JPH1078488A - 電子時計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来より簡素な構成で、高充電効率の充電回
路を有する発電手段内臓時計を提供する。 【解決手段】 発電手段１００と第１のダイオード１１
０とコンデンサ１２０とで閉回路を成し、また発電手段
１００とＦＥＴ１３０と２次電池１４０とを直列に構成
し、コンデンサ電圧２０を数種のタイミングでスレッシ
ョルド３０と比較検出した結果に応じてＦＥＴ１３０を
入切することでコンデンサ１２０と並列接続した計時手
段１５０を安定に駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本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を内蔵する電子時計の構造
に関し、とくに発電したエネルギを充電し、時計を駆動
する機能を有することを特徴とする電子時計の回路構成
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】現在は、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し、この電気エネルギを
時刻表示の駆動エネルギに利用する発電手段内臓時計が
ある。

【０００３】このような発電手段内臓時計には、太陽電
池を利用する太陽電池式時計や、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時計
や、熱電対を積層しその両端の温度差により発電する温
度差発電時計がある。これらの発電手段内臓時計には、
外部のエネルギがなくなったときであっても、つねに安
定した時計の駆動を継続して行うために、外部のエネル
ギがあるときにこの外部エネルギを時計の内部に蓄積す
る手段を内蔵することが必要である。

【０００４】エネルギ蓄積手段を含む発電手段内臓時計
用における従来技術の電源周辺回路として、たとえば特
公平６−３１７２５号公報に記載のものがある。図６
に、エネルギ蓄積手段を含む発電手段内臓時計の従来の
電源周辺回路の回路図を示す。これは特公平６−３１７
２５号公報の電源周辺回路を参照している。

【０００５】図６に示すように、発電手段１００として
は太陽電池であり、第１のダイオード１１０とコンデン
サ１２０とで閉回路を形成し、さらに電気エネルギで時
刻表示を行う計時手段１５０がコンデンサ１２０と並列
に接続している。さらにまた発電手段１００は、第３の
ダイオード１１２と第１のスイッチ手段１３１と２次電
源１４１とでもう一つの閉回路を形成している。

【０００６】そして第２のスイッチ手段１３２はコンデ
ンサ１２０と２次電源１４１とを並列に接続可能となる
ように、コンデンサ１２０と２次電源１４１の双方の正
極間に接続している。さらに第３のスイッチ手段１３３
は、発電手段１００に並列に接続し、発電手段１００の
出力を短絡可能になっている。

【０００７】また第１の電圧比較器１７１は、コンデン
サ１２０の端子電圧をあるしきい値と比較して第１のス
イッチ１３１を制御するように接続している。そして第
２の電圧比較器１７２は、２次電源１４１の端子電圧と
コンデンサ１２０の端子電圧とを比較して第２のスイッ
チ１３２を制御するように接続している。また第３の電
圧比較器１７３は、２次電源１４１の端子電圧をあるし
きい値と比較して第３のスイッチ１３３を制御するよう
に接続している。

【０００８】図６の発電手段内臓時計においては、発電
手段１００が発電を行うと、コンデンサ１２０には充電
が行われて、コンデンサ１２０にたまったエネルギによ
り計時手段１５０は計時を開始する。そして、第１の電
圧比較器１７１がコンデンサ１２０の端子電圧があるレ
ベル以上になると第１のスイッチ１３１を閉じ、２次電
源１４１の側へ充電を行う。

【０００９】また発電手段１００が発電をしないとき
は、コンデンサ１２０の端子電圧は計時手段１５０のエ
ネルギ消費により低下するが、第２の電圧比較器１７２
が、２次電源１４１の端子電圧とコンデンサ１２０の端
子電圧との差を検出して、２次電源１４１側の方がコン
デンサ１２０より端子電圧が高い場合は第２のスイッチ
１３２を閉じて、さらに計時手段１５０の動作を継続す
る。

【００１０】そして、２次電源１４１が過充電となった
ときは、第３の電圧比較器１７３が２次電源の端子電圧
を検出することにより第３のスイッチ１３３を閉じ、発
電手段１００を短絡することで、２次電源１４１の過充
電を防止する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、従来技
術の発電手段内臓時計では、発電手段の発電の状態や、
２次電源等の蓄電手段の充電状態を検出するために、第
１の電圧比較器１７１と第２の電圧比較器１７２と第３
の電圧比較器１７３を電圧検出手段として複数設ける必
要性がある。さらに蓄電手段の充電状態が過充電状態に
なるのを防止するための短絡スイッチ１３３が別途必要
な構成となっており、電源周辺回路は複雑になってい
る。検出手段が多いことや過充電防止用の手段は、電源
周辺回路の制御自体も繁雑になるもととなっている。

【００１２】そこで本発明の目的は、は上記の問題点を
改善し、さらに簡素な検出手段を用いながらも、安定な
時計の駆動と、蓄電手段への充電の制御を行うことを可
能とするような、前述の発電手段を用いる電子時計を提
供するものである。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の電子時計においては、下記記載の手段を採
用する。

【００１４】本発明の電子時計は、外部からのエネルギ
を基に発電する発電手段と、発電手段の発電エネルギを
整流作用を有する第１の整流手段を介して充電する第１
の蓄電手段と、発電手段の発電エネルギをスイッチ手段
を介して充電する第２の蓄電手段と、第１の蓄電手段に
充電したエネルギを電力源とする計時手段と、整流作用
を有し第２の蓄電手段から第１の蓄電手段への充電を可
能とする第２の整流手段と、第１の蓄電手段の端子電圧
と基準電圧とを少なくとも１種類の基準時間ごとに比較
検出する検出手段と、検出手段の検出出力に応じてスイ
ッチ手段を制御する制御手段とからなり、第１の蓄電手
段の端子電圧が基準電圧を越えたときは制御手段がスイ
ッチ手段を閉じて第２の蓄電手段への充電を優先的に行
い、第１の蓄電手段の端子電圧が基準電圧以下のときは
制御手段がスイッチ手段を開いて第１の蓄電手段への充
電を行い、また第２の蓄電手段は第２の整流手段を介し
て第１の蓄電手段をつねに充電し、さらに第１の蓄電手
段の端子電圧が基準電圧より高い状態を基準時間より長
く継続するときは制御手段がスイッチ手段を開くことで
第２の蓄電手段への充電を中断することを特徴とする。

【００１５】本発明の電子時計は、発電手段と第１の整
流手段と計時手段とが閉回路を形成し、また発電手段と
スイッチ手段と第２の蓄電手段とが閉回路を形成し、そ
して第１の蓄電手段と計時手段が並列に接続し、さらに
第２の蓄電手段と第２の整流手段と第１の蓄電手段とが
閉回路を形成している。また検出手段が複数種類の基準
時間の間隔で第１の蓄電手段の端子電圧を検出し、その
検出手段の検出結果により、検出手段の検出間隔である
基準時間の選択と、スイッチ手段を開閉の制御を制御手
段が行う。

【００１６】そして基準時間がスイッチ手段の開閉時間
に反映しており、スイッチ手段の開閉により第２の蓄電
手段と第１の蓄電手段とに発電手段の発電エネルギの分
配を行う。基準時間を複数のなかから選択することによ
って、発電エネルギの分配を調節し、結果として負荷で
ある計時手段の駆動に必要最低限の電力だけ供給を制御
することが可能である。その負荷への電力供給制御のた
めに必要となる検出器は、第１の蓄電手段の端子電圧を
検出する検出手段だけでよい。

【００１７】また負荷への電力供給制御のために必要と
なる切替器は、第２の蓄電手段への充電動作の入切を制
御するスイッチ手段だけでよい。この供給の制御によっ
て、発電手段の発電時には、負荷を安定に駆動しながら
も蓄電手段へ最大限の充電量を供給することが可能であ
る。

【００１８】さらに本発明の電子時計は、簡素な構成で
あり、エネルギを損失するような要素の個数がきわめて
少ない。よって発電手段として内部インピーダンスの比
較的高い太陽電池のような発電素子を用いた場合や、発
電手段の発電電圧が低い場合であっても、従来より充電
エネルギ損失の少ない充電を行うことが可能である。

【００１９】またそのうえ、本発明の電子時計では、第
２の蓄電手段が過充電になると、第２の蓄電手段の端子
電圧を直接検出することなく充電抑制する機能があるた
め、第２の蓄電手段への充電を停止し、過充電防止をす
ることが可能である。この過充電防止機能によって、第
２の蓄電手段が過充電状態であっても、その過充電分を
短絡で消費してしまうことなく時計負荷の駆動に利用す
ることが可能であるため、エネルギ消費が非常に効率的
である。

【００２０】したがって、本発明の電子時計によれば、
全体として簡素な構成であるにもかかわらず、従来以上
に高充電効率で信頼性の高い電子時計を提供することが
可能である。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の電子時計を実施す
るための最適な形態の電子時計を図面を用いて説明す
る。図１は本発明の実施の形態の電子時計の全体回路構
成を示す回路図である。また図２は本発明の実施の形態
の電子時計の制御手段および検出手段の構成を示すブロ
ック図である。そして図３から図４は、本発明の実施の
形態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。また図５は本発明の実施の形態の電子時計におけ
る制御手段および検出手段の具体的な回路例を示す回路
図である。まず、図１と図２を用いて、本発明の実施の
形態の電子時計における充電回路の構成についての説明
を行う。

【００２２】図１に示すように発電手段１００は外部に
存在するエネルギを電気エネルギに変換する発電素子で
ある。ここでは発電手段１００としては太陽電池を仮定
している。そして、発電手段１００の正電極は、第１の
整流手段である第１のダイオード１１０の正極（アノー
ド）と接続している。第１のダイオード１１０として
は、比較的電圧降下のわずかな、ショットキバリアダイ
オードのようなダイオードを用いている。

【００２３】一方、第１のダイオード１１０の負極（カ
ソード）は、第１の蓄電手段であるコンデンサ１２０の
正電極（プラス）と接続している。コンデンサ１２０と
しては電解コンデンサのようなものを使用し、ここでは
コンデンサ１２０は、容量が１０μＦのものを用いるこ
ととする。

【００２４】そしてまた、コンデンサ１２０の負電極
（マイナス）端子は、発電手段１００の負電極と接続し
てあり、発電手段１００に対して閉回路を形成してい
る。すなわち、第１のダイオード１１０は、整流する方
向、すなわち順方向が、発電手段１００からコンデンサ
１２０へと電流が流れることが可能な方向となるように
接続している。

【００２５】そして、計時手段１５０は、コンデンサ１
２０に一旦蓄えられた電気エネルギを電源として時刻表
示を行う時計ムーブメントであり、コンデンサ１２０に
並列に接続している。ここでは、計時手段１５０である
時計ムーブメントは、時刻表示用の指針を駆動するため
のステップモータを備えたものを用いている。

【００２６】図２に示すように、計時手段１５０は一般
的な電子時計に用いられる、水晶の発振信号を分周しス
テッピングモータの駆動波形を発生する計時回路１５１
と、計時回路１５１の発生する駆動波形で駆動するモー
タと輪列と時刻表示指針を含む時刻表示手段１５２とで
構成している。ここで図示はしていないが、計時回路１
５１と、後述の検出手段１７０と制御手段１８０とは、
一般的な電子時計と同様に、ＣＭＯＳで構成した集積回
路を用いる。

【００２７】計時回路１５１は水晶の発信周波数を周期
が４秒となる周波数まで分周し、さらに計時回路１５１
は分周信号を時刻表示手段１５２内のモータの駆動に必
要な波形に変形してモータを駆動し、時刻表示手段１５
２はモータの回転を輪列で減速伝達し時刻表示用の指針
を回転駆動する。

【００２８】また発振分周回路１５１は、発振分周回路
１５１の内部信号である第１のクロック８１と第２のク
ロック８２と第３のクロック８３とを制御手段１８０に
入力している。ここでは第１のクロック８１は周波数が
１６ＫＨｚとし、また第２のクロック８２は周期が第１
の基準時間である２秒とし、第３のクロック８３は周期
が第２の基準時間である４秒とする。

【００２９】そして、図１に示すように、スイッチ手段
としては、Ｎｃｈ−ＭＯＳ電界効果トランジスタ１３０
（以下ＦＥＴと略記する）を用いており、このＦＥＴ１
３０のドレイン端子は、発電手段１００の正電極（プラ
ス）端子と接続している。ここでは、このＦＥＴ１３０
は前述の計時回路１５１を含む集積回路内に構成するも
のとする。

【００３０】一方、第２の蓄電手段としては、リチウム
イオン２次電池１４０（以下２次電池と略記する）を用
いてあり、２次電池１４０の正電極はＦＥＴ１３０のソ
ース端子と接続している。そして２次電池１４０の負電
極は発電手段１００の負電極と接続することで、発電手
段１００に対して閉回路を形成している。

【００３１】２次電池１４０の正電極とコンデンサ１２
０の正電極の間には、第２の整流手段である第２のダイ
オード１６０を挿入して接続している。すなわち第２の
ダイオード１６０のアノードは２次電池１４０の正電極
に接続してあり、また第２のダイオード１６０のカソー
ドはコンデンサ１２０と接続している。

【００３２】ここでも第２のダイオード１６０として
は、比較的電圧降下の少ないショットキバリアダイオー
ドのようなダイオードを用いている。第２のダイオード
１６０は、整流する方向、すなわち順方向が、２次電池
１４０からコンデンサ１２０へと電流が流れることが可
能な方向となるように接続している。

【００３３】そして、制御手段１８０と検出手段１７０
と計時手段１５０は、それぞれコンデンサ１２０と並列
に接続してあり、コンデンサ１２０に蓄えられた電気エ
ネルギを電源として動作する。

【００３４】この検出手段１７０は、コンデンサ１２０
のプラス極（正極）の端子電圧である、コンデンサ電圧
２０を検出可能なように、コンデンサ１２０に並列に接
続している。また制御手段１８０は、検出手段１７０の
検出のタイミングを生成し、さらに検出手段１７０の検
出結果をもとに、ＦＥＴ１３０のスイッチ動作、すなわ
ち入切動作を行い、発電手段１００と２次電池１４０と
を電気的に切断したり接続したりする。

【００３５】図２に示すように、制御手段１８０の生成
した検出のタイミングは検出ストローブ８０で検出手段
１７０へ伝達し、また検出手段１７０の検出結果はスレ
ッショルド検出出力７０として伝達している。そして制
御手段１８０は、前述のようにＦＥＴ１３０のスイッチ
動作を制御するため、制御信号９０をＦＥＴ１３０のゲ
ート端子に接続している。上記のような配線により、本
発明の実施の形態の電子時計における充電回路を構成す
る。

【００３６】つぎに図２の回路図を用いて、本発明の実
施の形態の電子時計における検出手段１７０と制御手段
１８０とスイッチ手段の細部構成について説明を行う。
検出手段１７０は、機能的にはコンデンサ電圧２０と基
準電圧とを比較する電圧比較器（コンパレータ）であ
る。

【００３７】そして検出手段１７０には、コンデンサ電
圧２０の状態を比較する基準の電圧として、基準電圧で
あるスレッショルド３０を設ける。このスレッショルド
３０は電圧レベルであるため、図２の上には図示してい
ないが、ここでは例としてスレッショルド３０は２．５
Ｖとする。

【００３８】また図２に示すように、制御手段１８０
は、判別器１８２と、検出出力保持器１８３と、検出ス
トローブ発生器１８１が含まれている。検出ストローブ
発生器１８１は、コンデンサ１２０を電源とし、検出手
段１７０に電圧レベルを比較検出する動作をさせるため
の検出ストローブ８０を発生するものであり、その検出
ストローブ８０を検出手段１７０に入力する。

【００３９】ここで検出ストローブ８０は、通常はロウ
レベルであり、ある限定した時間幅だけ検出動作をアク
ティブにするためにハイレベルとなるようなパルス状の
検出波形を指すものとする。検出ストローブ発生器１８
１が出力する検出ストローブ８０は、コンデンサ電圧２
０がスレッショルド３０を越えたかどうかを検出手段１
７０に周期的に検出させるために発生する。

【００４０】さらに、基準時間である第１の基準時間４
０および第２の基準時間５０は、図３に示すように検出
手段１７０の検出ストローブ８０波形の時間間隔であ
り、検出手段１７０がコンデンサ電圧２０を検出する周
期である。

【００４１】本発明の実施の形態では、検出ストローブ
８０は検出パルス幅が約３０マイクロ秒で、第１の基準
時間４０を２秒で、第２の基準時間５０を４秒に設定し
ている。この第１の基準時間４０は、制御信号９０がロ
ウレベルを出力するときに選択し、第２の基準時間５０
は制御信号９０がハイレベルを出力するときに選択す
る。

【００４２】また検出手段１７０は、検出ストローブ発
生器１８１で発生した検出ストローブ８０のタイミング
で、コンデンサ電圧２０がスレッショルド３０より大か
小かを比較して、その結果、スレッショルド検出出力７
０を出力する。そして検出手段１７０はスレッショルド
検出出力７０を判別器１８２へ入力する。

【００４３】検出出力保持器１８３は、検出手段１７０
の出力結果によって判別器１８２が更新を行うまで、検
出手段１７０の出力結果を保持するデータラッチであ
る。

【００４４】判別器１８２は、検出手段１７０の出力
と、検出出力保持器１８３の保持内容６０とを比較し、
内容が同じであるときは、制御信号９０によってＦＥＴ
１３０を強制的にオフ、すなわち２次電池１４０と発電
手段１００との電気的接続を切断する。また判別器１８
２は、検出手段１７０の出力と、検出出力保持器１８３
の保持内容６０との内容が異なっていて、かつスレッシ
ョルド検出出力７０がハイレベルであるとき、ＦＥＴ１
３０をオン、すなわち２次電池１４０と発電手段１００
とを電気的に接続する。

【００４５】さらに判別器１８２は検出手段１７０の出
力と、検出出力保持器１８３の保持内容６０とが同じ
か、あるいはスレッショルド検出出力７０がロウレベル
のときは、ＦＥＴ１３０をオフする。そして、判別器１
８２がＦＥＴ１３０を制御したのちに、検出出力保持器
１８３は保持内容６０を、新しい検出手段１７０のスレ
ッショルド検出出力７０の値に更新する。

【００４６】つぎに図５を用いて、本発明の実施の形態
における制御手段１８０と検出手段１７０との具体的な
回路の構成について説明する。検出ストローブ発生器１
８１は、２つの２入力アンドゲートの出力の論理和を出
力する２ｘ２入力アンドオアゲートであるアンドオアゲ
ート８４と、ＲＳラッチ８５と、インバータ８６と、第
１のアンドゲート８７とで構成する。

【００４７】検出ストローブ発生器１８１は、まずアン
ドオアゲート８４が、第２のクロック８２と制御信号９
０の否定との論理積と、第３のクロック８３と制御信号
９０との論理積との論理和を出力するように接続する。
そしてアンドオアゲート８４の出力がセット側で、第１
のクロック８１がリセット側となるようにＲＳラッチ８
５へ入力する。さらにアンドオアゲート８４の出力をイ
ンバータ８６にて反転し、このインバータ８６出力とＲ
Ｓラッチ８５の出力との論理積を第１のアンドゲート８
７でとることで検出ストローブ８０を出力する。

【００４８】また検出手段１７０は、第１の分割抵抗７
１と第２の分割抵抗７２と検出トランジスタ７３と検出
インバータ７４と第１のデータラッチ７５とで構成す
る。

【００４９】第１の分割抵抗７１と第２の分割抵抗７２
と検出トランジスタ７３は、コンデンサ１２０の正電極
とコンデンサ１２０の負電極との間に直列に接続する。
ここでは検出トランジスタ７３には第１の分割抵抗７１
と第２の分割抵抗７２との合成抵抗と比較して充分にオ
ン抵抗の小さなものを用いる。また、第１の分割抵抗７
１と第２の分割抵抗７２との抵抗比は、コンデンサ電圧
２０がスレッショルド３０以上となるときに、第１の分
割抵抗７１と第２の分割抵抗７２の接続点の電圧が検出
インバータ自身のスレッショルドを下回るように設定す
る。

【００５０】そして検出トランジスタ７３のゲートには
検出ストローブ発生器１８１の出力である検出ストロー
ブ８０を接続する。さらに第１の分割抵抗７１と第２の
分割抵抗７２の接続点を検出インバータ７４の入力に接
続する。

【００５１】第１のデータラッチ７５は、検出ストロー
ブ８０の立ち下がり波形により検出インバータ７４の出
力を入力して保持し、この保持結果をスレッショルド検
出出力７０として出力可能となるよう接続する。

【００５２】また判別器１８２は第２のアンドゲート８
８で構成し、検出出力保持器１８３は第２のデータラッ
チ８９で構成する。判別器１８２である第２のアンドゲ
ート８８は、第２のデータラッチ８９の反転側出力と検
出手段１７０のスレッショルド検出出力７０との論理積
を制御信号９０として出力可能なよう接続する。

【００５３】第２のデータラッチ８９はスレッショルド
検出出力７０を検出ストローブ８０の立ち下がりエッジ
で保持し、その保持内容６０と保持内容６０の反転信号
とを出力するように接続する。

【００５４】つぎに図５を用いて、本発明の実施の形態
における制御手段１８０と検出手段１７０の具体的な回
路の動作について説明する。まず、回路の初期状態で
は、第１のデータラッチ７５と第２のデータラッチ８９
はともにロウレベルを出力するので、制御出力９０はす
なわちロウレベルとなり、アンドオアゲート８４は第２
のクロック８２を通過出力する。ただし逆に制御出力９
０がハイレベルで出力するようなときは、アンドオアゲ
ート８４は第３のクロック８３を通過出力する。

【００５５】ＲＳラッチ８５は第１のクロック８１がハ
イレベルのとき出力がロウレベルとなり、またアンドオ
アゲート８４の出力がハイレベルかつ第１のクロック８
１がロウレベルのときにＲＳラッチ８５の出力はハイレ
ベルとなる。したがって第１のアンドゲート８７は、ア
ンドオアゲート８４が通過出力する波形の周期で第１の
クロック８１がハイレベルとなる幅だけハイレベルとな
るような波形、すなわち検出ストローブ８０を出力す
る。

【００５６】つぎに検出ストローブ８０がハイレベルと
なるときに検出トランジスタ７３はオンとなるので、直
列に接続した第１の分割抵抗７１と第２の分割抵抗７２
と検出トランジスタ７３には電流が発生し、検出インバ
ータ７４の入力にはある電圧が生じる。

【００５７】検出ストローブ８０がロウレベルであると
きは検出インバータ７４の入力はプルアップされるの
で、通常は検出インバータ７４の出力はロウレベルであ
るが、前述のように検出インバータ７４の入力に生じた
電圧が検出インバータ７４のスレッショルドを下回ると
き、すなわちコンデンサ電圧２０がスレッショルド３０
を上回るときには検出インバータ７４の出力はハイレベ
ルとなる。検出ストローブ８０がハイレベルからロウレ
ベルへ立ち下がるときに、検出インバータ７４の出力を
第１のデータラッチ７５が保持し、第１のデータラッチ
７５がその保持結果をスレッショルド検出出力７０とし
て出力する。

【００５８】したがってスレッショルド検出出力７０
は、検出ストローブ８０が立ち下がるたびに更新され、
その際コンデンサ電圧２０がスレッショルド３０より低
ければロウレベルとなり、コンデンサ電圧２０がスレッ
ショルド３０より高ければハイレベルとなる。

【００５９】第２のアンドゲート８８は、スレッショル
ド検出出力７０がハイレベルとなったときでかつ保持内
容６０がロウレベルであるようなときにだけハイレベル
を制御信号９０として出力し、それ以外では第２のアン
ドゲート８８はロウレベルを出力する。

【００６０】データラッチ８９は検出ストローブ８０の
立ち下がりエッジによりスレッショルド検出出力７０の
値を保持内容６０として保持し、第２のアンドゲート８
８へ出力する。

【００６１】制御出力９０と制御出力９０の反転信号は
アンドオアゲート８４に戻り、アンドオアゲート８４出
力が第２のクロック８２と第３のクロック８３とに選択
するための選択情報となる。したがって制御手段１８０
と検出手段１７０とは、初期状態では第２のクロック８
２である２秒周期でコンデンサ電圧２０の検出動作を行
い、コンデンサ電圧２０がスレッショルド３０を越えた
ときには制御信号９０をハイレベルとしつつ、つぎのコ
ンデンサ電圧２０の検出周期を４秒にするが、つぎのコ
ンデンサ電圧２０の検出後には必ず制御信号９０をロウ
レベルにし、かつ検出周期を２秒に戻す動作を行う。

【００６２】そして、コンデンサ電圧２０がスレッショ
ルド３０を越えないような場合は制御信号９０はロウレ
ベルを出力し、コンデンサ電圧２０の２秒周期で検出を
行うという動作を行う。

【００６３】つぎに図２と図３と図４とを用いて、本発
明の実施の形態における電子時計の動作の説明を行う。
図３において、（ａ０）は発電手段１００の発電電圧１
０を示す電圧波形を示す波形図である。また図４におい
て（ａ２）は２次電池１４０の正端子電圧を示す波形図
である。また図３および図４において、（ａ１）はコン
デンサ電圧２０を示す電圧波形を示す波形図であり、そ
して（ｂ）は制御手段１８０の検出ストローブ８０の波
形を示す波形図であり、また（ｃ）は検出手段１７０の
スレッショルド検出出力７０の波形を示す波形図であ
り、そして（ｄ）は制御手段１８０の検出出力保持器１
８３の保持内容６０の波形を示す波形図であり、さらに
（ｅ）は制御手段１８０の制御信号９０、すなわちＦＥ
Ｔ１３０のゲート入力信号波形を示す波形図であり、そ
して（ｆ）は計時手段１５０内のステップモータの駆動
波形である。図３（ｃ）に示す第１の基準時間４０と第
２の基準時間５０は、前述の通り、検出手段１７０の検
出ストローブ８０波形の時間間隔であり、検出手段１７
０がコンデンサ電圧２０を検出する周期である。

【００６４】まず、本発明の電子時計の長期間放置時、
すなわちコンデンサ１２０および２次電池１４０の蓄電
エネルギが空になっているときから、発電手段１００が
発電を開始して計時手段１５０が始動する動作を説明す
る。

【００６５】まず、外部環境が変化し、発電手段１００
が発電を開始する。発電手段１００としては太陽電池を
用いることとしているので、この場合の外部環境の変化
は、発電手段１００に光が照射したことに相当する。発
電手段１００が発電を行っている間は、第１のダイオー
ド１１０は順方向バイアスとなり、発電手段１００の発
電エネルギをコンデンサ１２０へ送り、コンデンサ１２
０を充電する。その結果、コンデンサ電圧２０は、発電
手段１００の平均発電電圧から第１のダイオード１１０
に生じる電圧降下分を差し引いた電圧まで上昇する。

【００６６】コンデンサ電圧２０が計時手段１５０の駆
動に充分な電圧まで上昇すると、計時手段１５０は時計
駆動を開始する。また時計駆動と同様に、制御手段１８
０および検出手段１７０も動作を開始する。

【００６７】検出手段１７０と制御手段１８０はコンデ
ンサ１２０の電気エネルギを電源としているので、検出
ストローブ発生器１８１は、検出ストローブ８０の出力
を開始する。とくに起動直後は、保持内容６０と制御信
号９０はロウレベルにリセットし、検出ストローブ発生
器１８１の検出周期は、制御信号９０がロウレベルのた
め第１の基準時間４０になる。

【００６８】コンデンサ電圧２０が、スレッショルド３
０より低いときは、検出ストローブ８０がハイレベルと
なるタイミングで、検出手段１７０がコンデンサ電圧２
０を検出しても、検出手段１７０のスレッショルド検出
出力７０はロウレベルのままとなる。

【００６９】このとき、保持内容６０はロウレベルであ
り、スレッショルド検出出力７０もロウレベルであるの
で、制御手段１８０は制御信号９０をロウレベルとし、
保持内容６０もロウレベルを継続する。したがって、制
御手段１８０は、動作を開始したときに初期化動作とし
て、必ずＦＥＴ１３０を開く（切る）動作をするように
ＦＥＴ１３０のゲートに信号を送る。このようにするこ
とで、発電手段１００は発電エネルギを計時手段１５０
へのみ送ることが可能となり、発電手段１００が発電を
開始してから比較的速く計時手段１５０が動作できるよ
うになる。

【００７０】続いて本発明の電子時計が、発電手段１０
０が発電を行っているあいだに２次電池１４０への充電
を行う動作について説明する。検出手段１７０は始動直
後には、検出手段１７０はコンデンサ電圧２０を、図３
（ｂ）に示すように２秒周期で検出する。

【００７１】発電手段１００の発電エネルギが計時手段
１５０の消費エネルギに対して充分大であれば、コンデ
ンサ電圧２０は、スレッショルド３０より大となる。こ
のコンデンサ電圧２０がスレッショルド３０より大とな
った状態を、図３（ｂ）の検出ストローブ８０がハイレ
ベルとなるタイミングで検出手段１７０が検出し、コン
デンサ１２０が充電良好であることを検出する。

【００７２】このときは、保持内容６０はロウレベルで
あり、またスレッショルド検出出力７０はハイレベルで
保持内容６０と異なるため、制御信号９０はハイレベル
になる。制御手段１８０が制御信号９０をハイレベルと
するとき、制御手段１８０はＦＥＴ１３０を閉じる（入
れる）ように制御する。また同時に制御手段１８０は保
持内容６０をハイレベルに更新する。この結果、発電手
段１００は発電エネルギを２次電池１４０に送ることが
可能となり、２次電池１４０の充電が行うことができ
る。

【００７３】ＦＥＴ１３０が閉じた状態のとき、２次電
池１４０の端子電圧は、コンデンサ電圧２０と比較して
充分低く、第１のダイオード１１０および第２のダイオ
ード１６０の印加バイアスは逆方向である。この逆方向
バイアスのため、コンデンサ１２０から２次電池１４０
へ電流が流れ込むことはなく、コンデンサ電圧２０は２
次電池１４０を充電することが原因で低下することはな
い。

【００７４】よってコンデンサ電圧２０が低下する要因
は、計時手段１５０が時刻表示のためにコンデンサ１２
０のエネルギを消費することだけとなる。したがってコ
ンデンサ電圧２０は２次電池１４０が充電を行っていて
も安定することとになり、計時手段１５０はコンデンサ
電圧２０によって安定して駆動することができる。ま
た、ＦＥＴ１３０が閉じている間は、図３（ｂ）に示す
ように、検出ストローブ８０の周期は第２の基準時間５
０である４秒となる。

【００７５】やがて２次電池１４０の充電が開始してか
ら充分に時間が経過すると、計時手段１５０のエネルギ
消費によりコンデンサ電圧２０は低下する。検出手段１
７０が、このつぎに検出ストローブ８０がハイレベルに
なるタイミングでコンデンサ電圧２０を検出しても、コ
ンデンサ電圧２０はスレッショルド３０以上ではないの
で、スレッショルド検出出力７０はロウレベル状態のま
まとなり、コンデンサ１２０が充電不良であることを検
出する。

【００７６】このスレッショルド検出出力７０がロウレ
ベルとなったことをうけ、制御手段１８０は保持内容６
０をロウレベルにリセットし、さらに制御信号９０もロ
ウレベルにする。制御信号９０がロウレベルとなること
で、ＦＥＴ１３０はふたたび開いてオフとなり、２次電
池１４０への充電は中止することができる。

【００７７】このようにＦＥＴ１３０を開くことにより
発電手段１００の発電エネルギは、ふたたびコンデンサ
１２０と、計時手段１５０と、制御手段１８０と、検出
手段１７０とに優先的に送られることとなる。この結
果、コンデンサ電圧２０はふたたび上昇し、計時手段１
５０は停止することなく安定して動作可能となる。

【００７８】以上のように制御手段１８０がＦＥＴ１３
０を入切する動作を継続することによって、計時手段１
５０は動作が安定したまま、２次電池１４０の充電を行
うことが可能となる。

【００７９】続いて、本発明の電子時計の、発電手段１
００が発電を停止するときにおける動作の説明を行う。
環境が変化し、発電手段１００が発電できない状態とな
ったとき、あるいは発電手段１００の発電電圧１０が低
い状態となったとき、コンデンサ電圧２０は、計時手段
１５０の消費エネルギによって徐々に低下する。

【００８０】このようなときコンデンサ電圧２０がスレ
ッショルド３０を下回っていれば、検出手段１７０が検
出ストローブ８０がハイレベルとなるタイミングでコン
デンサ電圧２０を検出したときはスレッショルド検出出
力７０はロウレベルとなり、コンデンサ１２０が充電不
良であることを検出する。この結果、制御手段１８０は
制御信号９０をロウレベルにした後、保持内容６０をロ
ウレベルとする。

【００８１】したがって、制御信号９０はロウレベルで
あるので、制御手段１８０はコンデンサ１２０が充電不
良であるとき、ＦＥＴ１３０を開くように制御する。し
かしながら、コンデンサ１２０へのエネルギの供給はな
いか、あるいはきわめてわずかであるので、コンデンサ
電圧２０は少なくとも上昇することはない。

【００８２】さらに計時手段１５０のエネルギ消費によ
ってコンデンサ電圧２０が低下し、２次電池１４０の端
子電圧より大きく低下しそうになる場合、第２のダイオ
ード１６０は順バイアスとなり、第２のダイオード１６
０は２次電池１４０からコンデンサ１２０と、制御手段
１８０と、計時手段１５０と、検出手段１７０へと電流
を流すことが可能となる。したがって、発電手段１００
が充分に発電していないような場合でも、２次電池１４
０が充分に充電されていれば、自動的に２次電池１４０
側から計時手段１５０側へエネルギの供給を行うことが
可能となる。

【００８３】以上のようにすることで、発電電圧１０を
直接検出する手段を別途用意することなく、発電手段１
００が発電していないことを検出し、２次電池１４０へ
の充電を停止することが可能となる。

【００８４】また上記のように検出した非発電状態のと
き、制御手段１８０がＦＥＴ１３０を開きつづけるよう
に制御することで、発電手段１００が発電していない時
に不用意にＦＥＴ１３０を閉じてしまうことがない。こ
のため、逆流防止ダイオードのような整流素子を、ＦＥ
Ｔ１３０に直列に挿入することなく、２次電池１４０に
蓄えたエネルギの放電を防止することが可能である。こ
の結果、電流を抑制する効果のある整流素子が不要であ
るので、発電手段１００が発電時であれば、充電電流を
最大限に得ることが可能となり、充電効率が向上する。

【００８５】この充電効率向上の効果は、発電電圧１０
と２次電池１４０との間の電圧差が低いようなとき、あ
るいは発電手段１００の内部抵抗が高いもののときに
は、従来の構成に比べてより有効である。

【００８６】続いて本発明の電子時計において、発電手
段１００が発電停止状態から発電を開始するときについ
ての動作の説明を行う。図示はしないが、発電手段１０
０が発電を行っていないときは、前述のようにＦＥＴ１
３０は開き続いており、発電手段１００で発電した発電
エネルギは２次電池１４０へは送られない。また２次電
池１４０は第２のダイオード１６０を介して充電されて
いるエネルギをコンデンサ１２０へ送り、計時手段１５
０の駆動を継続させている。

【００８７】ここで外部環境が変化し、発電手段１００
が発電を開始すると、コンデンサ電圧２０は２次電池１
４０の端子電圧と比較して充分大きくなる。このときは
第２のダイオード１６０は逆バイアスとなり自動的に２
次電池１４０からコンデンサ１２０への充電は停止し、
発電手段１００の発電エネルギが直接計時手段１５０の
駆動を開始する。以降、前述のコンデンサ１２０および
２次電池１４０が空のときから発電手段１００が発電を
開始した場合と同様の動作を行う。

【００８８】続いて本発明の電子時計について、２次電
池１４０への充電が充分に行われた結果、２次電池１４
０の端子電圧がスレッショルド３０を大きく越えたとき
における動作の説明を行う。図４（ａ２）に示すよう
に、前述までの２次電池１４０充電の動作により、２次
電池１４０への充電が進んでゆくと、２次電池１４０自
体の端子電圧も上昇する。ただし図４においては、説明
の都合上２次電池１４０の端子電圧は比較的急に上昇す
るよう強調して図示してある。このように２次電池１４
０の端子電圧が上昇したときであって、発電手段１００
が発電を行っている場合も、前述のように２次電池１４
０への充電を行う。

【００８９】このようなときで、とくに２次電池１４０
の端子電圧がスレッショルド３０を越えた場合、すくな
くとも２次電池１４０から第２のダイオード１６０を介
してコンデンサ１２０へ電流が流れる。したがって、コ
ンデンサ電圧２０は２次電池１４０の端子電圧にほぼ等
しくなり、計時手段１５０のエネルギ消費によってもコ
ンデンサ電圧２０の低下がほとんど発生しない状態とな
る。

【００９０】このようなときに、検出手段１７０がコン
デンサ電圧２０を検出すれば、連続して充電良好を検出
し、２度目の検出以降は、制御手段１８０は強制的にＦ
ＥＴ１３０を開くように制御するので、２次電池１４０
と発電手段１００は電気的に切断される。すなわち図４
に示すように、コンデンサ電圧２０がスレッショルド３
０を越えた状態を、一度、検出ストローブ８０がハイレ
ベルとなるタイミングで検出手段１７０が検出したのち
に、第２の基準時間５０を経過した後も続くときは、つ
ぎにハイレベルの検出ストローブ８０が検出手段１７０
へ送られたときも、検出手段１７０のスレッショルド検
出出力７０がハイレベルとなるが、保持内容６０はすで
にハイレベルを記憶しているので、判別器１８２は制御
信号９０を強制的にロウレベルにする。

【００９１】判別器１８２の制御信号９０がロウレベル
になると、ＦＥＴ１３０はオフし、２次電池１４０への
充電は強制的に停止する。ＦＥＴ１３０が開いた後も発
電手段１００が発電している状態を続けるようなとき
は、制御手段１８０はさらにこのままＦＥＴ１３０は開
いた状態に制御を継続する。この結果、２次電池１４０
が過充電気味となって、２次電池１４０の端子電圧がス
レッショルド３０を大きく越えようとするときには、制
御手段１８０は強制的に２次電池１４０への充電を中止
するように制御する。

【００９２】またＦＥＴ１３０が開いた後、発電手段１
００が発電を停止すれば、計時手段１５０が２次電池１
４０のエネルギを消費していくのみとなる。そして、さ
らに発電手段１００が発電を停止し続ければ２次電池１
４０の端子電圧が降下していき、やがてコンデンサ電圧
２０がスレッショルド３０を下回る。コンデンサ電圧２
０が一旦スレッショルド３０を低下した後は、通常の発
電手段１００の発電停止時の同様の動作となる。

【００９３】以上の説明のように制御手段１８０が２次
電池１４０の充電を強制的に停止することで、２次電池
１４０への過剰な充電を防止することが可能となり、２
次電池１４０を破壊から守ることができる。この過充電
防止の機能は、従来２次電池１４０の端子電圧を専用の
検出器で検出することが必要であったが、本発明の電子
時計においては、その必要がなく回路構成がきわめて簡
素となる。

【００９４】また本発明の実施の形態においては、発電
手段は太陽電池を用いることとしていたが、その他の発
電要素を用いても同様に実施可能である。たとえば熱電
対を利用した熱電発電器や、回転錘の運動エネルギを利
用した機械発電器は発電手段として利用可能である。

【００９５】またスイッチ手段としてはＮｃｈＭＯＳＦ
ＥＴを用いたが、同様のスイッチ機能を有する回路素子
であればスイッチ手段として利用可能である。とくにＰ
ｃｈＭＯＳＦＥＴやバイポーラ型トランジスタは、スイ
ッチ手段として適用できる。

【００９６】また、第１の整流手段と第２の整流手段に
はショットバリアダイオードを用いることとしたが、可
能であれば計時手段内の集積回路上に形成してもよい。

【００９７】

【発明の効果】以上の説明のとおりにＦＥＴを制御する
ことにより、本発明の電子時計は、発電手段の発電状態
や２次電池の充電状態に応じて適切な充電を行うことが
可能となる。この２次電池への充電は、計時手段の駆動
に必要最低限の電力だけ供給しながら行うので、計時手
段は安定に駆動した状態で行うことが可能である。

【００９８】さらに本発明の電子時計は、検出手段や、
スイッチング手段等が簡素な構成であり、エネルギを損
失するような要素が最少数であり、充電は高い効率で行
うことができる。

【００９９】またそのうえ本発明の電子時計では、２次
電池が過充電となるような状況を、特別な構成を用意す
ることなく防止する機能が備わっているため、充電シス
テムとしても安全である。したがって、本発明の電子時
計によれば、高効率かつ安定で安全な充電式電子時計を
簡素な構成で実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における電子時計の全体回
路構成を示す回路図である。

【図２】本発明の実施の形態における電子時計の制御手
段および検出手段の構成を示す回路ブロック図である。

【図３】本発明の実施の形態における電子時計の要部電
圧波形を示す波形図である。

【図４】本発明の実施の形態における電子時計の要部電
圧波形を示す波形図である。

【図５】本発明の実施の形態における電子時計の制御手
段および検出手段の具体的な回路構成を示す回路図であ
る。

【図６】従来技術における発電手段内臓時計の全体回路
構成を示す回路図である。

【符号の説明】

１００ 発電手段 １１０ 第１のダイオード １２０ コンデンサ １４０ ２次電池 １５０ 計時手段 １６０ 第２のダイオード １７０ 検出手段 １８０ 制御手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 外部からのエネルギを基に発電する発電
   手段を有する電子時計であって、 発電手段の発電エネルギを整流作用を有する第１の整流
   手段を介して充電する第１の蓄電手段と、 発電手段の発電エネルギをスイッチ手段を介して充電す
   る第２の蓄電手段と、 第１の蓄電手段に充電したエネルギを電力源とする計時
   手段と、 整流作用を有し第２の蓄電手段から第１の蓄電手段への
   充電を可能とする第２の整流手段と、 第１の蓄電手段の端子電圧を基準電圧と比較検出する検
   出手段と、 検出手段の検出出力に応じてスイッチ手段を制御する制
   御手段とからなり、 第１の蓄電手段の端子電圧が基準電圧を越えたときは制
   御手段がスイッチ手段を閉じて第２の蓄電手段への充電
   を優先的に行い、 第１の蓄電手段の端子電圧が基準電圧以下のときは制御
   手段がスイッチ手段を開いて第１の蓄電手段への充電を
   行い、 さらに第２の蓄電手段は第２の整流手段を介して第１の
   蓄電手段を常に充電することで第１の蓄電手段の端子電
   圧が第２の蓄電手段の端子電圧を大きく下回らないこと
   を特徴とする電子時計。
2. 【請求項２】 外部からのエネルギを基に発電する発電
   手段を有する電子時計であって、 発電手段の発電エネルギを整流作用を有する第１の整流
   手段を介して充電する第１の蓄電手段と、 発電手段の発電エネルギをスイッチ手段を介して充電す
   る第２の蓄電手段と、 第１の蓄電手段に充電したエネルギを電力源とする計時
   手段と、 整流作用を有し第２の蓄電手段から第１の蓄電手段への
   充電を可能とする第２の整流手段と、 第１の蓄電手段の端子電圧と基準電圧とを少なくとも１
   種類の基準時間ごとに比較検出する検出手段と、 検出手段の検出出力に応じてスイッチ手段を制御する制
   御手段とからなり、 第１の蓄電手段の端子電圧が基準電圧を越えたときは制
   御手段がスイッチ手段を閉じて第２の蓄電手段への充電
   を優先的に行い、 第１の蓄電手段の端子電圧が基準電圧以下のときは制御
   手段がスイッチ手段を開いて第１の蓄電手段への充電を
   行い、 また第２の蓄電手段は第２の整流手段を介して第１の蓄
   電手段を常に充電し、 さらに第１の蓄電手段の端子電圧が基準電圧より高い状
   態を基準時間より長く継続するときは制御手段がスイッ
   チ手段を開くことで第２の蓄電手段への充電を中断する
   ことを特徴とする電子時計。