまうと、計時手段２はすぐに停止してしまうという問題があった。
【０００９】
いいかえれば、発電手段１が発電を再開しても、上述のように蓄電手段３がリーク電流により余分に放電してしまった分を充電する間は、発電手段１の発電エネルギは単に蓄電手段３を蓄電するために使用されるだけで、直接的に計時手段２の計時動作のためのエネルギとしては全く利用できないため、計時動作の再開が遅れ、発電式電子時計の初期起動動作特性上大きな問題であった。
【００１０】
この発明は、このような問題を改善するためになされたものであり、発電式電子時計において、発電手段が発電を停止してから長時間経過しても、蓄電手段が必要以上に過放電することがないようにし、発電手段が発電を再開したときに、すぐに計時動作が開始されるようにすることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
この発明は上記の目的を達成するため、次のように構成した電子時計を提供する。
この発明による電子時計は、外部からのエネルギを電気エネルギに変換する発電手段と、その発電手段のエネルギを蓄電する蓄電手段と、その蓄電手段あるいは上記発電手段のエネルギにより計時動作する計時手段と、上記発電手段と蓄電手段と計時手段との間のエネルギの伝達または遮断を行う充放電制御手段と、上記蓄電手段の端子電圧を計測する電圧計測手段とを有する電子時計であって、
上記計時手段における計時動作の停止を検出する計時停止検出手段を備え、上記充放電制御手段は、ソース端子を上記蓄電手段に接続しドレイン端子を上記計時手段に接続する経路に接続した電界効果型トランジスタからなる放電スイッチと、上記計時停止検出手段によって計時動作の停止が検出された場合には上記放電スイッチのゲート電位をソース電位に等しくする手段とを備えたことを特徴とする。
【００１２】
さらに、上記計時手段に接続する経路中に、ドレイン端子を上記電界効果型トランジスタのドレイン端子に接続し、ソース端子を上記計時手段に接続した別の電界効果型トランジスタを介挿し、上記計時停止検出手段によって計時動作の停止が検出された場合に、上記別の電界効果型トランジスタのゲート電位をソース電位と等しくする手段を設けるとなおよい。
あるいは、上記計時手段における計時動作の停止を検出する計時停止検出手段と、上記電圧計測手段によって計測される端子電圧が所定値未満になった場合には、前記蓄電手段の全ての放電経路を遮断し、その後、上記計時停止検出手段が上記計時手段の計時動作の停止を検出するまでの間は、上記電圧計測手段の電圧計測動作を無効にするか計測結果を無効にして、上記充放電制御手段が上記放電経路を遮断した状態を維持する手段を有してもよい。
さらに、上記蓄電手段の蓄電残量が所定量未満であり、且つ発電手段の発電エネルギが所定量以上であるときは、その発電エネルギを計時手段へ優先的に送るように制御する手段を設けるとよい。
【００１３】
あるいは、上記蓄電手段の蓄電残量が所定量未満であり、且つ発電手段の発電エネルギが所定量以上であるときは、その発電エネルギを計時手段および蓄電手段に送るように制御する手段を設けてもよい。
この発明によれば、従来問題であった蓄電手段の過放電を防止でき、電子時計が一旦停止した後であっても再起動を確実に行えるうえに、一旦電子時計が再起動した後は仮に発電が停止してもそれまで充電を行った分のエネルギはすべて計時動作のために利用可能で安定した動作が可能な電子時計を実現できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を実施するための最良の形態の電子時計とその制御方法を図面を用いて説明する。
〔電子時計の全体構成：図１〕
まず、図１から図３を用いてこの発明による電子時計の構成について説明する。図１はその電子時計の全体構成を示すブロック回路図であり、図６に示した従来例と同じ部分には同一の符号を付している。
この実施形態における発電手段１０は外部に存在する熱エネルギを電気エネルギに変換する熱電発電器（発電素子ブロック）である。すなわち、この実施の形態の電子時計は、温度差により発電を行う熱電発電器をエネルギ源とする電子時計を想定している。
【００１５】
また、とくに図示はしていないが、その熱電発電器は、熱電対を多数直列に接続した熱電素子を、温接点側を裏蓋に接触させ、また冷接点側を裏蓋と熱絶縁されたケースに接触させるように配置した構成で、携帯時にケースと裏蓋との間に発生する温度差により発電し、その電気エネルギで時計を駆動する。
この発電手段１０は、１℃の温度差で約２．０Ｖの熱起電力（電圧）が得られるものを仮定する。
ダイオード４３およびダイオード４４は後述する蓄電手段３０内のエネルギが発電手段１０へ逆流するのを防止するためのスイッチング素子である。
すなわち、ダイオード４３とダイオード４４のカソードは、ともに発電手段１０の負極に接続している。
【００１６】
そして、ダイオード４３のアノードは、後述する計時手段２０の負極に接続している。ダイオード４４は、第２のスイッチ手段４２を介して蓄電手段３０と発電手段１０とが閉回路を形成するように接続している。
すなわち、ＭＯＳＦＥＴによる第２のスイッチ手段４２のドレイン端子（Ｄ）が蓄電手段３０の負極に接続し、ソース端子（Ｓ）がダイオード４４のアノードに接続している。
蓄電手段３０はリチウムイオン２次電池であり、発電手段１０の発電エネルギを蓄え、発電手段１０が発電していないときでも計時手段２０を動作可能にするために設けている。その蓄電手段３０の正極は、発電手段１０の正極および計時手段２０の正極と共に接地している。
【００１７】
第１のスイッチ手段４１は、蓄電手段３０と計時手段２０とを並列接続する目的で設けている。すなわち、第１のスイッチ手段４１は一方の端子を計時手段２０の負極に、他方の端子を蓄電手段３０の負極に接続している。
この第１のスイッチ手段４１もＭＯＳＦＥＴ群で構成されており、第２のスイッチ手段４２とともに蓄電手段３０の充放電を行うスイッチング回路である。第１のスイッチ手段４１の具体的な構成については後述する。
そして、この実施の形態においては、ダイオード４３，４４と第１のスイッチ手段４１および第２のスイッチ手段４２とにより、充放電制御手段４０を構成している。
【００１８】
一方、計時手段２０は、電気エネルギで時刻表示を行う計時ブロック５０と、容量が２２μＦ程度のコンデンサ２３とを並列に接続して構成されている。この計時手段２０における計時ブロック５０の構成の詳細についても後述する。
計時手段２０を構成する計時ブロック５０からは、第１のスイッチ信号Ｓ４１と第２のスイッチ信号Ｓ４２と第３のスイッチ信号Ｓ４３が出力しており、第２のスイッチ信号Ｓ４２は第２のスイッチ手段を制御し、第１のスイッチ信号Ｓ４１および第３のスイッチ信号Ｓ４３は第１のスイッチ手段４１を制御する。
【００１９】
なお、ここで図示はしていないが、計時手段２０の制御回路部分は一般的な電子時計と同様に相補型電界効果（ＣＭＯＳ）集積回路を用いている。
また発電手段１０の正極および計時手段２０の正極は接地しており、発電手段１０とダイオード４３と計時手段２０とで閉回路を形成している。
ここで、以後の説明のため、計時手段２０の負極をＶＳＳ１とし、蓄電手段３０の負極をＶＳＳ２とする。
さらに、蓄電手段３０の端子間電圧が所定の値を越えているかどうかを検知するために、電圧計測手段８０を蓄電手段３０の負極に接続している。この電圧計測手段８０の計測出力は計測結果信号Ｓ８１として計時手段２０へ送られる。
この電圧計測手段８０にも、計時ブロック５０から計測タイミングを与える信号Ｓ５が入力されている。そして、この電圧計測手段８０も計時手段２０の制御回路と同様にＣＭＯＳ回路で構成する。その具体的な構成については後述する。
【００２０】
〔第１のスイッチ手段：図２および図３〕
次に、図２および図３を用いて、図１における第１のスイッチ手段の具体的な構成例について説明する。
この第１のスイッチ手段４１は、図２に示すように、第１のトランジスタ４５、第２のトランジスタ４６、第３のトランジスタ４７、第４のトランジスタ４８、およびレベルシフタ５６によって構成されている。その第１から第４のトランジスタ４５〜４８は、いずれもＮチャンネルのＭＯＳＦＥＴである。
そして、特に第１のトランジスタ４５および第２のトランジスタ４６には、充分チャンネル幅が大きく、オン抵抗が低いものを用いる。
【００２１】
第１のトランジスタ４５および第２のトランジスタ４６はドレイン端子（Ｄ）がともに接続し、第１のトランジスタ４５のソース端子（Ｓ）が計時手段２０の負極ＶＳＳ１に接続し、第２のトランジスタ４６のソース端子（Ｓ）が蓄電手段３０の負極ＶＳＳ２に接続している。
第１のスイッチ信号Ｓ４１は第１のトランジスタ４５のゲート端子（Ｇ）に入力する。
レベルシフタ５６は、接地電位〜ＶＳＳ１の電位の論理信号レベルを接地電位〜ＶＳＳ２の電位の論理信号レベルへ変換するレベルシフタである。
このレベルシフタ５６の負論理のイネーブル入力端子／Ｅには第３のスイッチ信号Ｓ４３が入力し、レベル変換出力を第２のトランジスタ４６のゲート端子に入力している。
【００２２】
第３のトランジスタ４７および第４のトランジスタ４８は、第３のスイッチ信号Ｓ４３がハイレベル、すなわち接地電位である間は、第１のトランジスタ４５および第２のトランジスタ４６を共にオフにするように動作するプルダウン用のトランジスタである。すなわち、第３のトランジスタ４７はドレイン端子（Ｄ）が第１のトランジスタ４５のゲート端子（Ｇ）に、ソース端子（Ｓ）がＶＳＳ１にそれぞれ接続している。
また、第４のトランジスタ４８はドレイン端子（Ｄ）が第２のトランジスタ４６のゲート端子（Ｇ）に、ソース端子（Ｓ）がＶＳＳ２にそれぞれ接続している。
第３のトランジスタ４７および第４のトランジスタ４８のゲート端子（Ｇ）には、ともに第３のスイッチ信号Ｓ４３が入力する。
【００２３】
図３はレベルシフタ５６の構成例を示す回路図である。このレベルシフタは、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴによるトランジスタＱ１，Ｑ２，Ｑ３と、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴによるトランジスタＱ４，Ｑ５とが、アースとＶＳＳ２との間に図示のように接続され、トランジスタＱ１のゲート端子に第３のスイッチ信号Ｓ４３が入力し、入力端子ＩＮが直接トランジスタＱ３のゲート端子に、インバータ５９を介してトランジスタＱ２のゲート端子にそれぞれ接続されている。
なお、インバータ５９は、接地〜ＶＳＳ１間の論理信号を出力するインバータである。
また、トランジスタＱ２とＱ４の接続点がトランジスタＱ５のゲート端子に接続されると共に出力端子ＯＵＴに接続され、なお、トランジスタＱ３とＱ５の接続点がトランジスタＱ４のゲート端子に接続されている。
【００２４】
トランジスタＱ１のゲート端子は負論理のイネーブル入力端子／Ｅとなり、第３のスイッチ信号Ｓ４３を入力している。
このレベルシフタ５６は、負論理のイネーブル入力端子／Ｅがハイレベルのときは出力がオープンになるタイプのものであり、入力端子ＩＮと出力端子ＯＵＴは完全に絶縁されている。
【００２５】
〔計時ブロックと電圧計測手段：図４〕
次に、図４を用いて図１における計時手段２０の計時ブロック５０および電圧計測手段８０の具体的な構成例について説明する。
計時手段２０は、前述の通り計時ブロック５０とコンデンサ２３とによって構成されている。そして、計時ブロック５０は、図４に示すように、時刻表示手段２１と、波形生成手段５１と、データラッチ５２と、オアゲート５３，５７と、発振停止検出回路５５と、ＲＳフリップフロップ回路５８とによって構成されている。時刻表示手段２１は、図示しないステッピングモータと、減速輪列と時刻表示指針と文字板などからなり、ステッピングモータの回転を減速輪列で減速伝達し、時刻表示用の指針を回転することによって時刻表示を行う部分である。
【００２６】
波形生成手段５１は、一般的な電子時計と同様に、水晶振動子の発振周波数を少なくとも周期が２秒となる周波数まで分周し、さらにこの分周信号を時刻表示手段２１内のステッピングモータの駆動に必要な波形に変形する部分である。
なお、波形生成手段５１と時刻表示手段２１については、一般的な電子時計と同様の要素であるため詳細な説明は省略する。
また、電圧計測手段８０は、分圧抵抗８１、分圧スイッチ８２、コンパレータ８３、定電圧回路８４、およびレベルシフタ８５によって構成されている。
計時ブロックの波形生成手段５１は、計測信号Ｓ１と分配信号Ｓ２とを出力している。計測信号Ｓ１は、ハイレベルとなる時間が９０マイクロ秒で、周期が２秒の波形である。
【００２７】
また分配信号Ｓ２は、発電手段１０の発電エネルギを蓄電手段３０とコンデンサ２３に振り分けるための基準となるタイミングを与える信号であり、周波数が２Ｈｚの矩形波である。
この分配信号Ｓ２は、後述の発振停止検出回路５５により波形生成手段５１が動作しているかどうかを検出するのに用いる信号を兼ねている。
なお、これらの波形生成は、簡単な波形合成で可能であるため、その生成方法については説明を省略する。
電圧計測手段８０におけるコンパレータ８３は、定電圧回路８４の出力電圧である基準電圧と、分圧抵抗８１によって分圧された入力電圧との大小を比較することが可能な一般的なコンパレータである。
【００２８】
定電圧回路８４は、電圧が変動する電源から一定の基準電圧を得るために用いられるレギュレータ回路である。ここでは定電圧回路８４は−０．８Ｖの基準電圧を出力するものとし、定電圧回路８４の動作のためのエネルギは図１に示した計時手段２０のコンデンサ２３より供給する。
分圧抵抗８１は高精度の高抵抗素子であり、分圧抵抗８１の一端は分圧スイッチ８２のドレイン端子（Ｄ）と接続し、分圧抵抗８１の他端は接地している。
また、分圧スイッチ８２のソース端子（Ｓ）は蓄電手段３０の負極、すなわちＶＳＳ２に接続している。ここでは、分圧抵抗８１は５００ＫΩの抵抗値を有するものとする。
【００２９】
分圧スイッチ８２のゲート端子（Ｇ）には、レベルシフタ８５の出力が印加される。レベルシフタ８５は、計測信号Ｓ１の論理レベルを接地電位〜ＶＳＳ２の電位に変換するために設けている。
コンパレータ８３には、非反転入力端子に定電圧回路８４からの基準電圧を入力している。また、コンパレータ８３の反転入力端子には分圧抵抗８１の中間点からの分圧電圧を入力している。この中間点は、接地側から見て分圧抵抗８１の４／５の抵抗値（４００ＫΩ）となる点とする。
【００３０】
この構成では、分圧スイッチ８２がオンすれば、分圧抵抗８１には電流が流れ、蓄電手段３０の負極ＶＳＳ２の電圧の４／５に分圧された電圧がコンパレータ８３に入力される。その電圧が、定電圧回路８４からの基準電圧である−０．８Ｖを下まわれば（絶対値が大きければ）、コンパレータ８３は出力信号Ｓ８１をハイレベルにし、下回らなければ（絶対値が小さければ）出力信号Ｓ８１をロウレベルにする。この出力信号Ｓ８１が蓄電手段３０の端子電圧の計測結果の信号である。
すなわち、蓄電手段３０の端子間電圧が１．０Ｖを下回れば、分圧抵抗８１による分圧電圧が−０．８Ｖを下回らなくなるので、コンパレータ８３の出力はロウレベルとなる。
【００３１】
なお、コンパレータ８３にはイネーブル端子（Ｅ）があり、このイネーブル端子には、計測信号Ｓ１とオアゲート５７の出力信号である計測許可信号Ｓ３とのアンドをとるアンドゲート５４の出力信号Ｓ５が入力している。すなわち、計測許可信号Ｓ３がハイレベルの間は、コンパレータ８３は計測信号Ｓ１がハイレベルとなったときだけ動作するようになっている。
また、コンパレータ８３が動作しない間、すなわちイネーブル端子がロウレベルであるときは、コンパレータ８３の出力は強制的にハイレベル、すなわち接地電位にプルアップされる。
そして、コンパレータ８３の出力信号Ｓ８１はデータラッチ５２のデータ入力となる。このコンパレータ８３の出力信号Ｓ８１を以下では計測結果信号という。
【００３２】
データラッチ５２は、電源が投入されたときに出力がリセットされるデータラッチ回路である。
このデータラッチ５２のラッチ端子には、アンドゲート５４の出力信号Ｓ５（オアゲート５７の出力である計測許可信号Ｓ３がハイレベルの間は計測信号Ｓ１と同じ）が入力しており、計測信号Ｓ１の波形の立ち下がりで、データ入力の信号すなわち計測結果信号Ｓ８１の論理を保持して出力する。
このデータラッチ５２の出力は、第１のスイッチ信号Ｓ４１として充放電制御手段４０の第１のスイッチ手段４１に送出される。
さらに、２入力をもつオアゲート５３は、データラッチ５２の出力と波形生成手段５１からの分配信号Ｓ２との論理和を出力する。このオアゲート５３の出力は第２のスイッチ信号Ｓ４２として充放電制御手段４０の第２のスイッチ手段４２に送出される。
【００３３】
データラッチ５２の出力である第１のスイッチ信号Ｓ４１は、ＲＳフリップフロップ回路５８のリセット端子Ｒにも入力して、その立上りでＲＳフリップフロップ回路５８をリセットし、そのＲＳ出力をローレベルにするが、第１のスイッチ信号Ｓ４１がハイレベルの間はオアゲート５７の出力である計測許可信号Ｓ３はハイレベルを維持する。しかし、計測結果信号Ｓ８１がローレベルになり、アンドゲート５４の出力信号Ｓ５がローレベルのままになるので、データラッチ５２の出力である第１のスイッチ信号Ｓ４１がローレベルになると、オアゲート５７の出力である計測許可信号Ｓ３もローレベルになり、コンパレータ８３は動作しなくなり、データラッチ５２のラッチ動作も行われなくなって、第１のスイッチ信号Ｓ４１はローレベルの状態を保持する。
【００３４】
また、この実施の形態においては、所定の周波数（ここでは２Ｈｚ）以上のクロック入力があればロウレベルを出力し、それ以外ではハイレベルを出力する発振停止検出回路５５を備えている。
この発振停止検出回路５５が計時停止検出手段であり、波形生成手段５１からの分配信号Ｓ２が入力しており、その分配信号Ｓ２が入力されている間は出力をローレベルにしているが、分配信号Ｓ２が入力されなくなると出力をハイレベルにして、発振停止を検知する。この発振停止検出回路５５の出力信号が第３のスイッチ信号Ｓ４３となって、充放電制御手段４０の第１のスイッチ手段４１に送出される。
【００３５】
この第３のスイッチ信号Ｓ４３は、計時ブロック５０内のＲＳフリップフロップ回路５８のセット端子Ｓにも入力し、発振停止の検出によりＲＳフリップフロップ回路５８をセットして、そのＲＳ出力をハイレベルにする。それによってオアゲート５７の出力である計測許可信号Ｓ３がハイレベルになる。
したがって、この時点からアンドゲート５４の出力信号Ｓ５は計測信号Ｓ１と同じになり、計測信号Ｓ１が出力されればコンパレータ８３の計測動作が可能になり、その出力である計測結果信号Ｓ８１のデータがラッチされ、それが第１のスイッチ信号Ｓ４１として出力されることになる。
【００３６】
なお、発振停止検出回路５５は一般的に用いられている回路であるので、これについての詳細な構成説明は省略する。
上記の各制御回路部分は、図１に示した計時手段２０のコンデンサ２３に蓄えられたエネルギで動作するように構成しており、第１のスイッチ信号Ｓ４１〜第３のスイッチ信号Ｓ４３および計測結果信号Ｓ８１の論理信号レベルは、接地電位〜ＶＳＳ１の電位である。
【００３７】
〔この電子時計の動作説明：図１〜図４、図５〕
次に、上述した実施形態の電子時計の動作について図１から図４および図５を用いて説明する。新たに参照する図５は、この電子時計における回路要部の電圧を示す波形図である。なお。図５においては、ＶＳＳ１は計時手段２０の負極電圧、ＶＳＳ２は蓄電手段３０の負極電圧としている。
まず、この電子時計が起動するときの動作について説明する。
ここでは仮に、蓄電手段３０がほとんど充電されていない状態でこの電子時計に組み込まれており、蓄電手段３０の蓄電電圧が０．６Ｖ程度であったとする。
【００３８】
図１において、発電手段１０が発電を開始すると、発電手段１０に発生した発電エネルギが、まず第１のダイオード４３を介してコンデンサ２３に蓄電される。この電子時計が腕時計であれば腕に付けて携帯するなどして、熱電発電器である発電手段１０に温度差が生じることによって、発電が開始される。
このときに、計時手段２０内の波形生成手段５１はまだ動作をしていないとすると、発振停止検出回路５５はハイレベルの信号を出力しているので、充放電制御手段４０の第１のスイッチ手段４１における図２に示した第３のトランジスタ４７および第４のトランジスタ４８は共にオンとなっている。
すると第１のスイッチ手段４１内の第１のトランジスタ４５のゲート電位はＶＳＳ１の電位となり、かつ第２のトランジスタ４６のゲート電位はＶＳＳ２の電位となる。そのため、第１のトランジスタ４５および第２のトランジスタ４６は、ともに強制的にオフとなる。
【００３９】
この状態では、トランジスタの構造上、ＶＳＳ１からＶＳＳ２、ＶＳＳ２からＶＳＳ１のどちらの方向にも電流が流れることがなくなって、計時手段２０の負極であるＶＳＳ１と蓄電手段３０の負極であるＶＳＳ２とは完全に切断されて絶縁状態となる。
また、図４におけるデータラッチ５２は、計時手段２０の電源投入時には出力がリセットされるので、第１のスイッチ信号Ｓ４１はロウレベルとなり、かつ第２のスイッチ信号Ｓ４２もロウレベルとなる。
すると、図１における第２のスイッチ手段４２はオフとなり、発電手段１０の発電エネルギは計時手段２０のみに送られ、コンデンサ２３への充電が急速に行われることとなる。
【００４０】
コンデンサ２３の端子間電圧が約１．０Ｖを越えれば、計時手段２０は始動可能になり、計時動作を開始する。
それによって、図４に示した計時ブロック５０内の波形生成手段５１は発振分周動作を開始し、分配信号Ｓ２として所定の周波数の矩形波が現れる。
すると、発振停止検出回路５５の出力である第３のスイッチ信号Ｓ４３はロウレベルとなり、図２における第１のスイッチ手段の第３のトランジスタ４７および第４のトランジスタ４８はオフとなる。
ただしこのときは、第１のスイッチ信号Ｓ４１はロウレベルであるので、第１のトランジスタ４５および第２のトランジスタ４６は、ともにオフのままでありＶＳＳ１とＶＳＳ２の間は絶縁状態を保っている。
【００４１】
つぎに、この電子時計の電圧計測動作および充電動作について説明する。
発電手段１０が上記の起動動作以降も発電を継続すれば、分配信号Ｓ２は所定の波形を出力しつづけるので、第２のスイッチ信号Ｓ４２は２５０ミリ秒毎に交互にハイレベルとロウレベルとを繰り返す。その結果、図１における第２のスイッチ手段４２は交互にオンオフを繰り返すので、第２のスイッチ手段４２がオンしている間は蓄電手段３０に発電手段１０が接続され、その間だけ第２のダイオード４４を介して発電手段１０から蓄電手段３０へ充電電流が供給される。
また、第２のスイッチ信号Ｓ４２がロウレベルの間は、蓄電手段３０への充電は行われず、その結果発電手段１０の発電エネルギは計時手段２０側へ供給され、コンデンサ２３へ充電が行われる。
【００４２】
このコンデンサ２３に蓄えられたエネルギは、計時ブロック５０が動作することにより消費される。
また、計測信号Ｓ１には、前述のように２秒周期でハイレベルになる微小パルスが現れる。その計測信号Ｓ１がハイレベルになると、電圧計測手段８０内の分圧スイッチ８２がオンとなり、その間、分圧抵抗８１には蓄電手段３０からの電流が発生する。するとコンパレータ８３の負入力端子には蓄電手段３０の端子間電圧の４／５が現れる。
この間コンパレータ８３もイネーブルとなっており、コンパレータ８３は定電圧回路８４からの基準電圧と分圧抵抗８１からの分圧電圧とを比較する。
【００４３】
このときに蓄電手段３０の端子間電圧が１．０Ｖ未満（蓄電残量が所定値未満）であれば、コンパレータ８３の反転入力端子には−０．８Ｖよりも接地電位に近い電位が入力するため、コンパレータ８３の出力である計測結果信号Ｓ８１はロウレベルになる。
計測信号Ｓ１が９０マイクロ秒後にロウレベルに立ち下がると、そのタイミングでデータラッチ５２はロウレベルである計測結果信号Ｓ８１をラッチし、第１のスイッチ信号Ｓ４１はロウレベルを継続する。
同様に第２のスイッチ信号Ｓ４２は分配信号Ｓ２と同じ波形を出力し続ける。このため、蓄電手段３０の端子電圧が低く充電があまりされていない間は第１のスイッチ手段４１の状態は上記と同様の動作を継続することになる。
ただし、この間図５には図示はしないが、発電手段１０が数秒の短時間のあいだでも発電を停止してしまうと、計時手段２０へのエネルギ供給が絶たれるため、従来と同様に計時動作は停止してしまう。
【００４４】
さらに発電手段１０が発電を継続すれば前述の通りに、蓄電手段３０には充電が行われるため、蓄電手段３０の端子間電圧は上昇していく。
そして蓄電手段３０の端子間電圧が１．０Ｖを越えた（蓄電残量が所定値を越えた）とき、計測信号Ｓ１のパルスが現れると、コンパレータ８３の反転入力端子には−０．８Ｖより低い（絶対値が大きい)電位が入力するため、計測結果Ｓ８１はハイレベルとなる。
そして、計測信号Ｓ１が立ち下がればデータラッチ５２にはハイレベルのデータが取り込まれ、第１のスイッチ信号Ｓ４１はハイレベルになる。
以後は第２のスイッチ信号Ｓ４２も、分配信号Ｓ２とは無関係に常にハイレベルになる。
【００４５】
すると、図１における第２のスイッチ手段４２はオン状態となる。また第１のスイッチ手段４１では、図２に示す第１のトランジスタ４５と第２のトランジスタ４６の両方がオンとなり、ＶＳＳ１とＶＳＳ２間が導通状態になる。
その結果、計時手段２０と蓄電手段３０とは発電手段１０に対して、第１のダイオード４３および第２のダイオード４４とをそれぞれ介した並列接続となる。したがって、これ以降は発電手段１０の発電エネルギは計時手段２０と蓄電手段３０との双方に供給されることになる。
また、これ以降は発電手段１０がごく短時間の間だけ発電を停止してしまっても、ＶＳＳ１とＶＳＳ２の間は導通状態であり、蓄電手段３０に蓄電されたエネルギを計時手段２０へ供給可能であるため、計時手段２０の計時動作はそのまま継続可能である。
なお、第１のスイッチ信号Ｓ４１がハイレベルに立ち上ったとき、図４における計時ブロック５０内のＲＳフリップフロップ回路５８がリセットされ、そのＲＳ出力がローレベルになるが、第１のスイッチ信号Ｓ４１がハイレベルであるため、オアゲート５７の出力である計測許可信号Ｓ３はハイレベルのままである。
【００４６】
次に、この電子時計が発電を長時間停止した場合について説明する。
蓄電手段３０の端子間電圧が１．０Ｖ以上である間は前述の通りであり、一旦蓄電手段３０に蓄えられたエネルギは全て計時手段２０の動作に利用することができることになる。
しかしながら、発電手段１０が発電を長時間停止したままであると、蓄電手段３０の端子間電圧は計時手段２０のエネルギ消費によりやがて１．０Ｖを下まわる（蓄電残量が所定値未満になる）ようになる。
計測信号Ｓ１がハイレベルとなると、図４における電圧計測手段８０の分圧スイッチ８２がオンとなり、前述した起動時と同様に、コンパレータ８３の反転入力端子には−０．８Ｖよりも接地電位に近い電位が入力される。したがって、コンパレータ８３の出力である計測結果信号Ｓ８１はロウレベルになる。
【００４７】
さらに、計測信号Ｓ１が立ち下がればデータラッチ５２の出力はロウレベルとなり第１のスイッチ信号Ｓ４１もロウレベルとなる。
すると、図２に示した第１のスイッチ手段４１では第１のトランジスタ４５のゲート電位はＶＳＳ１の電位と等しくなり、第２のトランジスタ４６のゲート電位はＶＳＳ２の電位と等しくなる。
したがって、第１のトランジスタ４５と第２のトランジスタ４６は、完全にオフとなり、ＶＳＳ１とＶＳＳ２との間は完全に切断されて絶縁状態となる。すなわち第１のスイッチ手段４１としての動作はオフとなる。
すると、コンデンサ２３には、どこからもエネルギ供給がなされなくなり、すでに蓄えられたエネルギを計時制御手段２０が自身の動作で消費しきってしまえば、計時手段２０の計時動作は停止する。
【００４８】
第１のスイッチ信号Ｓ４１もロウレベルになると、図４におけるオアゲート５７の出力である計測許可信号Ｓ３がローレベルになり、アンドゲート５４は計測信号Ｓ１を出力しなくなり、その出力信号Ｓ５はローレベルのままになるので、電圧計測手段８０は計測動作を行わず、データラッチ５２は計測結果信号Ｓ８１ラッチ動作を行わない。
その後、コンデンサ２３の蓄電エネルギも消耗して、計時ブロック５０が動作を停止すると、波形生成手段５１は動作を停止するため、発振停止検出回路５５はそれを検知して、第３のスイッチ信号Ｓ４３をハイレベル（接地電位）にする。そのため、図２における第３のトランジスタ４７および第４のトランジスタ４８は第１のトランジスタ４５および第２のトランジスタ４６のゲート電位をそれぞれのソース電位と等しくなるようにするため、第１のスイッチ手段４１はさらに強制的なオフ状態を維持する。
【００４９】
この状態では再び発電手段１０が発電を再開しないかぎり、この電子時計は動作を再開しないが、蓄電手段３０に対しては電気的な放電経路が完全に切断されており、蓄電手段３０の端子電圧が１．０Ｖを大きく下回ることはなく、この後も蓄電手段３０の端子電圧はほぼ１．０Ｖ近傍にあることになり、蓄電手段３０の過放電を確実に防止できる。
なお、発電手段１０が発電を再開するときには、第３のスイッチ信号Ｓ４３はハイレベルになると、ＲＳフリップフロップ回路５８がセットされ、ＲＳ出力がハイレベルになるため、オアゲート５７の出力である計測許可信号Ｓ３が再びハイレベルになり、波形生成手段５１が計測信号Ｓ１を出力するようになれば、それがアンドゲート５４を通して信号Ｓ５として出力され、電圧計測手段８０の計測動作が開始され、その計測結果信号Ｓ８１をデータラッチ５２がラッチし得る状態になる。
【００５０】
したがって、つぎに発電を再開して上記のように蓄電手段３０へ充電を行えば、蓄電手段３０の端子電圧は１．０Ｖを即時に越え、それ以降に蓄電手段３０に充電した分のエネルギは、すべて有効に計時手段２０の動作に利用可能になる。
上記までの説明におけるこの実施形態の電子時計においては、蓄電手段３０としては、初めから端子電圧が低いものを使用した場合について説明したので、一度は１．０Ｖ以上まで充電する必要があったが、所定の容量以上正しく充電した蓄電手段３０を用いればその必要はない。
また、電気的には放電しなくても、蓄電手段３０自体に化学的な自己放電効果をもつような性質をもつ２次電池を用いる場合では、上記のようにはじめから蓄電電圧が下がっている場合と同様の現象が起きるので、そのような場合でもこの実施の形態を採用するのがよい。
【００５１】
上述した実施形態のように、第１のスイッチ手段４１として図２に示した回路を使用すれば、蓄電手段３０の蓄電残量が所定値未満であり、且つ発電手段の発電エネルギが所定量以上のときには、第１のスイッチ手段４１は第１のトランジスタ４５と第２のトランジスタ４６のオフによって、ＶＳＳ１とＶＳＳ２との間が完全に切断されているため、発電手段１０から蓄電手段３０にわずかな充電電流が流れることもない。
したがって、発電手段１０の発電エネルギを計時手段へ優先的に送って、そのコンデンサ２３を急速に充電することができ、計時ブロック５０の再起動をより早めることができる。
【００５２】
しかし、近年の２次電池には自己放電効果がほとんどないものが多いため、そのようなものを蓄電手段３０に利用できる場合は、以下に示すように第１のスイッチ手段４１をより簡素な構成にしてもよい。
特に図示はしないが、図２に示した第１のスイッチ手段４１において、第２のトランジスタ４６のドレイン端子（Ｄ）を計時手段２０の負極ＶＳＳ１に接続する経路に介挿された第１のトランジスタ４５を削除した構成とすればよい。
このように構成すれば、蓄電手段３０の端子電圧が１．０Ｖを下まわった場合には、第１のスイッチ手段４１の第２のトランジスタ４６がオフになり、そのとき、第２のトランジスタ４６のドレイン端子（Ｄ）からソース端子（Ｓ）の方向には完全な切断状態になるので、蓄電手段３０から計時手段２０への放電経路は完全に遮断され、先に説明した実施の形態の場合と同様に、蓄電手段３０の過放電を防止することができる。
【００５３】
さらにその後、再度発電手段１０が２．０Ｖ程度の高い電圧を発電した場合は、発電手段１０の発電エネルギは第１のスイッチ手段４１と第１のダイオード４３を介して蓄電手段３０にも流れるが、蓄電手段３０の自己放電がないため、ＶＳＳ２の電位は−１．０Ｖであり、このときは第１のスイッチ手段４１での電圧降下分により計時手段２０の端子間電圧は少なくとも蓄電手段３０の端子間電圧である１．０Ｖ以上にできるため、計時手段２０は再起動が可能になる。
ただし、この場合には、第２のトランジスタ４６はオフ状態においても、ソース端子（Ｓ）からドレイン端子（Ｄ）の方向にはダイオードが形成されるため、蓄電手段３０の蓄電残量が所定値未満であり、且つ発電手段の発電エネルギが所定量以上のときには、発電手段１０の発電エネルギを計時手段および蓄電手段３０に送り、両方を充電することになる。
また、上述した実施形態のように電圧計測手段を用いることにより、蓄電手段の放電する下限量を任意に設定することが可能であり、その結果、制御回路やその他の負荷の動作に必要な電圧範囲を広く設計する必要がなくなるという効果もある。
【００５４】
この実施の形態では発電手段１０としては熱電発電器を用いたが、この他の発電器を用いてもよい。
たとえば、太陽電池や機械式発電器なども発電手段１０として問題なく使用可能である。また、発電手段の発電電圧を昇圧して蓄電手段に蓄電し、計時手段に供給するようにした場合にも、勿論この発明を適用することができる。
例えば、発電手段１０として熱電発電器を用いる場合でも、熱電対の対数を少なくして、１℃の温度差で約１．０Ｖの熱起電圧を発電するようにしたものを用い、その発電電圧が低い分を昇圧回路を用いて昇圧して利用する場合にも、この発明を同様に適用できる。
【００５５】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、この発明による電子時計は蓄電手段の端子電圧が所定の値未満となったときには、少なくとも蓄電手段から電気的に放電する経路を完全に遮断する。
そのため蓄電手段の蓄電量は所定の値を大きく下まわってしまうような過放電が無くなり、その後に発電が再開した場合には再びその蓄電量から充電を行えるため、従来問題となっていたように、リークにより無駄に消失させてしまった過放電量の分を再充電する必要がなくなる。したがって、充電した電気エネルギは計時動作のエネルギとしてすべて有効に活用できるようになり、特に発電再開時の計時動作の起動を速め、且つ充電初期における動作の安定性が向上した電子時計を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による電子時計の一実施形態を示すブロック回路図である。
【図２】図１における第１のスイッチ手段の具体例を示す回路図である。
【図３】図２におけるレベルシフタ５６の具体例を示す回路図である。
【図４】図１における計時ブロックと電圧計測手段の構成例を示す回路図である。
【図５】図１に示したこの発明による電子時計の要部の電圧波形を示す波形図である。
【図６】従来の電子時計の構成を示す回路図である。
【図７】図６における第１のスイッチ手段として使用される一般的なトランスミッションゲートの構成を示す回路図である。
【符号の説明】
１０：発電手段２０：計時手段
２３：コンデンサ３０：蓄電手段
４０：充放電制御手段４１：第1のスイッチ手段
４２：第２のスイッチ手段４３，４４：ダイオード
４５：第1のトランジスタ
４５：第２のトランジスタ（電界効果型トランジスタ）
５５：発振停止検出回路（計時停止検出手段）
８０：電圧計測手段

Claims

外部からのエネルギを電気エネルギに変換する発電手段と、
その発電手段のエネルギを蓄電する蓄電手段と、
その蓄電手段あるいは前記発電手段のエネルギにより計時動作する計時手段と、
前記発電手段と蓄電手段と計時手段との間のエネルギの伝達または遮断を行う充放電制御手段と、
前記蓄電手段の端子電圧を計測する電圧計測手段とを有する電子時計であって、
前記計時手段における計時動作の停止を検出する計時停止検出手段を備え、
前記充放電制御手段は、ソース端子を前記蓄電手段に接続しドレイン端子を前記計時手段に接続する経路に接続した電界効果型トランジスタからなる放電スイッチと、前記計時停止検出手段によって計時動作の停止が検出された場合には前記放電スイッチのゲート電位をソース電位に等しくする手段とを備えたことを特徴とする電子時計。
請求項１に記載の電子時計において、
前記計時手段に接続する経路中に、ドレイン端子を前記電界効果型トランジスタのドレイン端子に接続し、ソース端子を前記計時手段に接続した別の電界効果型トランジスタを介挿し、前記計時停止検出手段によって計時動作の停止が検出された場合に、前記別の電界効果型トランジスタのゲート電位をソース電位と等しくする手段を設けたことを特徴とする電子時計。
外部からのエネルギを電気エネルギに変換する発電手段と、
その発電手段のエネルギを蓄電する蓄電手段と、
その蓄電手段あるいは前記発電手段のエネルギにより計時動作する計時手段と、
前記発電手段と蓄電手段と計時手段との間のエネルギの伝達または遮断を行う充放電制御手段と、
前記蓄電手段の端子電圧を計測する電圧計測手段とを有する電子時計であって、
前記計時手段における計時動作の停止を検出する計時停止検出手段と、
前記電圧計測手段によって計測される端子電圧が所定値未満になった場合には、前記蓄電手段の全ての放電経路を遮断し、その後、前記計時停止検出手段が前記計時手段における計時動作の停止を検出するまでの間は、前記電圧計測手段の電圧計測動作を無効にするか計測結果を無効にして、前記充放電制御手段が前記放電経路を遮断した状態を維持する手段を有する電子時計。
請求項３に記載の電子時計において、
前記蓄電手段の蓄電残量が所定値未満であり、且つ前記発電手段の発電エネルギが所定量以上であるときは、その発電エネルギを前記計時手段へ優先的に送るように制御する手段を有することを特徴とする電子時計。
請求項３に記載の電子時計において、
前記蓄電手段の蓄電残量が所定値未満であり、且つ前記発電手段の発電エネルギが所定量以上であるときは、その発電エネルギを前記計時手段および前記蓄電手段に送るように制御する手段を有することを特徴とする電子時計。