JPS6015897B2 - 電池式電子時計 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高周波パルスを発生する発振器と、前記高周
波パルスを受けて低周波パルスを発生する分周器と、前
記低周波パルスにより制御されて表示器を駆動するステ
ッピングモータと、発振器と分間器およびステッピソグ
モータに電力を供給する電池とを備える電池式電子時計
に関する。

このような時計では電池は２種類の電流、すなわち、発
振器と分周器およびモー夕制御器に流れ込む電流と、モ
ータに流れ込む電流を供給する。実用上の目的のために
は、第１の電流は直流と考えることができ、その大きさ
は数マイクロアンペアをこえない。しかし、第２の電流
はパルス状電流であって、数ミリ秒から数十ミリ秒にわ
たって数百マイクロアンペアの大き乳こ達する。このよ
うな時計に使用される電池は、電圧源と直列な内部抵抗
を有するが、その抵抗の抵抗値は周囲温度の変化でかな
り変化する。

しかし、常温（たとえば２００）ではその変化は無視で
きる。そのような周囲条件は温度が０度以下となるよう
な範囲まで変化し、その場合にはこの抵抗の抵抗値は数
百オーム程度まで高くなる。したがって、そのような低
温において電池の端子で得られる電圧は、モータ作動パ
ルスが持続中はかなり低下する。ステツピングモータは
たとえば０．７Ｖ〜１．５Ｖと０いうようなかなり広い
電圧範囲にわたって満足に動作するように作ることがで
きるから「モータの適正な動作ということに関する限り
は、電池の電圧低下は重要な問題ではない。

しかし、そのような電子時計で使用されている集積回路
は、一般にかなり高いレベルの電圧しきい値を有する。

たとえば、現在採用されているＣＭＯＳ技術では１．２
Ｖ附近が電圧しきい値である利用可能な電圧がこのしき
し、値よりも低くなったとすると、発振器や分周器は機
能しなくなる。そうすると、モ−夕駆動用のパルス中に
異常が生ずるから、そのような電圧降下状況は電子時計
にとってはかなり危険である。モータ制御パルスの持続
時間は分周器により決定されるから、回路が動作を停止
した時のパルスはそれ自体で持続するから電池は急速に
放電する。現在利用できる電池の特性によりひき起され
るこのような困難を避けるためには、モータ制御パルス
の発生中は電池電圧を安定化することが望ましい。

これに対する可能な解決法の１つは２個の電池を使用す
ることである。しかし、これはたとえば腕時計について
考えて見れば利用可能なスペースの面で望ましくない。
したがって、基本的な着想はコンデンサを使用して電圧
安定化を図るということになる。

この場合に用いられるコンデンサは大きな電流が取り出
される場合に電池の代りをすることができる。このコン
デンサは２個のモータ駆動パルスの間の時間に抵抗を介
して再充電される。しかし、このような方法は、コンデ
ンサを電池電圧にできるだけ近い電圧まで充電させるに
は直列抵抗の抵抗値を低くせねばならず、しかも集積回
路に供給することを目的としてコンデンサに貯えたェネ
ルギが、モ−外こ供給されることを防ぐためにはその抵
抗の抵抗値を高くせねばならないという点で、不都合が
生ずることがわかった。従って、本発明はコンデンサを
発振器と分周器に接続し、分周器から制御信号を受ける
スイッチが、モータ制御パルスが発生されていない間は
電池とコンデンサの間に低抵抗の導電路を与え、モ−夕
制御パルスが発生されている間は電池とコンデンサの間
に高抵抗導電路を形成して、モ−夕制御パルスの発生中
は発振器と分周器がほぼコンデンサだけから動作電力を
供給されるようにして、前記のような問題を解決するも
のである。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明する。

第ＩＡ，ＩＢ図に標準回路を示す。

これらの回路から、発振器○とモー夕制御トランジスタ
Ｔを有する集積回路ＩＣが、モータ制御パルスが発生さ
れていない時に５ムＡの電流を消費し、モータ駆動パル
スが発生されている間は５００〃Ａの電流が消費される
ものとすると、電源電圧Ｖｏｏは集積回路に必要な５〃
Ａの電流を維持できないほど低い電圧に低下する危険が
ある。この場合には、モータ制御部分を含む全ての回路
が動作しなくなるからモータ巻線Ｍに電流が流れ続け、
ついには電池が完全に放電しさってしまうことになる。
そのために電池が漏液状態となって、時計のムーブメン
トが破損されるようなことにもなる。第２図には電圧安
定化の原理回路図を示す。

この回路ではコンデンサＣＤは電圧源Ｖｏｏから抵抗Ｒ
ｏを介して充電されるようになっている。前記したよう
に、ここでの問題は、抵抗Ｒｏの抵抗値を、モータ制御
パルスが発生されていない間はコンデンサＣｏが適正に
充電されるように十分に低くすると同時に、モータ制御
パルスが発生されている間はコンデンサＣｏに充電され
ている電荷がほとんど集積回路にだけ供給されるように
十分に高くすることである。ここで、集積回路が５仏Ａ
の連続電流を必要とし、モータの使用電流が１０ミリ秒
間に５００ムＡとし、コンデンサＣＤの容量をＩＡＦと
仮定すると、コンデンサを電池の電圧（１．３５Ｖ）よ
りも５０のＶ低い電圧まで充電させるには、抵抗Ｒｏの
値をＲ。

≦髪砦＝岬。オ−ムとすればよいことは明らかである。

このような場合には、モータの内容抵抗を３キロオーム
と仮定すると、モータ制御パルスの発生中はコンデンサ
ＣＤは集積回路に５仏Ａ、モー夕に１．３Ｖ／１３キロ
オーム＝１００仏Ａの電流を与えることになる。

このモータに与える電流は望ましくない。モータ制御パ
ルスが発生されて１０ミリ秒経駆してモー夕制御パルス
がなくなった時には、コンデンサＣＤの端子間電圧は，
．３ｖ−１０５×ｌｏ‐６ｘｌｏ‐２＝，．２５ＶＩＸ
Ｉ。

‐６である。

実際には電圧は電池の電圧以下には下らず、抵抗Ｒｏは
はるかに低いことがわかる。

抵抗ＲＤの抵抗値をもっと高くしたとすると、コンデン
サＣｏの端子電圧は常に電池電圧一（ｌｃ，×Ｒｏ）で
あるから、コンデンサＣｏは十分には充電されない。

これを解決する１つの方法はコンデンサの容量を大きく
することであるが、そうすると時計内部のスペースの面
で難点が生ずる。従って、好適な解決法は第３，４図に
示すようなものとなる。第３図にはコンデンサ充電用の
切り換え可能な抵抗ＳＲを使用する原理を示す。この抵
抗ＳＲとしてはたとえば電界効果トランジスタを使用で
きる。電界効果トランジスタの場合にはそのゲートに加
えられる論理スイッチング信号に従って、その内部抵抗
の値を変化する。この信号はモータ制御に使用される信
号と同じ形である。したがって、モータ制御パルスの発
生中は電界効果トランジスタの内部抵抗は数メグオーム
程度となり、充電されたコンデンサと集積回路より成る
回路アセンブリは電池から実効的に切り離されることに
なる。この時には電池はモータ制御パルス用の電流だけ
を供給することになる。モータ制御パルス発生されてい
ない時は電界効果トランジスタの内部抵抗は低いから、
コンデンサＣｏを急速かつ完全に充電できる。次に第４
図を参照する。

第４図は第３図に原理を示した本発明の具体的な回路を
示す。電池Ｖｏｏの一方の端子はラインＶＲに接続され
、他方の端子はラインＶＢに接続される。電界効果トラ
ンジスタＴ３はそのソース・ドレイン回路を介してライ
ンＶＢとＶ＾を接続する。この電界効果トランジスタＬ
はコンデソサＣｏを充電するための切り換え可能な抵抗
の機能を果すもので、第３図に示す電界効果トランジス
タＳＲに対応する。コンデンサＣｏは集積回路ｌｃと同
様にラインＶＲとＶ＾の間に接続される。電界効果トラ
ンジスタＬの制御は、回路素子Ｒ，，Ｒ２と、電界効果
トランジスタＴ，，Ｔ２，Ｔ３で構成されるアナログ比
較器により行われる。

回路素子Ｒ，と電界効果トランジスタＴ，はラインＶＲ
とＶ＾の間に直列に援線され、回路素子Ｒ２と電界効果
トランジスタＴ２はラインＶＲとＶＢの間に直列に接続
される。回路素子Ｒ２と電界効果トランジスタＴ２との
共通接続点ＶＤ２は、ナンドゲートＧの１つの入力端子
に接続される。このナンドゲ−トＧの他の１つの入力端
子は集積回路ＩＣの１つの端子に接続され、モー夕制御
パルスと同時に集積回路にから入力を受けるようになっ
ている。ナンドゲートＧの出力は電界効果トランジスタ
丸のゲートに加えられ、その導適状態を制御する。ィン
バータ１と電界効果トランジスタＬで構成されるスピー
ドアップ回路も設けられる。ィンバータ１の入力端子に
は回路点ＶＤ２から入力が与えられ、ィンバータ１の出
力は電界効果トランジスタＬのゲートに与えられる。こ
の電界効果トランジスタＬのソース・ドレイン回路はラ
イ０ンＶＲと回路点ＶＤ２の間に接続される。モータ制
御回路Ｍｃはその動作電力をラインＶＲとＶＢから直接
受け、その制御信号Ｍ，，Ｍ２は集積回路ＩＣから受け
る。回路素子（抵抗）Ｒ，，Ｒ２は集積化を容易にす夕
るためにＰチャンネル・トランジスタで構成できる。

この回路が正常に動作している間は、切り換え可能な抵
抗を表す電界効果トランジスタＬは、第３図を参照して
説明したように、集積回路ＩＣＯ内の分周器により制御
される。

この回路の目的は次のことを確実に行うことである。１
コンデンサＣｏが放電される時に電界効果トランジス
タＴ３を導適状態にし、コンデンサＣｏを適切に充電で
きるようにすること。

２ コンデンサＣｏの充電中と、この充電終了後のある
時間モータ制御パルスが発生されないようにして、モ−
夕制御パルスの発生中に発振器の動作を停止させるよう
な電圧低下を防ぐこと。

そのために、電池電圧ＶＤｏとコンデンサＣＤの端子間
電圧Ｖｃを測定して比較し、それらの電圧の差に応じた
出力信号を発生する素子が必要である。

正常な電池電圧Ｖｏｏを１．３５Ｖと仮定すると、次の
ような状態が生ずる。Ｉ Ｖｏｏ＝１．３５Ｖ、Ｖ。

＝○−回路動作開始２ ＶＤＤ＝１．３５Ｖ、０＜ＶＣ
≦１．２５Ｖ−コンデンサ充電３ Ｖｏｏ＝１．３５Ｖ
、１．２５Ｖ＜Ｖｃ＜１．３５Ｖ一正常動作４ Ｖ。

。＜１．２５Ｖ、１．２５Ｖ＜Ｖ。＜１．３５Ｖーー１
０００でモータ制御パルス発生中の電池この時には電界
効果トランジスタＴ３は次のような対応する論理状態を
与えねばならない。

｛１｝ Ｔ３＝集積回路から与えられる信号とは無関係
に導適状態。｛２）Ｔ３こｍに同じ ‘３ｉ Ｔ３は集積回路により与えられるモータパルス
に依存する。

パルス消失中は導適状態、パルス発生中は非導適状態。
｛４）Ｔ３は集積回路からの信号とは独立に非導通状態
。

この後者の状況は急激な電圧低下時、したがってモータ
制御パルス発生時にだけ起る。

第４図に示す回路の説明から、次のことがわかるであろ
う。

‘１｝ 動作開始時には、Ｖｃ＝○で、電界効果トラン
ジスタＴ３のドレィン・ソース間電圧は降下する（Ｖｏ
ｓ３＝Ｖ。

ｏＦＩ．３５Ｖ）。電界効果トランジスタＴ，のソース
はラインＶＲの電位（Ｖｃ：○）にあるから、抵抗Ｒ，
には電流は流れず、Ｖ。，＝ＶＲである。従って、電界
効果トランジスタＬのゲート・ソース間電圧ＶＧｓ２は
１．３５Ｖで、この電界効果トランジスタＬは導適状態
となり、そのためにＶ。２＝○となる。

このＶ。２がナンドゲートＧの一方の端子に加えられ、
ナンドゲートＧの出力により電界効果トランジスタＬは
導適状態になる。

‘２｝ コンデンサＣＤの充電中はＤ＜Ｖｃ＜１．２５
で、電圧ＶＲよりもＶ＾の方が低くなる。

すなわち、電圧ＶＡは最初は電圧Ｖ８に近づき、ＶＲ−
Ｖ＾＝Ｖｃの範囲までは電界効果トランジス・タＴ，の
しきし、値電圧よりも抵し、値を保つ。そのために電界
効果トランジスタＴ，は非導適状態を継続する。それか
ら、コンデンサＣｏの端子電圧Ｖｃが電界効果トランジ
スタＴ，のしきい値電圧を超えると、直ちに電界効果ト
ランジスタは導適状態を開始する。実際、抵抗Ｒ，を流
れる電流がない限りはＶｃ＝ＶＧｓ，であることがわか
る。電界効果トランジスタＴ，、したがって抵抗Ｒ，に
電流が流れると、電圧ＶＤ，は直ちに低下する。そのた
めに電圧ＧＶＧｓ２が降下する（ＶＢは一定だから）。
Ｖｃが１．２５Ｖになると、電界効果トランジスタＴ，
と抵抗Ｒ，を流れる電流は、ＶＤ，が電界効果トランジ
スタＴ２のしきい値電圧に等しくなるような値となり、
それにより、Ｖｃが上昇しても電圧Ｖｏ，が電圧ＶＢに
近づくと電界効果トランジスタＴ２は阻止されることを
示す。電界効果トランジスタＴ２が非導適状態になると
、その瞬間にＶｏ２はほぼＶＢに等しい値からＶＲへ変
化する。すなわち、その論理状態が０から１へ変化する
。電圧信号ＶＤ２が変化するレベルであるＶｏｏとＶｃ
の差の１００のＶは、電界トランジスタＴ，とＴ２の関
係により決定され、所望の状況に従って変えることがで
きる。これに関して、電界効果トランジスタＴ，，Ｔ２
はそれぞれの特性の指数範囲内で動作するように構成さ
れることに注意されたい。電圧Ｖｏ２の論理的０から１
への変化は、比較器のアナログ的性質のために徐々に行
われるから、この変化をスピードアップするために電界
効果トランジスタＴ４が設けられる。この電界効果トラ
ンジスタＴ４はインバータ１で反転された信号電圧ＶＤ
２により制御される。図からわかるように信号電圧ＶＤ
２はナンドゲートＧの１つの入力端子に加えられる。こ
のナンドゲートＧは電界効果トランジスタＴ３の導適状
態を制御する。Ｖｏ２＝０である限りはナンドゲートＧ
の出力は常に論理１であり、電界効果トランジスタＴ３
はターンオンされる。Ｖｏ２が論理１に等しくなると、
ナンドゲートＧの出力は集積回路ＩＣにより与えられる
モ−夕制御パルスに依存する。ＶＤ２が０に等しい限り
は、集積回路ＩＣ内の分周器の一部を０にリセットする
ことにより安全時定数が得られる。Ｖ。２が論理１に変
わると、最初のモータ制御パルスが発生されるまでに０
．７砂≦Ｔ≦１．２職 の時間遅れがある。

なお、本発明の主な実施の態様を以下に要約して列挙す
る。

｛１｝ 特許請求の範囲に記載の時計において、分周器
からの制御信号は、スイッチに制御信号を与えるために
、電池とコンデンサの端子間電圧の相対的な電圧降下に
より決定される制御信号と組合わされてなる時計。

｛２｝ 特許請求の範囲または態様１に記載の時計にお
いて、スイッチは電界効果トランジスタで構成されてな
る時計。

糊 態様１に記載の時計において、電池とコンデンサの
端子間電圧降下の測定と比較を行うために測定回路が設
けられてなる時計。

【４｝ 態様３に記載の時計において、測定回路は抵抗
と電界効果トランジスタをそれぞれ含む第１直列回路と
第２直列回路で構成され、第１直列回路はコンデンサの
端子間に並列に接続され、第２直列回路は電池の端子間
に並列に接続されてなる時計。

【５１ 態様４に記載の時計において、第１と第２の直
列回路のトランジスタは異なった幾何学的構成のもので
ある時計。

【６｝ 態様４、５に記載の時計において、前記トラン
ジスタのゲートは第１直列回路の抵抗とトランジスタの
共通接続点に接続されてなる時計。

‘７｝ 態様６に記載の時計において、前記トランジス
タはそれぞれの特性の指数範囲内で動作するように構成
されてなる時計。｛８） 態様１、４に記載の時計にお
いて、第２直列回路の抵抗とトランジスタの共通接続点
は分周器からの制御信号と組合わせる制御信号を与えて
なる時計。

【９｝ 態様１、８に記載の時計において、制御信号は
ナンドゲートで組合わされてなる時計。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子時計の標準回路を示す略回路図、第２図は
問題の理論的解決法を示す略回路図、第３図は本発明の
原理を示す回路図、第４図は本発明の構成を示す回路図
の一例である。 ＩＣ・・・…集積回路、Ｍ…・・・モータ、ＳＲ・…・
・切り換え抵抗。 第ＩＡ図 第ＩＢ図 第２図 第３図 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 高周波パルスを発生する発振器と、前記高周波パル
   スを受けて低周波パルスを発生するように構成された分
   周器と、前記低周波パルスにより制御されて表示器を駆
   動するステツピングモータと、発振器と分周器およびス
   テツピングモータに電力を供給する電池とを備え、発振
   器と分周器にコンデンサが結合され、分周器により制御
   されるスイツチが、モータの歩進パルスの間は電池から
   コンデンサまでの間に低抵抗の導電路を与え、モータの
   歩進パルスの発生されている間は電池からコンデンサま
   での間に高抵抗の導電路を与えるように構成され、それ
   によりモータの歩進パルスが発生されている間は発振器
   と分周器はほぼコンデンサだけから電力を受けることを
   特徴とする電池式電子時計。