WO2000067079A1

WO2000067079A1 - Electronic clock and method of controlling the clock

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Publication number: WO2000067079A1
Application number: PCT/JP2000/002851
Authority: WO
Inventors: Yoichi Nagata
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
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Filing date: 2000-04-28
Publication date: 2000-11-09
Anticipated expiration: 2001-10-28
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Description

明細書電子時計およびその制御方法

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。背景技術

近年、光や機械的エネルギなどの外部エネルギを電気工ネルギに変換する発電手段を内蔵し、その電気工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。

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工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工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、再ぴ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 - 5 0 5 5 0号公報に記載されている。

このような従来の電子時計の電源系について第 6図及び第 7図を用いて説明する。第 6図は従来の電子時計の構成を示す回路図であり、第 7図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。

この第 6図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 851

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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、ダイォード 4 3 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、電気工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 1 0 μ F程度のコンデンサ 2 3を並列に接続して構成されている。

また発電手段 1は、ダイォ一ド 4 4 と第 2のスィツチ手段 4 2 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のスィッチ手段 4 2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のスィツチ手段であるトランスミツションゲ一ト 6 0は、コンデンサ 2 3 と蓄電手段 3 とを並列に接続できるように、コンデンサ 2 3 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 6 0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つている。

なお、第 2のスィッチ手段 4 2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つている。

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つている。

しかしながら、一般的にトランスミッションゲートは、第 7図に示すように、 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 6 1 とトランジスタ 6 2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 6 1 , 6 2には共に M O S電界効果型トランジスタ（以下、「M O S F E T」と称す）を使用している。

そして、トランジスタ 6 1 は Pチャンネル M O S F E Tで、トランジスタ 6 2 は Nチヤンネル M O S F E Tで構成するのが普通である。

なお、トランジスタ 6 1 とトランジスタ 6 2をオン · オフ制御するためには、訂正された用紙（規則 91 ) T/JPOO/02851

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それぞれに反転信号が必要なため、内部インバータ 6 3が必要である。

この内部ィンバ一タ 6 3とトランジスタ 6 1および 6 2は、計時手段 2内の計時プロック 5から出力されるスィツチ制御信号 S 4によって動作する。そのスィツチ制御信号 S 4は、コンデンサ 2 3の端子間電圧が所定値以上のときは、計時手段 2の負極 V S S 1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。

このトランスミツションゲート 6 0をオフにするためには、トランジスタ 6 2 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 6 1のゲート端子を内部インバータ 6 3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 6 1， 6 2には構造上 P N接合が存在し、特にトランジスタ 6 2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ォ一ドが形成されている。

したがって、トランジスタ 6 2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つている。

すると、計時手段 2の計時プロック 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 1 0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。

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の発電工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。

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 CT/JP00/02851

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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。発明の開示

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とその制御方法を提供する。

この発明による電子時計は、外部からのエネルギを電気工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を有する電子時計であって、

上記蓄電手段の端子電圧を計測する電圧計測手段を有し、上記充放電制御手段は、電圧計測手段によって計測される端子電圧による蓄電手段の蓄電残量が所定量未満になったときには、その蓄電手段の放電経路を完全に切断する手段を備えていることを特徴とする。

さらに、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、上記充放電制御手段が蓄電手段の放電経路を完全に切断した後、上記計時手段の計時停止検出手段が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完全に遮断した状態を維持する手段を有するとよい。

この発明による電子時計の制御方法は、上記のような電子時計の制御方法でああって、少なくとも上記蓄電手段の蓄電残量が所定量未満のときには、その蓄電手段の放電経路を完全に切断して、その蓄電手段の蓄電残量上前記所定量を大きく下まわらないように制御する。

上記蓄電手段の蓄電残量の情報は、その蓄電手段の端子電圧を測定して得ることができる。

また、上記蓄電手段の放電経路を完全に切断した後、少なくとも上記計時手段が計時動作を一且停止するまでの間は、上記蓄電手段の端子電圧の測定結果にかかわらず、上記放電経路を完全に切断した状態を維持するようにするのが望ましレ、。

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工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とよい。

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してもよい。

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、いったん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。図面の簡単な説明

第 1図は、この発明による電子時計の一実施形態を示すプロック回路図である。第 2図は、第 1図における第 1 のスィツチ手段の具体例を示す回路図である。第 3図は、第 2図におけるレベルシフタ 5 6の具体例を示す回路図である。第 4図は、第 1図における計時プロックと電圧計測手段の構成例を示す回路図である。

第 5図は、第 1図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。

第 6図は、従来の電子時計の構成を示す回路図である。

第 7図は、第 6図における第 1 のスィツ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一トの構成を示す回路図である。発明を実施するための最良の形態

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。訂正された用紙（規則 91 ) CT/JP00/028S1

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〔電子時計の全体構成：第 1図〕

まず、第 1図から第 3図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。第 1図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、第 6図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 1 0は外部に存在する熱エネルギを電気工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。

また、とくに図示はしていないが、その熱電発電は、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、その電気工ネルギで時計を駆動する。

この発電手段 1 0は、 1 °Cの温度差で約 2 . 0 Vの熱起電力（電圧）が得られるものを仮定する。

ダイォード 4 3およびダイォード 4 4は後述する蓄電手段 3 0内のエネルギが発電手段 1 0へ逆流するのを防止するためのスィツチング素子である。

すなわち、ダイオード 4 3とダイオード 4 4の力ソードは、ともに発電手段 1 0の負極に接続している。

そして、ダイオード 4 3のアノードは、後述する計時手段 2 0の負極に接続している。ダイオード 4 4は、第 2のスィッチ手段 4 2を介して蓄電手段 3 0と発電手段 1 0とが閉回路を形成するように接続している。

すなわち、 MO S F E Tによる第 2のスィツチ手段 4 2のドレイン端子（D ) が蓄電手段 3 0の負極に接続し、ソース端子（S ) がダイオード 4 4のアノードに接続している。

蓄電手段 3 0はリチウムイオン 2次電池であり、発電手段 1 0の発電エネルギを蓄え、発電手段 1 0が発電していないときでも計時手段 2 0を動作可能にするために設けている。その蓄電手段 3 0の正極は、発電手段 1 0の正極おょぴ計時手段 2 0の正極と共に接地している。第 1のスィツチ手段 4 1は、蓄電手段 3 0と計時手段 2 0とを並列接続する目的で設けている。すなわち、第 1のスィッチ手段 4 1は一方の端子を計時手段 2 0の負極に、他方の端子を蓄電手段 3 0の負極に接続している。

この第 1のスィツチ手段 4 1 も M O S F E T群で構成されており、第 2のスィツチ手段 4 2とともに蓄電手段 3 0の充放電を行うスィツチング回路である。第 1のスィツチ手段 4 1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 4 3， 4 4と第 1のスィッチ手段 4 1および第 2のスィツチ手段 4 2とにより、充放電制御手段 4 0を構成している。

一方、計時手段 2 0は、電気工ネルギで時刻表示を行う計時ブロック 5 0と、容量が 2 2 μ F程度のコンデンサ 2 3とを並列に接続して構成されている。この計時手段 2 0における計時プロック 5 0の構成の詳細についても後述する。計時手段 2 0を構成する計時プロック 5 0からは、第 1のスィツチ信号 S 4 1 と第 2のスィツチ信号 S 4 2と第 3のスィツチ信号 S 4 3が出力しており、第 2 のスィツチ信号 S 4 2は第 2のスィツチ手段を制御し、第 1のスィツチ信号 S 4 1およぴ第 3のスィツチ信号 S 4 3は第 1のスィツチ手段 4 1を制御する。なお、ここで図示はしていないが、計時手段 2 0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（C M O S ) 集積回路を用いている。

また発電手段 1 0の正極および計時手段 2 0の正極は接地しており、発電手段 1 0とダイオード 4 3と計時手段 2 0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 2 0の負極を V S S 1 とし、蓄電手段 3 0の負極を V S S 2とする。

さらに、蓄電手段 3 0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 8 0を蓄電手段 3 0の負極に接続している。この電圧計測手段 8 0の計測出力は計測結果信号 S 8 1として計時手段 2 0へ送られる。この電圧計測手段 8 0にも、計時プロック 5 0から計測タイミングを与える信号 S 1が入力されている。そして、この電圧計測手段 8 0も計時手段 2 0の制御回路と同様に C M O S回路で構成する。その具体的な構成については後述する。〔第 1 のスィツチ手段：第 2図おょぴ第 3図〕

次に、第 2図および第 3図を用いて、第 1図における第 1のスィッチ手段の具体的な構成例について説明する。

この第 1のスィツチ手段 4 1は、第 2図に示すように、第 1 のトランジスタ 4 5、第 2のトランジスタ 4 6、第 3のトランジスタ 4 7、第 4のトランジスタ 4 8、およびレベルシフタ 5 6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 4 5〜 4 8は、いずれも Nチヤンネノレの M O S F E Tである。

そして、特に第 1のトランジスタ 4 5および第 2のトランジスタ 4 6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。

第 1のトランジスタ 4 5および第 2のトランジスタ 4 6はドレイン端子（D ) がともに接続し、第 1のトランジスタ 4 5のソース端子（S ) が計時手段 2 0の負極 V S S 1 に接続し、第 2のトランジスタ 4 6のソース端子（S ) が蓄電手段 3 0の負極 V S S 2に接続している。

第 1のスィッチ信号 S 4 1は第 1 のトランジスタ 4 5のゲート端子（G ) に入力する。

レベルシフタ 5 6は、接地電位〜 V S S 1の電位の論理信号レベルを接地電位〜V S S 2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 5 6の負論理のィネーブル入力端子には第 1 のスィツチ信号 S 4 1が入力し、レベル変換出力を第 2のトランジスタ 4 6のゲ一ト端子に入力している。

第 3のトランジスタ 4 7およぴ第 4のトランジスタ 4 8は、第 3のスィツチ信号 S 4 3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 4 5 および第 2のトランジスタ 4 6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 4 7はドレイン端子（D ) が第 1のトランジスタのゲート端子（G ) に、ソース端子（S ) )が V S S 1にそれぞれ接続している。

また、第 4のトランジスタ 4 8はドレイン端子（D ) が第 2のトランジスタ 4 6のゲート端子（G ) に、ソース端子 ( S ) が V S S 2にそれぞれ接続している。 /J 02851

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第 3のトランジスタ 4 7および第 4のトランジスタ 4 8のゲート端子（G ) には、ともに第 3のスィッチ信号 S 4 3が入力する。

第 3図はレベルシフタ 5 6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 M O S F E Tによるトランジスタ Q 1， Q 2 , Q 3 と、 Nチャネル M O S F E Tによるトランジスタ Q 4 , Q 5 と力アースと V S S 2 との間に図示のように接続され、トランジスタ Q 1のゲート端子に第 3のスィツチ信号 S 4 3 が入力し、入力端子 I Nが直接トランジスタ Q 3のゲート端子に、インバータ 5 9を介してトランジスタ 2のゲ一ト端子にそれぞれ接続されている。

なお、インバータ 5 9は、接地〜 V S S 1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 Q 2 と Q 4の接続点がトランジスタ Q 5のゲート端子に接続されると共に出力端子 O U Tに接続され、なお、トランジスタ Q 3 と Q 5の接続点がトランジスタ Q 4のゲ一ト端子に接続されている。

トランジスタ Q 1のゲ一ト端子は負論理のィネーブル入力端子/ Eとなり、第 3のスィツチ信号 S 4 3を入力している。

このレベルシフタ 5 6は、負論理のィネーブル入力端子/ 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 I Nと出力端子 O U T は完全に絶縁されている。

〔計時プロックと電圧計測手段：第 4図〕

次に、第 4図を用いて第 1図における計時手段 2 0の計時プロック 5 0および電圧計測手段 8 0の具体的な構成例について説明する。

計時手段 2 0は、前述の通り計時ブロック 5 0 とコンデンサ 2 3とによって構成されてる。そして、計時ブロック 5 0は、第 4図に示すように、時刻表示手段 2 1 と、波形生成手段 5 1 と、データラッチ 5 2 と、オアゲート 5 3， 5 7 と、発振停止検出回路 5 5 と、 R Sフリップフロップ回路 5 8 とによって構成されている。時刻表示手段 2 1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、ステツビ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。訂正された用紙（規則 91) 波形生成手段 5 1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 2 1内のステツビ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 5 1と時刻表示手段 2 1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 8 0は、分圧抵抗 8 1、分圧スィッチ 8 2、コンパレータ 8 3、定電圧回路 8 4、およびレベルシフタ 8 5によって構成されている。計時プロックの波形生成手段 5 1は、計測信号 S 1と分配信号 S 2とを出力している。計測信号 S 1は、ハイレベルとなる時間が 9 0マイクロ秒で、周期が 2 秒の波形である。

また分配信号 S 2は、発電手段 1 0の発電エネルギを蓄電手段 3 0とコンデンサ 2 3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 2 H zの矩形波である。

この分配信号 S 2は、後述の発振停止検出回路 5 5により波形生成手段 5 1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 8 0におけるコンパレータ 8 3は、定電圧回路 8 4の出力電圧である基準電圧と、分圧抵抗 8 1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。

定電圧回路 8 4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ユレ一タ回路である。ここでは定電圧回路 8 4は一 0 . 8 Vの基準電圧を出力するものとし、定電圧回路 8 4の動作のためのエネルギは第 1図に示した計時手段 2 0のコンデンサ 2 3より供給する。

分圧抵抗 8 1は高精度の高抵抗素子であり、分圧抵抗 8 1の一端は分圧スィッチ 8 2のドレイン端子（D ) と接続し、分圧抵抗 8 1の他端は接地している。また、分圧スィッチ 8 2のソース端子（S ) は蓄電手段 3 0の負極、すなわち V S S 2に接続している。ここでは、分圧抵抗 8 1は 5 0 0 Κ Ωの抵抗値を有す 2851 るものとする。

分圧スィッチ 8 2のゲート端子（G ) には、レベルシフタ 8 5の出力が印加される。レベルシフタ 8 5は、計測信号 S 1 の論理レベルを接地電位〜 V S S 2の電位に変換するために設けている。

コンパレータ 8 3には、非反転入力端子に定電圧回路 8 4からの基準電圧を入力している。また、コンパレータ 8 3の反転入力端子には分圧抵抗 8 1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 8 1の 4 5の抵抗値（4 0 0 Κ Ω ) となる点とする。

この構成では、分圧スィッチ 8 2がオンすれば、分圧抵抗 8 1には電流が流れ、蓄電手段 3 0の負極 V S S 2の電圧の 4 / 5に分圧された電圧がコンパレータ 8 3に入力される。その電圧が、定電圧回路 8 4からの基準電圧である一 0 . 8 V を下まわれば（絶対値が大きければ）、コンパレータ 8 3は出力信号 S 8 1をハィレベルにし、下回らなければ（絶対値が小さければ）出力信号 S 8 1を口ウレベルにする。この出力信号 S 8 1が蓄電手段 3 0の端子電圧の計測結果の信号である。

すなわち、蓄電手段 3 0の端子間電圧が 1 . 0 Vを下回れば、分圧抵抗 8 1による分圧電圧が一 0 . 8 Vを下回らなくなるので、コンパレータ 8 3の出力はハィレべノレとなる。

なお、コンパレータ 8 3にはィネーブル端子（E ) があり、このイネ一ブル端子には、計測信号 S 1とオアゲート 5 7の出力信号である計測許可信号 S 3とのアンドをとるアンドゲート 5 4の出力信号 S 5が入力している。すなわち、計測許可信号 S 3がハイレベルの間は、コンパレータ 8 3は計測信号 S 1がハイレべ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 8 3が動作しない間、すなわちィネーブル端子が口ウレべルであるときは、コンパレータ 8 3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 8 3の出力信号 S 8 1はデータラツチ 5 2のデータ入力となる。このコンパレータ 8 3の出力信号 S 8 1を以下では計測結果信号という：データラツチ 5 2は、電源が投入されたときに出力がリセットされるデ一タラツチ回路である。

このデータラツチ 5 2のラツチ端子には、アンドゲート 5 4の出力信号 S 5 (オアゲ一ト 5 7の出力である計測許可信号 S 3がハイレベルの間は計測信号 S 1 と同じ）が入力しており、計測信号 S 1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 S 8 1の論理を保持して出力する。

このデータラツチ 5 2の出力は、第 1のスィツチ信号 S 4 1 として充放電制御手段 4 0の第 1 のスィツチ手段 4 1に送出される。

さらに、 2入力をもつオアゲート 5 3は、データラッチ 5 2の出力と波形生成手段 5 1からの分配信号 S 2との論理和を出力する。このオアゲート 5 3の出力は第 2のスィツチ信号 S 4 2として充放電制御手段 4 0の第 2のスィツチ手段 4 2に送出される。

データラツチ 5 2の出力である第 1のスィツチ信号 S 4 1は、 R Sフリップフ口ップ回路 5 8のリセット端子 Rにも入力して、その立上りで R Sフリップフ口ップ回路 5 8をリセットし、その R S出力をローレベルにするが、第 1 のスイツチ信号 S 4 1がハイレベルの間はオアゲ一ト 5 7の出力である計測許可信号 S 3 はハイレベルを維持する。しカゝし、計測結果信号 S 8 1がローレベルになり、ァンドゲ一ト 5 4の出力信号 S 5がローレベルのままになるので、データラッチ 5 2の出力である第 1のスィツチ信号 S 4 1が口一レベルになると、オアゲ一ト 5 7の出力である計測許可信号 S 3も口一レベルになり、コンパレ一タ 8 3は動作しなくなり、データラッチ 5 2のラッチ動作も行われなくなって、第 1 のスイツチ信号 S 4 1は口一レベルの状態を保持する。

また、この実施の形態においては、所定の周波数（ここでは 2 H z ) 以上のク口ック入力があれば口ゥレベルを出力し、それ以外ではハイレベルを出力する発振停止検出回路 5 5を備えている。

この発振停止検出回路 5 5が計時停止検出手段であり、波形生成手段 5 1からの分配信号 S 2が入力しており、その分配信号 S 2が入力されている間は出力を口一レベルにしているが、分配信号 S 2が入力されなくなると出力をハイレべ訂正された用紙（規則 91 ) ルにして、発振停止を検知する。この発振停止検出回路 5 5の出力信号が第 3のスィツチ信号 S 4 3となって、充放電制御手段 4 0の第 1のスィツチ手段 4 1に送出される。

この第 3のスィツチ信号 S 4 3は、計時ブロック 5 0内の R Sフリップフロップ回路 5 8のセット端子 Sにも入力し、発振停止の検出により R Sフリップフ口ップ回路 5 8をセットして、その R S出力をハイレベルにする。それによつてォァゲ一ト 5 7の出力である計測許可信号 S 3がハイレベルになる。

したがって、この時点からアンドゲ一ト 5 4の出力信号 S 5は計測信号 S 1 と同じになり、計測信号 S 1が出力されればコンパレータ 8 3の計測動作が可能になり、その出力である計測結果信号 S 8 1のデータがラッチされ、それが第 1のスィツチ信号 S 4 1として出力されることになる。

なお、発振停止検出回路 5 5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、第 1図に示した計時手段 2 0のコンデンサ 2 3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のスィツチ信号 S 4 1〜第 3のスィツチ信号 S 4 3および計測結果信号 S 8 1の論理信号レベルは、接地電位〜 V S S 1の電位である。

〔この電子時計の動作説明：第 1図〜第 4図、第 5図〕

次に、上述した実施形態の電子時計の動作について第 1図から第 4図および第 5図を用いて説明する。新たに参照する第 5図は、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。第 5図においては、 V S S 1は計時手段 2 0の負極電圧、 V S S 2は蓄電手段 3 0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 3 0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 3 0の蓄電電圧が 0 . 6 V程度であったとする。第 1図において、発電手段 1 0が発電を開始すると、発電手段 1 0に発生した発電エネルギが、まず第 1のダイォ一ド 4 3を介してコンデンサ 2 3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、熱電発電器で訂正された用紙（規則 91) 851

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ある発電手段 1 0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 2 0内の波形生成手段 5 1はまだ動作をしていないとすると、発振停止検出回路 5 5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 4 0の第 1のスィツチ手段 4 1における第 2図に示した第 3のトランジスタ 4 7および第 4のトランジスタ 4 8は共にオンとなっている。

すると第 1のスィツチ手段 4 1内の第 1のトランジスタ 4 5のゲ一ト電位は V S S 1の電位となり、かつ第 2のトランジスタ 4 6のゲート電位は V S S 2の電位となる。そのため、第 1のトランジスタ 4 5およぴ第 2のトランジスタ 4 6は、ともに強制的にオフとなる。

この状態では、トランジスタの構造上、 V S S 1から V S S 2、 V S S 2から V S S 1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 2 0の負極である V S S 1と蓄電手段 3 0の負極である V S S 2とは完全に切断されて絶縁状態となる。

また、第 4図におけるデータラッチ 5 2は、計時手段 2 0の電源投入時には出力がリセットされるので、第 1のスィッチ信号 S 4 1はロウレベルとなり、かつ第 2のスィツチ信号 S 4 2もロウレベルとなる。

すると、第 1図における第 2のスィツチ手段 4 2はオフとなり、発電手段 1 0 の発電エネルギは計時手段 2 0のみに送られ、コンデンサ 2 3への充電が急速に行われることとなる。

コンデンサ 2 3の端子間電圧が約 1 . 0 Vを越えれば、計時手段 2 0は始動可能になり、計時動作を開始する。

それによつて、第 4図に示した計時ブロック 5 0内の波形生成手段 5 1は発振分周動作を開始し、分配信号 S 2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 5 5の出力である第 3のスィツチ信号 S 4 3はロウレベルとなり、第 2図における第 1 のスィツチ手段の第 3のトランジスタ 4 7おょぴ第 4のトランジスタ 4 8はオフとなる。

ただしこのときは、第 1のスィッチ信号 S 4 1はロウレベルであるので、第 1 のトランジスタ 4 5およぴ第 2のトランジスタ 4 6は、ともにオフのままであり V S S 1 と V S S 2の間は絶縁状態を保っている。

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 1 0が上記の起動動作以降も発電を継続すれば、分配信号 S 2は所定の波形を出力しつづけるので、第 2のスィツチ信号 S 4 2は 2 5 0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、第 1図における第 2のスィツチ手段 4 2は交互にオンオフを繰り返すので、第 2のスィツチ手段 4 2がォンしている間は蓄電手段 3 0に発電手段 1 0が接続され、その間だけ第 2のダイオード 4 4を介して発電手段 1 0から蓄電手段 3 0へ充電電流が供給される。また、第 2のスィッチ信号 S 4 2がロウレベルの間は、蓄電手段 3 0への充電は行われず、その結果発電手段 1 0の発電エネルギは計時手段 2 0側へ供給され、コンデンサ 2 3へ充電が行われる。

このコンデンサ 2 3に蓄えられたエネルギは、計時ブロック 5 0が動作することにより消費される。

また、計測信号 S 1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 S 1がハイレベルになると、電圧計測手段 8 0内の分圧スィツチ 8 2がオンとなり、その間、分圧抵抗 8 1には蓄電手段 3 0からの電流が発生する。するとコンパレータ 8 3の負入力端子には蓄電手段 3 0の端子間電圧の 4ノ 5が現れる。

この間コンパレータ 8 3もイネ一ブルとなっており、コンパレータ 8 3は定電圧回路 8 4からの基準電圧と分圧抵抗 8 1からの分圧電圧とを比較する。

このときに蓄電手段 3 0の端子間電圧が 1 . 0 V未満（蓄電残量が所定値未満）であれば、コンパレータ 8 3の反転入力端子には— 0 . 8 V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 8 3の出力である計測結果信号 S 8 1は口ゥレべノレになる。

計測信号 S 1が 9 0マイク口秒後にロウレベルに立ち下がると、そのタイミングでデ一タラツチ 5 2はロウレベルである計測結果信号 S 8 1をラッチし、第 1 のスィツチ信号 S 4 1はロウレベルを継続する。

同様に第 2のスィツチ信号 S 4 2は分配信号 S 2と同じ波形を出力し続ける。このため、蓄電手段 3 0の端子電圧が低く充電があまりされていない間は第 1のスィツチ手段 4 1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、この間第 5図には図示はしないが、発電手段 1 0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 2 0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。

さらに発電手段 1 0が発電を継続すれば前述の通りに、蓄電手段 3 0には充電が行われるため、蓄電手段 3 0の端子間電圧は上昇していく。

そして蓄電手段 3 0の端子間電圧が 1 . 0 Vを越えた（蓄電残量が所定値を越えた）とき、計測信号 S 1のパルスが現れると、コンパレータ 8 3の反転入力端子には一 0 . 8 Vより低い（絶対値が大きい）電位が入力するため、計測結果 S 8 1はノヽィレべノレとなる。

そして、計測信号 S 1が立ち下がればデータラッチ 5 2にはハイレベルのデータが取り込まれ、第 1のスィツチ信号 S 4 1はハイレベルになる。

以後は第 2のスィツチ信号 S 4 2も、分配信号 S 2とは無関係に常にハイレべルになる。

すると、第 1図における第 2のスィッチ手段 4 2はオン状態となる。また第 1 のスィツチ手段 4 1では、第 2図に示す第 1のトランジスタ 4 5と第 2のトランジスタ 4 6の両方がオンとなり、 V S S 1 と V S S 2間が導通状態になる。その結果、計時手段 2 0と蓄電手段 3 0とは発電手段 1 0に対して、第 1のダィオード 4 3および第 2のダイォード 4 4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 1 0の発電エネルギは計時手段 2 0と蓄電手段 3 0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 1 0がごく短時間の間だけ発電を停止してしまっても、 V S S 1 と V S S 2の間は導通状態であり、蓄電手段 3 0に蓄電されたエネルギを計時手段 2 0へ供給可能であるため、計時手段 2 0の計時動作はそのまま継続可能である。

なお、第 1 のスィッチ信号 S 4 1がハイレベルに立ち上ったとき、第 4図における計時ブロック 5 0内の S Rフリップフ口ッタプ回路 5 8がリセットされ、その R S出力が口一レベルになるが、第 1のスィツチ信号 S 4 1がハイレベルであるため、オアゲート 5 7の出力である計測許可信号 S 3はハイレベルのままである。

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 3 0の端子間電圧が 1 . 0 V以上である間は前述の通りであり、一旦蓄電手段 3 0に蓄えられたエネルギは全て計時手段 2 0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 1 0が発電を長時間停止したままであると、蓄電手段 3 0の端子間電圧は計時手段 2 0のエネルギ消費によりやがて 1 . 0 V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 S 1がハイレベルとなると、第 4図における電圧計測手段 8 0の分圧スィッチ 8 2がオンとなり、前述した起動時と同様に、コンパレータ 8 3の反転入力端子には一 0 . 8 V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 8 3の出力である計測結果信号 S 8 1はロウレベルになる。

さらに、計測信号 S 1が立ち下がればデータラッチ 5 2の出力は口ウレベルとなり第 1のスィツチ信号 S 4 1もロウレベルとなる。

すると、図 2に示した第 1のスィツチ手段 4 1では第 1のトランジスタ 4 5のゲ一ト電位は V S S 1の電位と等しくなり、第 2のトランジスタ 4 6のゲ一ト電位は V S S 2の電位と等しくなる。

したがって、第 1のトランジスタ 4 5と第 2のトランジスタ 4 6は、完全にォフとなり、 V S S 1と V S S 2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のスィツチ手段 4 1としての動作はオフとなる。

すると、コンデンサ 2 3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 2 0が自身の動作で消費しきってしまえば、計時手段 2 0の計時動作は停止する。

第 1のスィツチ信号 S 4 1もロウレベルになると、第 4図におけるオアゲート 5 7の出力である計測許可信号 S 3がローレベルになり、アンドゲ一ト 5 4は計測信号 S 1を出力しなくなり、その出力信号 S 3はローレベルのままになるので、電圧計測手段 8 0は計測動作を行わず、データラッチ 5 2は計測結果信号 S 8 1 ラツチ動作を行わない。

その後、コンデンサ 2 3の蓄電エネルギも消耗して、計時ブロック 5 0が動作を停止すると、波形生成手段 5 1は動作を停止するため、発振停止検出回路 5 5 はそれを検知して、第 3のスィッチ信号 S 4 3はハイレベル（接地電位）にする。そのため、第 2図における第 3のトランジスタ 4 7およぴ第 4のトランジスタ 4 8は第 1のトランジスタ 4 5および第 2のトランジスタ 4 6のゲ一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のスィツチ手段 4 1はさらに強制的なオフ状態を維持する。

この状態では再び発電手段 1 0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 3 0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 3 0の端子電圧が 1 . 0 Vを大きく下回ることはなく、この後も蓄電手段 3 0の端子電圧はほぼ 1 . 0 V近傍にあることになり、蓄電手段 3 0 の過放電を確実に防止できる。

なお、発電手段 1 0が発電を再開するときには、第 3のスィッチ信号 S 4 3はハイレベルになると、 R Sフリップフロップ回路 5 6がセットされ、 R S出力がハイレベルになるため、オアゲ一ト 5 7の出力である計測許可信号 S 3が再びハィレベルになり、波形生成手段 5 1が計測信号 S 1を出力するようになれば、それがアンドゲート 5 4を通して信号 S 5として出力され、電圧計測手段 8 0の計測動作が開始され、その計測結果信号 S 8 1をデータラッチ 5 2がラツチし得る状 Isになる。

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 3 0へ充電を行えば、蓄電手段 3 0の端子電圧は 1 . 0 Vを即時に越え、それ以降に蓄電手段 3 0に充電した分のエネルギは、すべて有効に計時手段 2 0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 3 0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 . 0 V以上まで充電する必要があつたが、所定の容量以上正しく充電した蓄電手段 3 0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 3 0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。

上述した実施形態のように、第 1 のスィツチ手段として第 2図に示した回路を使用すれば、蓄電手段 3 0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のスィツチ手段 4 1は第 1のトランジスタ 4 5と第 2のトランジスタ 4 6のオフによって、 V S S 1と V S S 2との間が完全に切断されているため、発電手段 1 0から蓄電手段 3 0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 1 0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 2 3を急速に充電することができ、計時プロック 5 0の再起動をより早めることができる。

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 3 0に利用できる場合は、以下に示すように第 1 のスィツチ手段 4 1をより簡素な構成にしてもよい。

特に図示はしないが、第 2図に示した第 1のスィッチ手段 4 1において、第 1 のトランジスタ 4 5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 3 0の端子電圧が 1 . 0 Vを下まわった場合には、第 1のスィツチ手段 4 1の第 2のトランジスタ 4 6がオフになり、そのとき、第 2のトランジスタ 4 6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 3 0から計時手段 2 0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 3 0過放電を防止することができる。

さらにその後、再度発電手段 1 0が 2 . 0 V程度の高い電圧を発電した場合は、発電手段 1 0の発電工ネルギは第 1 のスィツチ手段 4 1と第 1 のダイォ一ド 4 3 を介して蓄電手段 3 0にも流れるが、蓄電手段 3 0の自己放電がないため、 V S 2の電位は— 1 . 0 Vであり、このときは第 1のスィッチ手段 4 1での電圧降訂正された用紙（規則 91 ) 下分により計時手段 2 0の端子間電圧は少なくとも蓄電手段 3 0の端子間電圧である 1 . 0 V以上にできるため、計時手段 2 0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 4 6はオフ状態においても、ソ一ス端子（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 3 0の蓄電残量が所定値未満であり、且つ発電手段の発電工ネルギが所定量以上のときには、発電手段 1 0の発電エネルギを計時手段および蓄電手段 3 0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。

この実施の形態では発電手段 1 0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 1 0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 1 0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 °Cの温度差で約 1 . 0 V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。産業上の利用可能性

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

訂正された用紙（規則 91 ) 過放電量の分を再充電する必要がなくなる。したがって、充電した電気工ネルギは計時動作のエネルギとしてすベ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。

訂正された用紙（規則 91)

Claims

請求の範囲

1 . 外部からのエネルギを電気工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を有する電子時計であって、

前記蓄電手段の端子電圧を計測する電圧計測手段を有し、

前記充放電制御手段は、前記電圧計測手段によって計測される端子電圧による前記蓄電手段の蓄電残量が所定量未満になったときには、該蓄電手段の放電経路を完全に切断する手段を備えていることを特徴とする電子時計。

2 . 請求の範囲第 1項に記載の電子時計において、

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、前記充放電制御手段が前記蓄電手段の放電経路を完全に切断した後、前記計時手段の計時停止検出手段が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完全に遮断した状態を維持する手段を有する電子時計。

3 . 外部からのエネルギを電気工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負荷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を有する電子時計の制御方法であって、

少なくとも前記蓄電手段の蓄電残量が所定量未満のときには、該蓄電手段の放電経路を完全に切断して、その蓄電手段の蓄電残量が前記所定量を大きく下まわらないように制御することを特徴とする電子時計の制御方法。

4 . 請求の範囲第 3項に記載の電子時計の制御方法において、

訂正された用紙（規則 91) 前記蓄電手段の蓄電残量の情報を該蓄電手段の端子電圧を測定して得る電子時計の制御方法。

5 . 請求の範囲第 4項に記載の電子時計の制御方法において、

前記蓄電手段の放電経路を完全に切断した後、少なくとも前記計時手段が計時動作をー且停止するまでの間は、前記蓄電手段の端子電圧の測定結果にかかわらず、前記放電経路を完全に切断した状態を維持する電子時計の制御方法。

6 . 請求の範囲第 3項に記載の電子時計の制御方法において、

前記蓄電手段の蓄電残量が所定量未満であり、且つ前記発電手段の発電工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電子時計の制御方法。

7 . 請求の範囲第 3項に記載の電子時計の制御方法において、

前記蓄電手段の蓄電残量が所定量未満であり、且つ前記発電手段の発電工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電子時計の制御方法。

汀正された用紙（規則 91)