JPH0746145B2

JPH0746145B2 - 電子時計

Info

Publication number: JPH0746145B2
Application number: JP59040657A
Authority: JP
Inventors: 岳秀山田; 圭吾竹田; 知雄植田; 照夫桜井; 昌之高山
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1984-03-02
Filing date: 1984-03-02
Publication date: 1995-05-17
Anticipated expiration: 2010-05-17
Also published as: JPS60185188A

Description

【発明の詳細な説明】〔技術分野〕本発明は、太陽電池などの充電手段を備えた、充電機能
付電子時計に関する。

〔従来技術〕

一般に充電手段（一次電源）に太陽電池を用いた時計回
路は、夜間など太陽からの光エネルギーの供給が遮断さ
れた時もその作動を確保するため、何らかのバックアッ
プエネルギー、即ち蓄電手段（二次電源）を備えるよう
に構成されている。

そして、前記二次電源から時計回路へ電力を供給するこ
とにより、安定した動作を確保するように構成されてい
る。

しかし、従来の電子時計は、あらかじめ所定の充電開始
用の基準レベルを設定しておき、二次電源の電圧が前記
基準レベルを下回ると充電が必要であることを使用者に
知らせるための表示を行っていた。

特に、電圧低下に起因する動作不良を確実に防止するた
め、前記基準電圧は十分余裕を持った高いレベルに設定
されていた。

このため、従来の充電機能付電子時計は、使用者に充電
開始を指示する表示を早めに行なうため、使用者にとっ
てその表示が極めてわずらわしいものとなるという問題
があった。しかも、二次電源の充電開始の指示を行うだ
けで、充分な充電が終了したことを使用者に知らせるこ
とができないという問題もあった。

本発明は、このような従来の課題を解決した充電機能付
電子時計を提供することを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

前記目標を達成するために、本発明は、外部から付与されるエネルギーを基に発電を行う発電手
段と、前記発電手段の出力を用い充電される二次電源と、前記二次電源から電源電圧が供給される時計回路と、前記二次電源の強制充電表示を行う充電動作表示手段
と、を含み、前記充電動作表示手段は、前記二次電源の強制充電開始電圧に対応した第１の基準
電圧および充分大きな値の充電終了電圧に対応した第２
の基準電圧を設定する基準電圧設定部と、前記二次電源の電源電圧が第１の基準電圧以下になると
第１の信号を出力する第１のコンパレータと、前記二次電源の電源電圧が第２の基準電圧以上になると
第２の信号を出力する第２のコンパレータと、前記第１の信号が出力されてから第２の信号が出力され
るまでの間、電源電圧の強制充電動作表示を行う表示部
と、を含むことを特徴とする。

このように本発明の電子時計によれば、従来の電子時計
にない２つの電圧レベルに基づく強制充電の動作、即ち
放電に伴う異常な電圧低下時には、異常の表示の開始に
よって残存容量がわずかなことを知らせることができ、
異常表示の終了によって、充電によって充分な電圧が充
電されたことを使用者に知らせることができる。従っ
て、使用者はこの表示、即ち強制充電動作表示を確認し
ながら充電をすれば、その後も充分に電子時計が動き、
しかも充電が必要な最低レベルまで、この異常表示は再
開されないため、通常は異常表示のわずらわしさに気を
乱されることもない。

〔実施例〕

以下、本発明について、実施例に基づき詳述していく。

第１図は、本発明の基本構成を示すブロツク図である。
101は発電手段となる光電気変換素子102は前記発電手段
からの過充電を防止する過充電防止手段、103は蓄電手
段、104は時刻表示手段、105は前述の手段間の電気信号
をコントロールする電子回路である。

第２図は、本発明の発電手段（一次電源）に関する一実
施例で、携帯用アナログ表示式電子時計に応用した太陽
電池の平面図である。

第３図は、第２図に於けるX-X′面の断面図である。

201〜212までは、12分割されているアモルフアスシリコ
ン太陽電池が、201〜206間と、207〜212間が直列に結合
され、さらにおのおのが並列に結合されている。いわゆ
る指針表示式の12H-6Hを境いとして左右に直列の太陽電
池をふり分ける事は、次の様な利点がある。直列に結合
された太陽電池は、そのうちの一つが光を遮断されても
全体としての起電力を失う性質をもつている。従つて、
携帯時計の様に袖口にかくれる状態で使用される条件の
下では、光に当り易い3H側に直列部分を設定し、たとえ
9H側が袖内にかくされていても一次電源からの充電エネ
ルギーを得る事が実用携帯上有効である。

第３図に於て、301は上部透明電極、302はアモルフアス
シリコン太陽電池でｐ層,i層,n層が真空蒸着により積層
されている。303は下部金属電極で、Y-Y′（12H）を中
心にして左右に前記アモルフアスシリコン太陽電池層を
直列係合している。305はガラス基板で、時計体のカバ
ーガラス又は、文字板等の表示板として利用される。30
6は、印刷面で、デザインのバラエテイをつける為、化
粧文字等にして用いるが機能上秀様なものではない。30
4は樹脂による保護コートで前記下部金属電極を機械的
なキズから守る。

第３図に於て、ｂ部は外観上白色に近く、ｃ部は、前述
した上部透明導電膜の厚さにより定まるニユートンリン
グ干渉色で、デザイン面からこの両者ははつきりと区別
されている。従つて、太陽電池を平面的に数個重ねて用
いる場合は必ずこの区切が発生する。又ａは印刷巾でａ
＞ｂとなつている。

ところで、なぜ太陽電池を数個直列に結合しなければな
らないかという理由についてふれる。

第４図は、アモルフアスシリコン太陽電池一個当りの起
電圧Ｖと起電流Ｉの特性を示すグラフである。Vocはオ
ープン電圧で負荷が何もない時の起電圧である。このオ
ープン電圧Vocは、受光照度により異なるが、室内照明
による明るさ−200Lx程度では0.6V、直射日光で0.8V程
度である。アモルフアスシリコン太陽電池が蛍光灯の様
な室内光で充電効率が高い事は周知である。一般に電子
時計は、IC作動電圧等から1.5V前後で動作している。従
つて、一次電源の電圧も最低1.5V程度は必要という事に
なる。又、第１図の蓄電手段103には、光電気変換素子
による充電手段が暗状態におかれたときその逆流防止の
為、挿入する素子の電圧ドロツプが0.6V程度考えられる
為、作動条件をみたすには、最低でも４個の直列した太
陽電池が必要となる。充電効率の良い点（Iop）を選ぶ
とすれば、５〜６個直列に結合する事が有利である。
尚、第４図の中のIscは負荷電圧がovの時に取り出せる
シヨート電流である。

アモルフアスシリコン太陽電池は、前住したとおり真空
蒸着等で形成される。この為従来の単結晶シリコン太陽
電池に比べ次の様な特徴を有する。

（１）厚さが数千オングストロームと薄いため、電子時
計の薄型化が可能。

（２）蒸着によるバツチ加工が容易で低コスト化が可
能。

（３）形状の自由度が高く、マスク形状により任意の形
が成形できる。

（４）太陽電池間の結線が、同時にバツチ加工可能。

このように多くの利点を有しているが、一たん太陽電池
の形状を決めた場合、モデル毎に精密な写真用のマスク
を頻繁に変更する事はコスト高になり現実的でない。こ
れを解決するには、前述した印刷面306によりモデルバ
ラエテイを増す事が効果的である。

さらにこの区切を積極的に活用し、アナログ表示タイプ
では文字板の時目盛として使う事もできる。

又、最近、雑誌“日径エレクトロニクス"No.306.P118に
示す様な積層型の太陽電池が開発されており、これを一
次電源に利用する事も可能である。この場合は、わずか
でも太陽電池が袖口よりみえていれは充電可能となり、
第２図，第３図に示す様な区切が不要となり美観向上に
役立つし、実用性も高まる。

次に、二次電源がov付近の電子回路の非作動状態から問
題なく作動状態へ立ち上げる為の諸策について詳述す
る。

第１に、一次電源から二次電源への過充電防止手段（リ
ミツター回路）の改善策について説明する。これについ
ては、二次電源電圧が回路動作範囲以下の時、過充電防
止トランジスタの誤シヨートを防止する事がポイントで
ある。

従来の太陽電池付電子機器の過充電防止手段（以下リミ
ツターと呼ぶ。）において、二次電源がリミツターの動
作電圧以下になると、リミツター内のスイツチングトラ
ンジスタの開閉状態が不定となり、太陽電池をシヨート
するループを形成したまま（本来は、二次電源が過電圧
になつた時、シヨートする。）となることがある。従つ
て、この状態から、いくら充電しようとしても、二次電
源には電流が流れない。特に、光の弱い場所では太陽電
池の発生起電力が小さいため、どんなに長時間光を与え
ても充電されないこととなる。このことは、充電機能付
機器の最も致命的な欠陥である。従来はこの防止対策が
ないままに、二次電源が、完全に空になる前（トランジ
スタのスレツシユホールド電圧以下になる前）に、充電
をさせることを強要していた。

上記欠点を防止するための一例を第５図−（ａ）に示
す。第５図−（ａ）において、501は太陽電池、502,50
3,504,505,506はMOS-FET（以下Trと略す。）、507は抵
抗、508は二次電源側から太陽電池への逆流を防止する
ダイオード、509は前述した電子回路、510は二次電源を
示す。リミツターの基本動作原理は、従来のものと変わ
らない。すなわち回路図としては、従来回路図と同様で
ある。

基本的動作について、以下説明する。二次電源の電圧は
Tr502及びTr503のデートの印加され、二次電池電圧が上
昇すると、抵抗507に流れる電流は、Tr502のゲート・ソ
ース間電圧（以下ゲート電圧と略す。）の２乗に比例し
て増加する。この結果、Tr504のゲート電圧が増加する
ため、Tr504はオンして、Tr506のゲート電圧が上り、Tr
506がオンする。このTr506がオンするための二次電源電
圧をリミツター電圧と呼び、通常は1.8V〜2.0V程度にな
るように各Trのスレツシユホールド電圧、増幅率を決定
する。また抵抗507は、最終的にリミツター電圧を調整
するため、可変とする事が望ましい。ここで二次電源電
圧が、各Trのスレツシユホールド電圧（以下V^THと呼
ぶ。）以下になつた時を考える。この時、Tr502,503,50
4は、各々エンハンスメント型のMOS-FETであるため、ゲ
ート電圧がV^TH以下になると、Trの動作は不可能とな
り、Tr506のゲート電位はフローテイング状態となつて
しまう。そこでTr506のゲートと＋電極との間に接続し
たTr505の特性だけは、少なくとも２次電池510が電圧低
下しても、ある程度のインピーダンスを保持して、Tr50
6のゲートを＋側にプルアツプしてやる必要がある。そ
こでTr505はデプレーシヨン型のMOSFETを用いて、ゲー
ト電圧がOVでも電流が流れるようにする。もちろん、Tr
505を抵抗に置きかえても良いが、本回路形式では、バ
イアス設定上トランジスタを抵抗素子として用いる例を
示した。

また、同様の考え方に基づいて、別の回路方式について
も説明する。

第５図−（ｂ）は、第２の回路例を示したもので、511,
512,513は抵抗、514は基準電圧発生回路、515はコンパ
レータ、その他の第５図−（ａ）と同番号の物は、第５
図−（ａ）と同一の機能、素子等である。第５図−
（ｂ）において、抵抗512,513によつて分割された電圧
は、二次電源510の電圧に比例して変化し、コンパレー
タ515の一方の入力となる。コンパレータ515の他方への
入力は、基準電圧発生回路514からの出力で、二次電源
の電圧変化には影響されず、一定電圧を出力する。これ
ら２つの入力を比較し、基準電圧よりも抵抗分割された
電圧の方が高くなつた時、コンパレータ515はLOW電位を
出力しTr506をシヨートさせる。ここで二次電源電圧
が、コンパレータ515、基準電圧発生回路514の動作電圧
よりも低くなると、Tr506のゲート電圧は不定となつて
しまうため、抵抗511によつて、プルアツプしTr506がオ
ンすることを防止している。抵抗511のインピーダンス
は、Tr506のゲート電圧がフローテイングしない程度の
抵抗値（数ＭΩ〜数十ＭΩ）に設定すれば、電流の増加
は少なくて（数nA〜数十nA）済む。

以上のように本発明は、従来全くあきらめていた、低電
圧（0.6V以下の領域）でのリミツターシヨートを、簡単
な回路構成で、しかも確実に防止するものである。この
様にする事で、二次電源の残存容量がなくなり、電圧値
がリミツターの非作動状態になつても、充電可能な状態
に電源系システムを自動設定できる。

第２に、表示手段として指針式表示装置を用いた場合の
改善策について詳述する。従来の指針式表示電子時計に
おいて、モータードライブの方式は、最終段のフリツプ
フロツプ（以下FFと呼ぶ）の制御によつて、モーター端
子（以下o₁,o₂と呼ぶ）に交互にパルスを印加して行な
う。従がつて、発振が停止した状態において、FFの入力
と出力との電位が異なると、o₁-o₂間も電位差が生ずる
ため、発振が再起動しない限りモーターに数百μＡ〜数
mA程度の電流が流れ続けることになる。この確率は原理
的に50％起こり得るため、何らかの原因で発振が止まつ
た時、２つの１つの時計は二次電池までも短時間で空に
してしまうことになる。太陽電池付電子時計のように、
２次電池電圧が発振停止電圧以下になつた後も、充電に
より再運転させる必要がある物については、その間でき
るだけ２次電池の放電を抑え、再始動し易くしておく必
要がある。ところが、従来のモータードライブ方式で
は、前述したように、発振停止した場合のo₁,o₂の電位
は保証されないため、充電しようとしても、o₁-o₂間に
太陽電池の発電エネルギーがくわれ（モーターに電流が
流れてしまうため）、２次電池への充電が不可能とな
る。

実施例は前記欠点を解消した物で、その基本回路ブロツ
クを第６図−（ａ）に示す。第６図−（ａ）は、本実施
例に関し最低限必要な回路構成を示すもので、実際の回
路よりも簡略化してある。第６図−（ａ）において、60
1は発振回路、602は分周回路、603はモータードライブ
回路、604は発振停止検出回路、605はモーターを示す。
発振回路601の基準信号（32768Hz）は、分周回路602で
２秒信号まで分周され、モータードライブ回路603で所
定のパルス巾に微分されてモーターをドライブする。パ
ルス巾は分周回路602から出力されるクロツクにより決
定され、６〜7msec程度が一般的である。発振が停止す
ると発振停止検出回路604の出力が変化し、モータード
ライブ回路603のドライブを制御する。

次に第６図−（ａ）における発振停止検出回路604モー
タードライブ回路603の回路案を提示し、更に詳細に本
発明の原理を説明する。

第６図−（ｂ）は発振停止検出回路の一実施例である。
606は発振回路の発振出力（32768Hz）で、インバータ61
0,611を経てイクスクルーシブオアゲート612（以下EXOR
と呼ぶ）に入力するラインと、直接EXORのもう一方の入
力端子に接続されるラインとがある。ここでインバータ
611を通過した信号607は、インバータによる遅延を生
じ、EXOR612の出力608には発振出力606を逓倍（65536H
z）した波形が表われる。この動作の位相関係を第６図
−（ｃ）のタイミングチヤートに示す。第６図−（ｃ）
の番号は各々第６図−（ｂ）の同番号の信号の電圧波形
を示している。そして第６図−（ｂ）において信号608
がHighレベル（以下Ｈと略す）の時、ダイオード613が
順方向となるため、コンデンサ615に電荷が蓄積され、
信号線609はＨを示す。ここで、低電位（Vss）にプルダ
ウンされた抵抗614によつて、蓄積された電荷は常時放
電されるが、信号608の周波数よりも大きなCRの時定数
を設定（コンデンサ615が10PF程度、抵抗614が10MΩ程
度）すれば、放電よりも充電の方が勝り、Ｈを保持す
る。第６図−（ｃ）の609′がコンデンサ615の端子電圧
の波形を示す。また、発振が停止し、信号606がＨかあ
るいはLOWレベル（以下Ｌと略す）のままになると、信
号608は必らずＬのままとなるため、ダイオード613は逆
方向となつて遮断され、コンデンサ615は充電されず、
抵抗614に電荷が流れて信号線609はＬを保持する。この
ようにして、発振停止時にはL,発振時にはＨを示す回路
が実現する。また回路性能を上げるために実用的には、
信号609をインバーターして波形整形すると共に充放電
時定数の安定化を計る必要がある。更にダイオードによ
る制御は順方向電圧ロスが大きい（0.3〜0.6V）ため、
トランスミツシヨンゲートを使用する方が好ましい。本
項では説明簡略のため上記回路を省略したが、原理的に
は問題ない。次に、モータードライブ回路について説明
する。第６図−（ｄ）は本発明におけるモータードライ
ブ回路の一例であり、第６図−（ｅ）は、第６図−
（ｄ）の回路動作を説明するタイミングチヤートであ
る。第６図−（ｄ）において、616は分周回路からの２
秒信号、617は分周回路からの128Hz信号、618は前述し
た発振停止検出回路の波形整形された出力である。まず
信号618がＨすなわち発振している状態においては、信
号616のＬからＨへの立上りエツジを信号617で微分し、
ナンドゲート623に出力する。またＨからＬへの立下り
エツジをナンドゲート624に出力する。従つてモーター6
05には１秒に１回づつ交互方向にパルス電流が流れ、時
計の針を動かすことができる。この動作は従来のドライ
ブ回路と同様である。信号618が常にＨであれば、従来
のドライブ回路になる。例えば信号618がＨのままで発
振が停止し、信号616がL,D型フリツプフロツプ（以下FF
と略す）622のＱ出力がＬの状態を保持したとすればナ
ンドゲート623の出力はH,ナンドゲート624の出力はＬと
なつて、ドライバー625,626によつて増巾され、モータ
ー605に大電流が流れたままになつてしまう。しかし、
発振停止時は信号618がＬとなつてナンドゲート623,624
を動作禁止状態にするため、モーター端子619,620は共
にＬとなり、モーター電流は流れない。すなわち、イン
バーター621′FF622,ナンドゲート623,624からなる微分
回路の出力制御を信号618で行なつている。ここで、o₁,
o₂を同電位にするためには他の回路としてドライバー62
5,626をNANDゲートあるいはクロツクドゲートに変えて
制御を信号618で行なつても同じ効果があり、本発明の
別の実施例となる。あるいは信号616をＬに、FF622をＨ
にセツトしても良い。

上述した制御のタイミングチヤートを第６図−（ｅ）に
示す。第６図−（ｅ）で、616′は２秒信号波形、617′
は128Hz信号波形,618′は発振停止検出信号波形,619′,
620′は第６図−（ｄ）におけるドライバー625,626の出
力波形を各々示す。図中616′,617′における斜線部
は、発振停止したためにＨかＬか不定であることを示
す。第６図−（ｄ）で説明したように、この発振停止区
間では、619′,620′はＬを保持している。実際の時計
回路では、V^DDアースのため、o₁,o₂出力は通常Ｈでアク
テイブＬの負論理であるが、本項は、説明上全て正論理
とした。

この様にすれば、電子回路の非作動状態で、モーターの
消費エネルギーを停止させる事ができ、一次電源の充電
エネルギーを二次電源がov付近の電子回路の非作動状態
からスムーズ立ち上げる為に利用できる。従つて時計動
作を始動させるスピードを早める事にも役立つ。

次に、一次電源からの充電エネルギーで二次電源を充電
する際、二次電源が空の状態から電子回路・表示手段が
作動可能状態になる電圧まで立ち上げる時間について考
察してみる。携帯電子時計の様に最も消費エネルギの少
ない場合について考えると、現在の消費エネルギーは、
１〜２μＷ程度であると考えられる。１日分のエネルギ
ーとしては従つて12〜24μWH必要とされる。一方一次電
源からの充電エネルギーは、太陽電池の場合を例にとる
と、光−電気変換効率10％と仮定し、直射日光の最大エ
ネルギー100mW/cm²、時計表示板上で取り出せる太陽電
池の１セル当りの面積を0.3cm²としても、一次電源の取
出しエネルギーは、100×0.1×0.3＝３（mW）程度しか
ない。この充電エネルギーで２次電源をovからモジユー
ルの作動が可能になると思われる1.0vまで立ち上げるに
は、２次電源の容量を、モジユールの消費エネルギーの
２日分程度とした場合でも、２×（12〜24）×60/3000
×0.5＝１〜２（分）の間は、モジユールが作動しない
事となる。この時間は、強い太陽光下のもとでの仮定で
あり室内等の光の弱い所では、数10分〜数時間も待たな
いと２次電源がチヤジアツプできず、従つてモジユール
が作動しないという不具合が生ずる。

この不具合を解決し、消費者が電子時計をその止り状態
から即スタートさせる手法について、以下に詳述する。

第７図−（ａ）は、この即スタートを可能ならしめる基
本構成図、また、第７図−（ｂ）は太陽電子付電池時計
における発振停止検出回路の一実施例である。以下、第
７図−（ａ），−（ｂ）について構成を述べる。

太陽電池701は時計回路702と二次電池703とに電源供給
するため、逆流防止ダイオード704を介して、充電ルー
プを作つている。ここで時計回路と２次電池との電源間
にトランスミツシヨンゲート705が直列接続され、その
制御信号713は時計回路702に含まれる発振停止検出回路
の出力である。発振停止検出回路は、第７図−（ｂ）に
示す如く発振回路708の基準信号及びインバーター709に
よる反転信号をトランスミツシヨンゲート706,707に各
々制御信号として加え、コンデンサ710,711及び抵抗712
の充放電ループを制御する。

次に作用について述べる。今、発振停止状態とすると、
発振回路708の出力は、Ｈ（高電位）あるいはＬ（低電
位）のまま保持されるため、トランスミツシヨンゲート
706,707は何れかがOFFのまま保持され、コンデンサ711
の電荷は抵抗712により放電されて、制御信号713はＬ
（Vssレベル）となる。この結果、トランスミツシヨン
ゲート705は、OFFして、二次電池703の時計回路702とは
非導通状態となる。従がつてこの状態では太陽電池が光
を受ければ、時計回路702には、二次電池703がOVであつ
ても大陽電池からの起電圧が発生する。以上が即スター
トさせる方法の基本原理であり、これ以外にも次の手法
を採用できる。例えば、一端発振開始すれば、発振停止
検出回路の出力713はＨとなりトランスミツシンゲート
はONしてしまう。従がつて発振状態では、二次電池電圧
を検出し、ある電圧以上の時始めてONするように制御信
号713とANDゲートを組んでトランスミツシヨンゲート70
5を制御すればよい。また、二次電池を充電するために
は、トランスミツシヨンゲート705のON抵抗を高くして
少しづつ充電する、あるいは断続的にスイツチングを繰
返して充電する、あるいは別の充電経路を設ける等の回
路手段が考えられる。何れにしても、論理回路を設計す
る上で、基準クロツクが必要となり、一旦時計回路に高
電圧が発生すれば発振が開始して種々の電源制御を行な
うことができる。

第７図−（ｃ）は本発明の一応用例であり、太陽電池付
電子時計の電源制御方式を示す回路図である。

以下第７図−（ｃ）について電源制御の説明をする。ま
ず二次電池703は低電圧状態即ち電子回路の非作動状態
とする。

発振回路708の発振信号723が発振していないとすると発
振停止検出回路717が停止を検出し制御信号713がＬとな
つてトランスミツシヨンゲート714がON,トランスミツシ
ヨンゲート715,705がOFFとなる。

このため、発振回路708の電源720は、昇圧回路719によ
る昇圧電源721とOFF、太陽電池側電源722とONしてお
り、ここで太陽電池701に光を与えると発振回路708、発
振停止検出回路717、論理回路718に発振可能な電圧が供
給され、発振開始する。発振開始すると昇圧に必要な昇
圧クロツク724が発生して、昇圧回路719は、二次電池70
3の昇圧を開始し、昇圧電源721に高電圧が発生する。一
方、電源ゲートは発振開始によりトランスミツシヨンゲ
ート714がOFF、トランスミツシヨンゲート715,705がON
するため、時計回路702の電源系は、太陽電池701が二次
電池703を充電し、二次電池703を昇圧した高電圧により
時計回路702が動作することになる。すなわち二次電池
が低電圧でも時計は動作することとなる。

注）第７図−（ｃ）における昇圧回路718は液晶表示用
に汎用化されているコンデンサ方式の物で詳細は略す。
昇圧電源721を安定化するためには、二次電圧を検出
し、昇圧の倍率を電圧に応じて可変させること、定電圧
回路を通すこと等が考えられるが、ここでは略す。論理
回路718は、時計に必要な回路を総まとめしたものであ
る。発振停止検出回路717は第７図−（ｂ）と同一であ
る。

この様に時計回路と２次電池とをスイツチング回路によ
り電源接続し、発振停止状態においてこの接続を開放と
なる様構成すれば即スタートが可能となる。

さらに、これを実用に共する様さらに工夫した他の実施
例について以下に述べる。

第８図は、他の実施例を示す充放電電源制御方式の回路
図である。第８図において、802は電子回路であり、時
刻表示手段を駆動させる為の時計回路を備えている。こ
の電子回路は、一次電源である太陽電池801と二次電源
であるコンデンサ803から電源供給可能である。第８図
において809は時計負荷変動吸収用の平滑コンデンサ807
と808は逆流阻止ダイオード、804は過電圧防止トランジ
スタ、805は充電用トランジスタ、806は放電用トランジ
スタである。初期状態において太陽電池801の発生電圧
（Vss）がダイオード808の順方向電圧を越え、時計回路
電圧（Vss）が最低作動開始電圧以上になると時計機能
が開始される。ここで充電用トランジスタ805はVssが最
低作動開始電圧以上になるまでONしない。時計機能開始
後充分な照度が維持されると、照度に対応した電圧上昇
・下降分に対応して805がON・OFFされる。ここで平滑コ
ンデンサ809は、時刻表示手段を駆動させる為の運針モ
ータの駆動による電圧変動を吸収するとともに、805の
スイツチングによる電圧変動も吸収する。又、時計回路
の最低作動開始電圧は最低作動電圧よりも高くその差分
が制御マージンとなり時計回路をより停止させない様に
働く。この様にして時計回路の駆動を妨げる異なく太陽
電池の発生余剰電流によりコンデンサ803への充電が行
なわれる。充電完了後はコンデンサ803の過電圧を妨ぐ
ため定格電圧以上になるとトランジスタ804がONする。
次に照度が極端に低下した場合はコンデンサ電圧（Vs
c）が太陽電池電圧（Vs^B）より高くなりその差分の検出
によつて放電用トランジスタ806がオンし、電子回路802
はコンデンサから電源供給を受ける事になる。ダイオー
ド807,808は放電時の損失を妨ぐために設置される。ま
た放電中にVssが最低作動電圧以下（時計機能停止）に
なると806はオフしコンデンサー803の無用の放電を禁止
させる。つまり時計の非作動電圧領域においての損失は
主にコンデンサ803の自己放電だけとなる。

この方式によりovから二次電源を耐電圧までの電源電圧
の広い変動に対し安定した充放電システムを得る事がで
きる。

次に、本発明の様に容量が少ない場合、使用者にその残
存容量を何らかの方法で知らせる事が実用性を高める。
これは、容量と電圧が関数関係にある場合が有利であ
る。本発明では例えば、第９図−（ａ）に示す様なコン
デンサーの場合は、初期の電圧E₀としてｔ時間経過した
後の電圧Ｅとすれば次式で表わされる。

ここで、Ｒは時計負荷抵抗、Ｃはコンデンサー容量であ
る。この場合、時計体の作動停止電圧をEnとすれば、残
存容量は電圧として換算する事ができる。

第９図−（ｂ）は、固定電解質電池を使用した場合の、
定電流負荷放電曲線である。同様なパラメーターを使用
すると、次式で表わされる。

ｃは固体電解質電池の容量、ｉは負荷消費電流である。

この様に本発明に適用する蓄電手段は、電圧と残存容量
が関数関係にあるので、次に示す様な方策により残存容
量表示が可能となる。

第10図は、電気−光学変換素子のうちで液晶表示パネル
を用いた場合の残存容量表示方法の一例である。

1001,1002は上下パネルガラス、1003,1004は上下の偏光
板、1005,1006はそれぞれ上下の透明電極である。上下
パネルガラスの間に液晶が挾持され表示パネルを形成す
る周知の構造である。又1009はシール剤である。ここ
で、前記透明電極の一部分にポリイミド等の液晶配向を
抑制する薄膜1007,1008をかぶせるとすれば、この電極
部分は、a,b,cの３区分され、二次電源電圧の低い時即
ち容量の少ない時は、ａのみ点灯し、電圧が中位の時は
a,bか、又、電圧が高い時はa,b,c全部が点灯する事にな
り、残存容量を容易に表示できる。点灯・非点灯の電圧
レベルは、前記107,108の薄膜の厚みをコントロールす
る事で容易にシフトできる。この薄膜の厚みを何段にも
とれば、分解能の高いリニアー残存容量表示が可能とな
る。

一方、表示手段が指針式の場合は、外観上から表示手段
と残存容量表示手段を兼用する方がデザイン的に好まし
い。これは、すでに実用化されている電圧を検知して、
秒針を異常表示例えば２秒ステツプにする方法が適用で
きる。前述した電解液を使用した化学電池と異なり、コ
ンデンサーの場合は、電圧変動範囲が広いので、この電
圧検知レベルを複数とる事が容易である。この場合は、
秒針の運針ステツプを電圧が低い程間隔をあけ４秒ステ
ツプ、８秒ステツプという様にしていく事が使用者に自
然の感じを与える。

他の残存容量の表示方法として、以下に充電時と放電時
の検出電圧レベルを変え、使用者が光電行為を完全にす
る様に警告する回路形式を提案する。

先ず、この考え方を第11図を使つて説明する。第11図
は、電源電圧（時計電子回路の電源となる電圧）の変化
に対する異常表示（以下BLDと略す）の区間を表わすグ
ラフであり、縦軸に電圧Ｖ、横軸に時間Ｔを示す。コン
デンサを２次電池とし、太陽電池による充電と、時計負
荷との放電が繰り返され、第11図の1101で示したような
該コンデンサの電圧カーブをしたとすると、電圧カーブ
が第１の電圧レベル1102を下降時に横切つた時から、第
２の電圧レベル1103に上昇するまでの間を点線で示して
ある。この点線区間がBLD区間である。以下第12図を用
いて、その基本回路について述べる。

第12図は、前記残存容量表示を可能ならしめる回路構成
の一例である。1201は太陽電池、1203は時計回路、1204
は電荷を貯え２次電池の役割をするコンデンサ、1205は
暗い時にコンデンサから太陽電池への逆流を防ぐ逆流防
止用ダイオードである。まず、電圧検出をするための基
準となる定電圧発生回路1202によつてコンデンサ1204の
電圧変動に依存しない（実際には、わずかに変化する
が、無視できる。）定電圧出力1215（Vref）を得る。定
電圧発生回路は一般にはMOSトランジスタのV^THを基準に
作られ、詳細の説明は省略する。定電圧出力1215は、コ
ンパレータ1206,1207に入力され、各々のコンパレータ
の一方の比較電圧は、電源を抵抗1216,1217,1218で分割
して得られる高電圧入力と低電圧入力である。以下に、
第12図に示す回路のコンパレータ1206、1207を用いたBL
D表示動作を、第11図に示すタイミングチャートに基づ
き詳細に説明する。

同図に示すよう、コンデンサ1204の端子電圧V₁₀₀は、
R₁、R₂、R₃の分圧回路によりV₁₁₀、V₁₂₀の電圧に分圧さ
れる。

コンパレータ1206、1207は、定電圧発生回路1202から出
力される基準電圧Vrefと、前記電圧V₁₁₀、V₁₂₀とを比較
し、V₂₁₀、V₂₂₀というＨまたはＬレベルの信号を出力す
る。

そして、これらの出力信号V₂₁₀、V₂₂₀は、それぞれフリ
ップフロップ1208およびANDゲート1210で構成された立
ち上がり微分回路Ａ、フリップフロップ1209およびNOR
ゲート1211で構成された立ち下がり微分回路Ｂにより微
分波形V₃₁₀、V₃₂₀に加工され、NORゲート1212、1213で
構成されたラッチ回路Ｃに入力される。これによりラッ
チ回路Ｃからは、V₄₀₀のような波形が出力され、インバ
ータ1214は、V₅₀₀のような信号を時計回路1203に向け出
力される。

このインバータ1214の出力V₅₀₀のＨレベルの区間が、前
記BLD区間となる。時計回路1203は、インバータ1214の
出力V₅₀₀がＨレベルの区間の時にBLD表示を行うようゲ
ート回路が構成される。BLD表示は、デジタル時計表示
の場合、表示桁のフラッシング、アナログ表示式時計の
場合は秒針の２秒飛び運針が好ましいが、本実施例にお
いては具体的には限定されない。いずれにしても、通常
の状態とBLD区間の状態は、何らかの形で、時計使用者
に識別できればよい。

なお、前記微分回路A,Bの微分パルス巾は、時計回路120
3に含まれる分周回路からの高周波クロック信号1219に
よって決まる。

次に、前記基準電圧Vrefと、２つの基準電圧V₁、V₂との
関係を説明する。

コンパレータ1206、1207に入力される分圧電圧V₁₁₀、V
₁₂₀は、次の（１）、（２）式に従って、コンデンサ120
4の端子電圧V₁₀₀を分圧した電圧である。

コンパレータ1206、1207に入力される基準電圧Vrefを、
コンデンサ1204の端子電圧V₁₀₀と同じレベルで考えるた
めには、この基準電圧Vrefが分圧されたものであると考
え、その値を、分圧回路R₁、R₂、R₃による分圧前の電圧
に変換してやる必要がある。すなわち、次の（３）、
（４）式に従い、この基準電圧Vrefを、分圧回路による
分圧前の電圧V₁、V₂に変換してやる必要がある。これ
が、本発明でいう２つの基準電圧V₁、V₂である。

すなわち、各コンパレータ1206、1207で分圧電圧V₁₁₀、
V₁₂₀を、基準電圧Vrefと比較するということは、コンデ
ンサ1204の端子電圧V₁₀₀そのものを、２つの基準電圧
V₁、V₂と比較するということを意味する。

したがって、第12図で示す回路では、定電圧発生回路12
02から１種類の基準電圧Vrefしか出力してないが、この
基準電圧Vrefと、前記分圧回路R₁、R₂、R₃の動作を組み
合わせることにより、コンパレータ1206はコンデンサ12
04は端子電圧V₁₀₀と基準電圧V₁とを比較し、他方のコン
パレータ1207は端子電圧V₁₀₀と他の基準電圧V₂とを比較
していることになる。

すなわち、定電圧発生回路1202と、３つの抵抗1216、12
17、1218からなる分圧回路との組み合わせによって、２
つの基準電圧V₁、V₂を設定する基準電圧設定部を構成す
ることになる。

この事により従来の電子時計にない２点のBLD警告すな
わち、充電時には「BLDの終了によつて充分な電圧まで
充電されたこと」放電時には「BLDの開始によつて残存
容量が残りわずかなこと」を知らしめることができる。
従つて、使用者は、BLDを確認しながら充電すればその
後充分時計は動き、充電が必要な最低限のレベルまでBL
Dが開始しないため、通常はBLDのわずらわしさに気を乱
すことがない。

次に、時刻表示手段へ信号を導くための時計回路の省力
化が必要となる。時刻表示手段が指針表示式の場合は、
すでに開示され実用に供しているパルス制御回路を時計
回路の駆動回路として用いることが望ましい。これにつ
いて従来の方式と、本発明に用いる実施例とを並列して
以後詳述する。

従来の指針表示式太陽電池時計において、時刻表示手段
の駆動源となるモーターの駆動方式は、１秒毎に通６〜
8msecのパルス幅でモーターを駆動している。従つて、
モーターの平均消費電流（１秒当りの積分値）は、２〜
３μＡに達し、必然的に二次電池の容量も大きい物が要
求される。その結果、時計の厚みやサイズは一般の時計
よりも制約を受け、特に腕時計にあつては、太陽電池の
薄形化は極めて困難な課題であつた。一方、モーターの
低Power化に関しては種々の方式が提案・実用化されて
おり、中でも低Powerと信頼性面から下記に述べる方法
が最も優れている。

通常の運針を行なうための第１のパルスと、第１のパル
スよりもパルス幅の広い第２のパルスとを少なくとも設
け、第１のパルスによるモーターの回転・非回転を検出
し、モーターが非回転の時第２のパルスを出力してモー
ターを駆動する。第１のパルスは、モーターが回転し得
る最少パルス幅から、輪列負荷等を考慮した最大パルス
幅まで複数種のパルス状態を選択可能とし、モーターの
非回転検出後は、より幅の広いステツプへ、ある回数連
続回転した後は、より幅の狭いステツプへ移行するよう
制御される。

上記のモーター駆動に関する方式を以下イーグルと呼
ぶ。以上のイーグル方式でモーター駆動・制御すれば、
低Powerで高信頼性の太陽電池付電子時計が可能となる
が、主に以下の技術課題により実現されていない。第１
の課題は、太陽電池付時計の場合、二次電池が充放電に
より広範囲（０〜2V程度）に電圧変動するため、イーグ
ルで必要なモーターの回転検出の動作が不安定になるこ
と。第２の課題は、充電により二次電池がイーグル動作
可能な電圧に達しても、最適なパラメーター（パルス幅
等）を初期設定することが難かしい点である。従つて、
現状の太陽電池付時計は、モーターの電流消費をカバー
する大きな容量の二次電池を採用し、モーターの電流消
費を改善するよりも、二次電池の容量増加に対策を構じ
ている。

本発明は、上記２点の課題を解決し、太陽電池付時計の
低Power化を促進するものである。

第13図に本実施例の概ブロツク図を示す。第13図におい
て、1301は発振回路で、基準周波数（32768Hz）を発振
し、分周回路1302において最大1/2Hzまで分周される。1
303はパルス巾制御回路で、前述したイーグルのロジツ
ク回路部を示す。1304はモーターで、モーターの回転を
輪列を介して指針式表示装置に伝え、時刻をアナログ表
示する。1305は二次電池1307の電圧を検出する電圧検出
回路で、二次電池1307の電圧が任意の設定電圧（ここで
は1.2Vとする）以下になつた時Highレベル（以下Ｈと略
す。）を出力し、イーグル回路に伝える。1306は太陽電
池、1308は逆流防止用ダイオードを示す。点線９で囲ま
れた部分はロジツク回路としてIC化される部分である。
二次電池1307の電圧が1.2V以下の時、電圧検出回路1305
はＨをイーグル1303に与え、イーグル回路1303における
モーターの回転検出機能は動作停止すると共に、モータ
ー駆動パルスは固定（パルス幅＝6.8msec）される。ま
た、二次電池1307の電圧が1.2V以上になつた時、電圧検
出回路1305の出力はＨからLowレベル（以下Ｌと略す）
に落ち、この立下りによつてワンシヨツトパルスを形成
して、パルス巾制御回路1303のロジツク状態を初期設定
する。

本実施例では、第１パルスのパルス巾を2.0,2.5,3.0,3.
5,4.0msecの５種設け、初期設定値は3msecが選択され
る。またモーターが120回（120秒）連続回転した時、第
１パルスのパルス巾が１ステツプ狭くなるとする。ここ
で、パルス巾を中間の3msecにした理由を以下に説明す
る。

太陽電池の２次電池としてコンデンサーを使用した場合
充放電も非常に急速である。従つて、コンデンサ電圧が
OVの状態から2Vまで達するのに、直射日光下では３分を
要しない。この時、イーグルの初期設定を最大状態（第
１パルスのパルス幅が最も広いステツプ状態）にする
と、第１パルスが次の（より狭いパルス幅の）ステツプ
に移行する前にコンデンサ電圧が上昇し、2V付近でかな
り幅の広いパルスをモーターに印加することになる。こ
れは、Powerロスだけでなく、ローターの制動が効か
ず、２秒とびのミスリをおかすことになる。逆に、パル
ス幅制御回路の初期設定を最小状態（第１パルスのパル
ス幅が最も狭いステツプ状態）にした場合は、当然スタ
ート時点で電圧が低いため、第１パルスではモーターは
回転せず、無駄な電流を消費することとなる。従つて、
本発明は、パルス幅制御回路開始時の第１パルスのパル
ス幅設定をほぼ中央のステツプにすることで、前記危険
性を解決する。この様にする事で時刻表示手段に要する
消費エネルギーを減少する事ができ、容量の少ない二次
電源を用いた場合にも使用に耐え得る持続を持つ事が可
能となる。

〔効果〕

以上説明したように、本発明によれば、二次電源の強制
充電開始電圧に対応した第１の基準電圧および充分大き
な値の充電終了電圧に対応した第２の基準電圧を予め設
定しておき、二次電源の電源電圧が第１の基準電圧以下
になると表示部に強制充電動作表示を行わせ、二次電源
の電源電圧が第２の基準電圧以上になると、強制充電動
作表示を終了するという構成とすることにより、前記強
制充電動作表示の開始により使用者に「二次電源の残存
容量がわずかなこと」を知らしめることができ、強制充
電表示の終了により、使用者に「十分な電圧の充電がな
されたこと」を知らしめることができ、これにより、使
用者は強制充電表示を確認しながら充電すれば、その後
も充分に時計が動き、しかも充電が必要な最低レベルま
で強制充電表示が再開されないため、通常はこの表示の
煩わしさに気を乱されることもないという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の基本構成を示すブロツク図。第２図は、本発明の充電手段に関する一実施例を示す太
陽電池の平面図。第３図は、第２図に於るX-X′面の断面図。第４図は、太陽電池の性能を示す電圧−電流特性。第５図−（ａ）は、本発明に係る過充電防止手段を示す
第１の実施例。第５図−（ｂ）は、本発明に係る過充電防止手段を示す
第２の実施例。第６図−（ａ）は、時刻表示手段に電気信号を与える電
子回路のブロツク図。第６図−（ｂ）は、発振停止検出回路の一例である。第６図−（ｃ）は、第６図−（ｂ）におけるタイミング
チヤート図。第６図−（ｄ）は、本発明に係るモーター駆動回路の実
施例。第６図−（ｅ）は、第６図−（ｄ）におけるタイミング
チヤート図。第７図−（ａ）は、本発明に係る充電手段の一実施例を
説明する為の基本構成図。第７図−（ｂ）は、本発明に係る発振停止検出回路の一
実施例。第７図−（ｃ）は、本発明を応用した電子時計の電源制
御方式を示す一例。第８図は、他の実施例を示す充放電電源制御方式の回路
図。第９図は−（ａ）は、コンデンサーの時間−電圧を示す
定抵抗負荷放電特性。第９図−（ｂ）は、Li系の固体電解質電池の時間−電圧
を示す定電流負荷放電特性。第10図は、本発明に係る残存容量表示手段のうち、時刻
表示手段として液晶を用いた場合の一実施例。第11図は、本発明に係る残存容量表示手段のうち、時刻
手段として指針表示式を用いた場合の説明図。第12図は、第11図における残存容量表示を行なわせる為
の回路構成の一例。第13図は、本発明に係る時刻表示手段に、パルス巾制御
手段を応用した場合のブロツク図。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者植田知雄長野県塩尻市大字塩尻町390番地塩尻工業株式会社内 (72)発明者桜井照夫長野県塩尻市大字塩尻町390番地塩尻工業株式会社内 (72)発明者高山昌之長野県塩尻市大字塩尻町390番地塩尻工業株式会社内 (56)参考文献特開昭54−7378（ＪＰ，Ａ) 特開昭59−26089（ＪＰ，Ａ) 実開昭56−19783（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】外部から付与されるエネルギーを基に発電
を行う発電手段と、前記発電手段の出力を用い充電される二次電源と、前記二次電源から電源電圧が供給される時計回路と、前記二次電源の強制充電表示を行う充電動作表示手段
と、を含み、前記充電動作表示手段は、前記二次電源の強制充電開始電圧に対応した第１の基準
電圧および充分大きな値の充電終了電圧に対応した第２
の基準電圧を設定する基準電圧設定部と、前記二次電源の電源電圧が第１の基準電圧以下になると
第１の信号を出力する第１のコンパレータと、前記二次電源の電源電圧が第２の基準電圧以上になると
第２の信号を出力する第２のコンパレータと、前記第１の信号が出力されてから第２の信号が出力され
るまでの間、電源電圧の強制充電動作表示を行う表示部
と、を含むことを特徴とする充電機能付電子時計。