JPH1048357A

JPH1048357A - 電子時計

Info

Publication number: JPH1048357A
Application number: JP9100586A
Authority: JP
Inventors: Masashi Yoshino; 雅士吉野
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1994-01-17
Filing date: 1997-04-17
Publication date: 1998-02-20
Anticipated expiration: 2017-04-17
Also published as: JP2765576B2

Abstract

(57)【要約】【課題】フラットでない放電特性を待つ電源を用いて
もその電源の持つ電気エネルギーを十分に活用する。【解決手段】少なくとも電源Ａと電源Ａより小なる電
気エネルギーを有する電源Ｂとよりなる複数の電源を有
し、少なくとも電源Ｂは充電可能でありかつ電源Ａより
電源Ｂへ電気エネルギーを供給する手段を有し、かつ前
記電源Ａより電源Ｂへ電気エネルギーを供給する手段に
は電源Ａと電源Ｂとの電圧レベルを変える手段を含む電
子時計。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水晶時計等電気エネ
ルギーをエネルギー源とする電子時計における電源部の
構成に関する。特に電源の放電特性がフラットでなく放
電が進むにつれて電圧の変化するような電源を有する電
子時計の電源部の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の水晶時計等電気エネルギーをエネ
ルギー源とした電子時計はその電源部に銀電池の様なフ
ラットな放電特性を持つ電源を用いていた。これにより
電源の持つエネルギーを十分活用していた。

【０００３】しかし銀電池は高価でありしかも電池その
ものに寿命がある等欠点も大きかった。

【０００４】これらの解決策として近年価格的にはアル
カリマンガン電池等が用いられる様になったし、電池そ
のものの寿命に関してはソーラバッテリーを電源とし２
次電池として高容量コンデンサーを用いた時計も提案さ
れている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記技術では、アルカ
リマンガン電池は放電特性がフラットでなく時計の作動
停止後にもエネルギーを多く有しており、電池の特性を
十分活かしているとは言えないのが現状である。又、２
次電池として高容量コンデンサーを用いたものは、当然
の事ながらコンデンサーの放電特性により、その時計の
止まりまでの持続時間は決まってしまい実用化の大きな
問題となっていた。

【０００６】本発明の目的は、以上の様な従来の欠点を
解決し、フラットでない放電特性を待つ電源を用いても
その電源の持つ電気エネルギーを十分に活用することを
目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】少なくとも電源Ａと電源
Ａより小なる電気エネルギーを有する電源Ｂとよりなる
複数の電源を有し、少なくとも電源Ｂは充電可能であり
かつ電源Ａより電源Ｂへ電気エネルギーを供給する手段
を有し、かつ前記電源Ａより電源Ｂへ電気エネルギーを
供給する手段には電源Ａと電源Ｂとの電圧レベルを変え
る手段を含む電子時計に関するものである。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明を一実施の形態により図を
用いて説明する。

【０００９】本実施の形態は発電機構としてソーラーバ
ッテリーを用いて２次電池として高容量コンデンサーで
ある電気二重層コンデンサーを用いた時計である。

【００１０】図１はこの電気二重層コンデンサーの放電
特性であり、図２は本発明による一実施の形態のブロッ
ク図である。図３は従来のシステムの回路説明図であ
る。従来図３において、ソーラバッテリー１による発電
力が電気二重層コンデンサー１２に充電され定格電圧以
上に充電されるとリミッタースイツチ１３が閉じてコン
デンサー１２への充電をやめる。時計体１４はソーラバ
ッテリー１１又はコンデンサー１２を電源として作動し
ている。又、ダイオード１５は、ソーラバッテリー１１
の発生起電圧がコンデンサー４の充電電圧以下になった
ときに、電流がソーラバッテリーに流れ込むのを防ぐ逆
流防止ダイオードである。コンデンサー１２がフル充電
された状態でソーラバッテリー１１に光が当たらなくな
った後のコンデンサー１２の放電特性を図１で実線Ｖｓ
ｓ2と破線Ｖ´ｓｓ1で示している。縦軸がコンデンサー
１２の電圧、横軸が時間である。この本実施の形態での
コンデンサーの定格電圧は１．８Ｖである。また、時計
体の作動停止電圧は０．９Ｖである。この時、時計の作
動はソーラバッテリーに光が当たらなくなってからｔ２
時間で止まることになる。

【００１１】図２は、本発明による一実施の形態のブロ
ック図であり、ソーラーバッテリー１に光が照射し発生
した電力は、逆流防止ダイオード３を通して電気二重層
コンデンサ４ーへ充電される。このときソーラーバッテ
リー１の発生起電圧（Ｖｓｓｌ）が定格電圧以上になる
とリミッタ回路２が働きコンデンサー４への充電をやめ
る。例えば定格電圧とはコンデンサー４の定格電圧であ
り、リミツタ回路とは定電圧ダイオードで構成され図中
ＶＤＤ一ＶＳＳｌ間が定格電圧以上になったら通電し充
電電流をバイパスする構成、またはＶＤＤ一ＶＳＳ１間
にスイッチを有し、リファレンス電圧検出により充電電
流をバイパスする構成になっている。コンデンサー４に
充電された電力は多段昇圧充電回路５により最適な昇圧
が行われてコンデンサー６に充電される。この動作の詳
細な説明は後述する。コンデンサー６は、コンデンサー
４の電圧ＶＳＳ１’を検出する電圧検出回路７、その電
圧検出出力をもとに昇圧充電回路に最適昇圧充電を行な
わせる制御回路８及び時計回路９の電源となっている。

【００１２】次に本実施の形態の動作を図１を参照しな
がら詳細に説明する。ここで図１において破線は、大容
量コンデンサー４の電圧ＶＳＳ’１の絶対値を示し、実
線はコンデンサー６の電圧ＶＳＳ２の絶対値を示す。コ
ンデンサー４がフル充電された後ソーラバッテリー１に
光が当たらなくなった時を説明する。コンデンサー４の
電圧｜ＶＳＳ’１｜が１．２Ｖ以上の時は、コンデンサ
ー４とコンデンサー６とは同じ電圧になるように昇圧充
電回路５が動作する。コンデンサー４の電圧｜ＶＳＳ’
１｜が１．２Ｖ〜０．８Ｖの時は昇圧充電回路５により
２倍に昇圧してコンデンサー６へ充電する。図１ｔ１〜
ｔ３の区間である。したがつてこの時のコンデンサー６
の電圧｜ＶＳＳ２｜は１．８Ｖ〜１．２Ｖとなる。コン
デンサー４の電圧｜ＶＳＳ’１｜が０．８Ｖ〜０．６Ｖ
の時は昇圧充電回路５により２倍に昇圧されコンデンサ
ー６に充電される。図１においてｔ３〜ｔ４の区間であ
る。この時のコンデンサー６の電圧｜ＶＳＳ２｜は１．
６Ｖ〜１．２Ｖとなる。

【００１３】コンデンサー４の電圧｜ＶＳＳ’１｜が
０．６Ｖ以下の時は、昇圧充電回路５により３倍に昇圧
してコンデンサー６に充電する。図１のｔ４以降であ
る。

【００１４】以上の説明のように、本実施の形態によれ
ば昇圧充電手段により、時計体の実際の電源となるコン
デンサー６の電圧｜ＶＳＳ２｜を動作停止電圧０．９Ｖ
以上に保つことによつて、時計の動作可能時間を図１に
おいてｔ２時間からｔ５時間まで伸ばしている。又、コ
ンデンサー４の電圧でいえば従来０．９ｖから１．８Ｖ
の間でしか使えなかつたものが、本実施の形態によれば
０．３Ｖから１．８Ｖまて使え、コンデンサー４に蓄え
られたエネルギーを有効につかっている。

【００１５】次に本実施の形態中の多段昇圧充電回路
６，電圧検出回路７．制御回路８の具体的実施の形態を
示す。

【００１６】図４は、多段昇圧充電回路６の基本形てあ
り、図５はその動作を具体的に示したものであり、
（イ）は昇圧動作、（ロ）は充電動作である。図４，図
５のコンデンサー４、６は図２のそれてあり、コンデン
サー２１、２２は昇圧用の補助コンデンサである。ま
た、図４のＴｒ１〜Ｔｒ７はＦＥＴであり昇圧を行なう
ためのスイッチの役割を果している。図４において昇圧
を行わずｖｓｓ′１とｖｓｓ２を同電位にするためには
Ｔｒ３とＴｒ４をＯＮさせ、他はＯＦＦにすれば良い。

【００１７】この状態を示したのが図５（Ａ）であり、
図１のｔ０〜ｔ１における動作である。また、ｔ１〜ｔ
３において１．５倍昇圧充電を行なうためには、昇圧時
Ｔｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ６をＯＮし他をＯＦＦ、充薄時Ｔ
ｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ５、Ｔｒ７をＯＮし他をＯＦＦす
る。

【００１８】同様にｔ３、ｔ４時に２倍昇圧充電を行な
うためには、昇圧時Ｔｒ１、Ｔｒ３、Ｔｒ５、Ｔｒ７を
ＯＮし他をＯＦＦ、充電時は１．５倍昇圧時の充電時と
同様の動作を行ない、さらにｔ４〜ｔ５時に３倍昇圧を
行うためには、昇圧時は２倍昇圧充電時の昇圧時と同様
の動作を行ない、充電時にはＴｒ２、Ｔｒ４、Ｔｒ６を
ＯＮし他をＯＦＦする。以上の様に各ＦＥＴを制御すれ
ば、それぞれ図５に示す状態となり各昇圧充電が可能と
なる。以上を具体的に電子回路で実現した多段昇圧充電
回路５の一実施の形態を図６に示す。図６においてコン
デンサー４、６、２１、２２とＦＥＴＴｒ１〜Ｔｒ７は
図４と同様のものである。ただし、Ｔｒ５、Ｔｒ６、Ｔ
ｒ７は電流の流れが両方向となるのでＰチャンネルＦＥ
ＴとＮチャンネルＦＥＴを組み合わせている。また、φ
ｃｌは昇圧充電クロックであり、該信号の論理レベル
「Ｌ」のとき昇圧を行ない、「Ｈ」のとき充電を行な
う。

【００１９】従って回路はφｃｌの周期に応じて昇圧充
電を繰り返す。ＡｍｐＮ、Ａｍｐ１．５、Ａｍｐ２、Ａ
ｍｐ３は昇圧倍率を示す信号であり、「Ｈ」のときにそ
れぞれ昇圧なし、１．５倍昇圧、２倍昇圧、３倍昇圧を
表し、該信号は制御回路８で形成される。また、６１〜
６４は既知の論理ゲートであり、これらのゲートによっ
てＴｒ１〜Ｔｒ７のＦＥＴのＯＮ、ＯＦＦタイミングが
作られ、図４及び図５をもって説明した動作を行なう。

【００２０】次に、図７に電圧検出回路７の具体例を示
す。ｓｐ´はサンプリング信号であり「Ｈ」のとき回路
が作動し、「Ｌ」のとき電流を消費しないように回路状
態を固定する。破線内は公知の定電圧回路であり、その
出力電圧をＶＲＥＧと表している。またＲ１、Ｒ２は抵
抗であり、｜ＶＳＳ´１｜の最大電圧の１．８Ｖをもっ
て

【００２１】

【数１】

【００２２】を満足するように設定されている。ｒ１、
ｒ２、ｒ３、Ｒも同様に抵抗であって、それぞれ｜ＶＳ
Ｓ’１｜が０．６Ｖ、１．８Ｖ、１．２Ｖになったとき
の｜ＶＭ｜タップの電位が同じになるよう設定されてい
る。

【００２３】この３つのタップ電位は、トランスミッシ
ョンゲート７１により１つが選択され（ＶＲＥＧＴ）、
コンパレータ７２でＶＭと比較される。コンパレータ７
２は、ＶＭが選択されたタップ電位よりも低電位ならば
「Ｈ」を出力し、その逆の時及びＳＰ´が「Ｌ」のとき
は「Ｌ」を出力するよう構成されており、その出力ｃｏ
ｍｐは制御回路８へ送られる。

【００２４】Ｔ１．５、Ｔ２、Ｔ３は、トランスミッシ
ョンゲートを選択する信号で制御回路８で形成され
「Ｈ」のときトランスミッションゲートをＯＮにする。
以上の構成により、ＶＭとＶＲＥＧＴを比較し、その結
果（ｃｏｍｐ）とトランスミッション選択信号（Ｔ１．
５、Ｔ２、Ｔ３）の状態でｖｓｓ´１が図１のｔ０〜ｔ
５の内のいずれに存在するのかの判定が可能となる。こ
の判定は後述する制御回路８において行なう。

【００２５】図８は、制御回路８の具体例であり、図９
はそのタイミングチャートである。タイミングチャート
は、波状線の左側において１．５倍昇圧制御状態から２
倍昇圧制御状態へ移行するところを示し、波状線ｘの右
側において２倍昇圧状態から昇圧なしの状態へ移行する
時の各信号の動きを示している。図８において、９１、
９４はＣＬの立下りでデータをラッチするＤ型フリップ
フロップ、９２はＣＬの「Ｌ」てデータを保持するマス
ターラッチ、９３は２ビットのバイナリーカウンターで
あり、他は既知のゲート類である。ここで、タイミング
チャート波状線左側にそってこの制御回路の動作を説明
する。まず、サンプリングパルスＳＰが「Ｈ」になる以
前の状態は、昇圧倍率１．５倍、トランスミッションゲ
ート選択信号はＴ１．５が「Ｈ」であり、その状態はそ
れぞれマスターラッチ９２とバイナリーカウンター９３
で記憶されている。今、サンプリングパルスＳＰが出力
されると同時にＲｅｓｅｔ信号が出てバイナリーカウン
ター９３をリセツトし、Ｔ３が「Ｈ」となる初期状態に
戻る。以後ＣＰパルスによりコンパレータ出力ｃｏｍｐ
が「Ｌ」になるまで順次Ｔ３、Ｔ２、Ｔ１．５が選択さ
れていく。今大容量コンデンサ４の電圧｜ｖｓｓ´１｜
が０．６Ｖ〜０．８Ｖの間にあるとすると（図１のｔ３
〜ｔ４の間）、図７の説明から分かるように、Ｔ２が
「Ｈ」になった時にＶＭとＶＲＥＧＴの電位が逆転しｃ
ｏｍｐが「Ｌ」になる。従って、これによりｖｓｓ´１
の範囲が判定できる。なぜならＴ３の検出電圧は０．６
Ｖであり、Ｔ２の検出電圧は０．８Ｖであるからこの間
でコンパレータの出力が反転したならば、｜ＶＳＳ´１
｜が０．６Ｖ〜０．８Ｖであることが規定できるのであ
る。また、｜ＶＳＳ´１｜が１．２Ｖ以上のときはＴ
１．５が「Ｈ」でかつｃｏｍｐも「Ｈ」のままでいる。
ｃｏｍｐが「Ｌ」になると以後のＣＰパルスは禁止され
るので、トランスミッションゲート選択信号の状態がバ
イナリーカウン夕９３に記憶される。また、｜ＶＳＳ´
１｜が１．２Ｖ以上のときは、Ｔ１．５が「Ｈ」でかつ
ｃｏｍｐも「Ｈ」のままでいる。従つて、ＣＰパルスが
出終ったときのバイナリーカウンタの内容とｃｏｍｐの
出力によって、何倍昇圧すべきかが決定できる。その決
定をしているのが、Ｄ型フリップフロップ９４とマスタ
ーラッチ９２及び若干のゲートであり、ＳＰの立下りで
その動作を行なっている。

【００２６】以上述べた様に本実施の形態によれば時計
の動作可能時間を図１においてｔ２時間からｔ５時間ま
で伸ばしている。又、コンデンサー２の電圧で言えば従
来０．９Ｖから１．８Ｖの間でしか使えなかったものが
本実施の形態によれば０．３Ｖから１．８Ｖまで使えコ
ンデンサー２に蓄えられたエネルギーを有効に使ってい
ることは明白である。

【００２７】又、本実施の形態では昇圧部図２における
５において１．５倍、２．０倍、３．０倍の３種類の昇
圧手段を有し、それを電圧検出部１２による電気信号に
より切換えて使っているが、本発明はこの３種に限定さ
れるものではなく、１種類でも又多種類用意してもよく
又倍率もさまざま考えられる。又、電圧検出は本実施の
形態はコンデンサー４の電圧を検出している（１．８、
１．２、０．８、０．６Ｖ）がコンデンサー６の電圧を
検出し（１．８Ｖ、１．２Ｖ）て昇圧部５の内容と比較
して昇圧状態を決める方法ももちろん可能である。この
方法は検出電圧が少なくて良いというメリットがある。
又、発電部１はソーラバッテリーだけてなく発電するも
のであれば何でも良い。又、１と２とを１つにして前記
したごとく通常の電池でも本発明の効果は失しない。

【００２８】尚、図１でｖ′ｓｓ１が０．３Ｖ〜ＯＶの
間で時計は停止し、時計体の発振回路も発振を停止す
る。発振が停止すると昇圧用のクロック信号が発生しな
くなるため昇圧動作も停止をする。この状態で太陽電池
１と充電回路が接続されていると、太陽電池に光が照射
しても電流は充電回路のみ流れ込み、発振回路は直ちに
発振することがてきず、その結果、昇圧回路も動作しな
いので時計が必要になる。このような問題を解決するた
めには、発振回路の発振が停止したときに、太陽電池と
充電回路の接続を断ち、太陽電池と発振回路を直結する
ように構成すれば良い。

【００２９】具体的な例を図１０の例を用いて説明す
る。

【００３０】図９において、２は時計回路を示してい
る。図２のリミッタ回路２は説明の簡素化のために除去
し、また多段昇圧回路５と電圧検出回路７、及び制御回
路８は、昇圧回路１１９、論理回路１１８として簡略化
した。

【００３１】以下図４について電源制御の説明をする。
まず二次電池１Ｏ３（コンデンサー）は低電圧状態
（０．３Ｖ以下）とする。

【００３２】発振回路１０８の発振信号１２３が発振し
ているとすると発振停止検出回路１１７が停止を検出し
制御信号１１３がＬとなってトランスミッションゲート
１１４がＯＮ、トランスミッションゲート１１５、１Ｏ
５がＯＦＦとなる。

【００３３】このため、発振回路１０８の電源１２０
は、昇圧回路１１９による昇圧電源１２１とＯＦＦ、太
陽電池側電源１２２とＯＮしており、ここで太陽電池１
に光を与えると発振回路１０８、発振停止検出回路１１
７、論理回路１１８に発振可能な電圧が供給され、発振
開始する。発振開始発すると昇圧に必要な昇圧クロツク
１２４が発生して、昇圧回路１１９は、二次電池１Ｏ３
の昇圧を開始し、昇圧電源１２１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ッション
ゲート１１４が０ＦＦ、トランスミッションゲート１１
５、１０５がＯＮするため、時計回路１０２の電源系
は、太陽電池１０１が二次電池１Ｏ１を充電し、二次電
池１Ｏ３を昇圧した高電圧により、時計回路１０２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
は直ちに動作することとなる。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたごとく、本発明によれば電圧
の変動の大きな放電特性を持つ電源を有する電子時計に
おいてその電気的的をエネルギーのロスを最少にして、
言換えると電気的エネルギーをきわめて有効に活用する
ことがてきる。これにより電池交換不要のソーラバッテ
リ付時計の電源にコンデンサーを使って、その持続時間
を飛躍的に伸ばすことが可能である。又、アルカリマン
ガン電池やリチゥム電池の様な電池もエネルギーロスも
少なく活用できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】コンデンサーの放電性及び本発明による効果
説明図。

【図２】本発明による一実施の形態のブロック図。

【図３】従来例を示す図。

【図４】多段昇圧回路の基本形を示す図。

【図５】（Ａ）〜（Ｄ）：図４の動作の具体例を示す
図。尚図５（Ｂ）〜（Ｄ）において（イ）は昇圧動作
を、（ロ）は充電動作を示す。

【図６】電子回路としての実施の形態を示す図。

【図７】電圧検出回路の具体例を示す図。

【図８】制御回路の具体例を示す図。

【図９】制御回路のタイミングチャート。

【図１０】本発明の応用例を示すブロック図。

【符号の説明】

１ソーラバッテリー２リミッター回路４コンデンサー５昇圧手段９時計体

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【手続補正書】

【提出日】平成９年５月１６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】全文

【補正方法】変更

【補正内容】

【書類名】明細書

【発明の名称】電子時計

【特許請求の範囲】

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は水晶時計等、電気エ
ネルギーをエネルギー源とする電子時計における電源部
の構成に関する。特に電源の放電特性がフラットでなく
放電が進むにつれて電圧の変化するような電源を有する
電子時計の電源部の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の水晶時計等電気エネルギーをエネ
ルギー源とした電子時計は、その電源部に銀電池の様な
フラットな放電特性を持つ電源を用いていた。これによ
り、電源の持つエネルギーを十分活用していた。

【０００３】しかし銀電池は高価であり、しかも電池そ
のものに寿命がある等、欠点も大きかった。

【０００４】これらの解決策として近年、価格的にはア
ルカリマンガン電池等が用いられる様になったし、電池
そのものの寿命に関してはソーラバッテリーを電源と
し、２次電池として高容量コンデンサーを用いた時計も
提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記技術では、アルカ
リマンガン電池は放電特性がフラットでなく、時計の作
動停止後にもエネルギーを多く有しており、電池の特性
を十分活かしているとは言えないのが現状である。又、
２次電池として高容量コンデンサーを用いたものは、当
然の事ながらコンデンサーの放電特性により、その時計
の止まりまでの持続時間は決まってしまい、実用化の大
きな問題となっていた。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上述した課題を解決する
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を内蔵する電子時計であって、前
記発電手段により整流手段を介して充電される第１のコ
ンデンサーと、前記第１のコンデンサーからエネルギー
が充電される第２のコンデンサーと、前記第２のコンデ
ンサーの端子電圧を電源電圧とする時計回路と、前記第
１または第２のコンデンサーの端子電圧を検出する検出
手段と、前記第１のコンデンサーに充電されたエネルギ
ーを昇圧するとともに前記検出手段の検出電圧に基づい
て前記第２のコンデンサーの端子電圧が一定電圧を越え
ない範囲で制御する昇圧手段とからなり、前記昇圧手段
は、前記第１のコンデンサーと昇圧用コンデンサーとの
接続を所定のクロックタイミングで繰り返し切り換える
ことにより前記第２のコンデンサーへの充電を行うこと
を特徴とする。この発明によれば、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を内蔵し第２のコ
ンデンサーの端子電圧を電源電圧とする時計回路を有す
る電子時計において、第１のコンデンサーは発電手段に
より整流手段を介して充電され、第２のコンデンサー第
１のコンデンサーからエネルギーが充電され、検出手段
は第１または第２のコンデンサーの端子電圧を検出し、
昇圧手段は第１のコンデンサーと昇圧用コンデンサーと
の接続を所定のクロックタイミングで繰り返し切り換え
ることにより第２のコンデンサーへの充電を行うことで
第１のコンデンサーに充電されたエネルギーを昇圧する
とともに検出手段の検出電圧に基づいて第２のコンデン
サーの端子電圧が一定電圧を越えない範囲で制御する。

【０００８】

【０００９】本実施の形態は、発電機構としてソーラバ
ッテリーを用いて、２次電池として高容量コンデンサー
である電気二重層コンデンサーを用いた時計である。

【００１０】図１はこの電気二重層コンデンサーの放電
特性であり、図２は本発明による一実施の形態のブロッ
ク図である。図３は従来のシステムの回路説明図であ
る。この図３において、ソーラバッテリー１による発電
力が電気二重層コンデンサー１２に充電され定格電圧以
上に充電されると、リミッタースイッチ１３が閉じてコ
ンデンサー１２への充電をやめる。時計体１４は、ソー
ラバッテリー１１又はコンデンサー１２を電源として作
動している。又、ダイオード１５は、ソーラバッテリー
１１の発生起電圧がコンデンサー４の充電電圧以下にな
ったときに、電流がソーラバッテリーに流れ込むのを防
ぐ逆流防止ダイオードである。

【００１１】コンデンサー１２がフル充電された状態で
ソーラバッテリー１１に光が当たらなくなった後のコン
デンサー１２の放電特性を、図１で実線Ｖ_SS2と破線
Ｖ_SS'₁で示している。縦軸がコンデンサー１２の電圧、
横軸が時間である。この本実施の形態でのコンデンサー
の定格電圧は１.８Ｖである。また、時計体の作動停止電
圧は０.９Ｖである。この時、時計の作動はソーラバッテ
リーに光が当たらなくなってからｔ₂時間で止まること
になる。

【００１２】図２は、本発明による一実施の形態のブロ
ック図であり、ソーラバッテリー１に光が照射し発生し
た電力は、逆流防止ダイオード３を通して電気二重層コ
ンデンサー４へ充電される。このとき、ソーラバッテリ
ー１の発生起電圧(Ｖ_SS1）が定格電圧以上になると、リ
ミッタ回路２が働きコンデンサー４への充電をやめる。
例えば、定格電圧とはコンデンサー４の定格電圧であ
り、リミッタ回路とは定電圧ダイオードで構成され、図
中Ｖ_DD−Ｖ_SS1間が定格電圧以上になったら通電し充電
電流をバイパスする構成、またはＶ_DD−Ｖ_SS1間にスイ
ッチを有し、リファレンス電圧検出により充電電流をバ
イパスする構成になっている。

【００１３】コンデンサー４に充電された電力は、多段
昇圧充電回路５により最適な昇圧が行われてコンデンサ
ー６に充電される。この動作の詳細な説明は後述する。
コンデンサー６は、コンデンサー４の電圧Ｖ_SS'₁を検出
する電圧検出回路７、その電圧検出出力をもとに昇圧充
電回路に最適昇圧充電を行なわせる制御回路８及び時計
回路９の電源となっている。

【００１４】次に本実施の形態の動作を、図１を参照し
ながら詳細に説明する。ここで図１において破線は、大
容量コンデンサー４の電圧Ｖ_SS'₁の絶対値を示し、実線
はコンデンサー６の電圧Ｖ_SS2の絶対値を示す。コンデ
ンサー４がフル充電された後、ソーラバッテリー１に光
が当たらなくなった時を説明する。コンデンサー４の電
圧｜Ｖ_SS'₁｜が１.２Ｖ以上の時は、コンデンサー４とコ
ンデンサー６とは同じ電圧になるように昇圧充電回路５
が動作する。

【００１５】コンデンサー４の電圧｜Ｖ_SS'₁｜が１.２
Ｖ〜０.８Ｖの時は、昇圧充電回路５により２倍に昇圧
してコンデンサー６へ充電する。図１ｔ₁〜ｔ₃の区間で
ある。従って、この時のコンデンサー６の電圧｜Ｖ_SS2
｜は、１.８Ｖ〜１.２Ｖとなる。コンデンサー４の電圧
｜Ｖ_SS'₁｜が０.８Ｖ〜０.６Ｖの時は昇圧充電回路５に
より２倍に昇圧されコンデンサー６に充電される。図１
においてｔ₃〜ｔ₄の区間である。この時のコンデンサー
６の電圧｜Ｖ_SS2｜は１.６Ｖ〜１.２Ｖとなる。コンデ
ンサー４の電圧｜Ｖ_SS'₁｜が０.６Ｖ以下の時は、昇圧充
電回路５により３倍に昇圧してコンデンサー６に充電す
る。図１のｔ₄以降である。

【００１６】以上の説明のように、本実施の形態によれ
ば昇圧充電手段により、時計体の実際の電源となるコン
デンサー６の電圧｜Ｖ_SS2｜を動作停止電圧０.９Ｖ以上
に保つことによって、時計の動作可能時間を図１におい
てｔ₂時間からｔ₅時間まで伸ばしている。又、コンデン
サー４の電圧でいえば従来０.９Ｖから１.８Ｖの間でし
か使えなかったものが、本実施の形態によれば０.３Ｖ
から１.８Ｖまで使え、コンデンサー４に蓄えられたエ
ネルギーを有効に使っている。

【００１７】次に、本実施の形態中の多段昇圧充電回路
６、電圧検出回路７、制御回路８の具体的実施の形態を
示す。

【００１８】図４は、多段昇圧充電回路６の基本形であ
り、図５はその動作を具体的に示したものであり、
（イ）は昇圧動作、（ロ）は充電動作である。図４、図
５のコンデンサー４、６は図２のそれであり、コンデン
サー２１、２２は昇圧用の補助コンデンサーである。ま
た、図４のＴ_r1〜Ｔ_r7はＦＥＴであり、昇圧を行なうた
めのスイッチの役割を果している。図４において昇圧を
行わず、Ｖ_SS'₁とＶ_SS2を同電位にするためには、Ｔ_r3と
Ｔ_r4をＯＮさせ、他はＯＦＦにすれば良い。

【００１９】この状態を示したのが図５（Ａ）であり、
図１のｔ₀〜ｔ₁における動作である。また、ｔ₁〜ｔ₃に
おいて１.５倍昇圧充電を行なうためには、昇圧時Ｔ_r1、
Ｔ_r3、Ｔ_r6をＯＮし他をＯＦＦ、充電時Ｔ_r2、Ｔ_r4、Ｔ
_r5、Ｔ_r7をＯＮし他をＯＦＦする。

【００２０】同様にｔ₃、ｔ₄時に２倍昇圧充電を行なう
ためには、昇圧時Ｔ_r1、Ｔ_r3、Ｔ_r5、Ｔ_r7をＯＮし他を
ＯＦＦ、充電時は１.５倍昇圧時の充電時と同様の動作を
行ない、さらにｔ₄〜ｔ₅時に３倍昇圧を行うためには、
昇圧時は２倍昇圧充電時の昇圧時と同様の動作を行な
い、充電時にはＴ_r2、Ｔ_r4、Ｔ_r6をＯＮし他をＯＦＦす
る。以上の様に各ＦＥＴを制御すれば、それぞれ図５に
示す状態となり各昇圧充電が可能となる。

【００２１】以上を具体的に電子回路で実現した多段昇
圧充電回路５の一実施の形態を図６に示す。図６におい
てコンデンサー４、６、２１、２２とＦＥＴ−Ｔ_r1〜Ｔ
_r7は図４と同様のものである。ただし、Ｔ_r5、Ｔ_r6、Ｔ
_r7は電流の流れが両方向となるのでＰチャンネルＦＥＴ
とＮチャンネルＦＥＴを組み合わせている。また、φ _CL
は昇圧充電クロックであり、該信号の論理レベル「Ｌ」
のとき昇圧を行ない、「Ｈ」のとき充電を行なう。従っ
て回路はφ_CLの周期に応じて昇圧充電を繰り返す。

【００２２】ＡｍｐＮ、Ａｍｐ１.５、Ａｍｐ２、Ａｍｐ
３は昇圧倍率を示す信号であり、「Ｈ」のときにそれぞ
れ昇圧なし、１.５倍昇圧、２倍昇圧、３倍昇圧を表し、
該信号は制御回路８で形成される。また、６１〜６４は
既知の論理ゲートであり、これらのゲートによってＴ_r1
〜Ｔ_r7のＦＥＴのＯＮ、ＯＦＦタイミングが作られ、図
４及び図５をもって説明した動作を行なう。

【００２３】次に、図７に電圧検出回路７の具体例を示
す。ＳＰ'はサンプリング信号であり「Ｈ」のとき回路
が作動し、「Ｌ」のとき電流を消費しないように回路状
態を固定する。破線内は公知の定電圧回路であり、その
出力電圧をＶ_REGと表している。またＲ₁、Ｒ₂は抵抗で
あり、｜Ｖ_SS'₁｜の最大電圧の１.８Ｖをもって、

【数１】を満足するように設定されている。ｒ₁、ｒ₂、ｒ₃、Ｒ
も同様に抵抗であって、それぞれ｜Ｖ_SS'₁｜が０.６Ｖ、
１.８Ｖ、１.２Ｖになったときの｜Ｖ_M｜タップの電位
が同じになるよう設定されている。

【００２４】この３つのタップ電位は、トランスミッシ
ョンゲート７１により１つが選択され（Ｖ_REGT）、コン
パレータ７２でＶ_Mと比較される。コンパレータ７２
は、Ｖ_Mが選択されたタップ電位よりも低電位ならば
「Ｈ」を出力し、その逆の時及びＳＰ'が「Ｌ」のとき
は「Ｌ」を出力するよう構成されており、その出力Ｃｏ
ｍｐは制御回路８へ送られる。

【００２５】Ｔ_1.5、Ｔ₂、Ｔ₃は、トランスミッションゲ
ートを選択する信号で制御回路８で形成され「Ｈ」のと
きトランスミッションゲートをＯＮにする。以上の構成
により、Ｖ_MとＶ_REGTとを比較し、その結果(Ｃｏｍｐ）
とトランスミッション選択信号（Ｔ_1.5、Ｔ₂、Ｔ₃)の状
態でＶ_SS'₁が図１のｔ₀〜ｔ₅の内のいずれに存在するの
かの判定が可能となる。この判定は後述する制御回路８
において行なう。

【００２６】図８は、制御回路８の具体例であり、図９
はそのタイミングチャートである。タイミングチャート
は、波状線の左側において１.５倍昇圧制御状態から２倍
昇圧制御状態へ移行するところを示し、波状線Ｘの右側
において２倍昇圧状態から昇圧なしの状態へ移行する時
の各信号の動きを示している。図８において、９１、９
４はＣＬの立下りでデータをラッチするＤ型フリップフ
ロップ、９２はＣＬの「Ｌ」てデータを保持するマスタ
ーラッチ、９３は２ビットのバイナリーカウンターであ
り、他は既知のゲート類である。

【００２７】ここで、タイミングチャート波状線左側に
そってこの制御回路の動作を説明する。まず、サンプリ
ングパルスＳＰが「Ｈ」になる以前の状態は、昇圧倍率
１.５倍、トランスミッションゲート選択信号はＴ_1.5が
「Ｈ」であり、その状態はそれぞれマスターラッチ９２
とバイナリーカウンター９３で記憶されている。今、サ
ンプリングパルスＳＰが出力されると同時にＲｅｓｅｔ
信号が出てバイナリーカウンター９３をリセットし、Ｔ₃
が「Ｈ」となる初期状態に戻る。以後ＣＰパルスにより
コンパレータ出力Ｃｏｍｐが「Ｌ」になるまで順次
Ｔ₃、Ｔ₂、Ｔ_1.5 が選択されていく。

【００２８】今大容量コンデンサー４の電圧｜Ｖ_SS'₁｜
が０.６Ｖ〜０.８Ｖの間にあるとすると（図１のｔ₃〜
ｔ₄の間）、図７の説明から分かるように、Ｔ₂が「Ｈ」
になった時にＶ_MとＶ_REGTの電位が逆転しＣｏｍｐが
「Ｌ」になる。従って、これによりＶ_SS'₁の範囲が判定
できる。なぜならＴ₃の検出電圧は０.６Ｖであり、Ｔ₂の
検出電圧は０.８Ｖであるからこの間でコンパレータの
出力が反転したならば、｜Ｖ_SS'₁｜が０.６Ｖ〜０.８Ｖ
であることが規定できるのである。また、｜Ｖ_SS'₁｜が
１.２Ｖ以上のときはＴ_1.5が「Ｈ」で、かつＣｏｍｐも
「Ｈ」のままでいる。Ｃｏｍｐが「Ｌ」になると以後の
ＣＰパルスは禁止されるので、トランスミッションゲー
ト選択信号の状態がバイナリーカウン夕９３に記憶され
る。

【００２９】また、｜Ｖ_SS'₁｜が１.２Ｖ以上のとき
は、Ｔ_1.5が「Ｈ」でかつＣｏｍｐも「Ｈ」のままでい
る。従って、ＣＰパルスが出終ったときのバイナリーカ
ウンタの内容とＣｏｍｐの出力によって、何倍昇圧すべ
きかが決定できる。その決定をしているのが、Ｄ型フリ
ップフロップ９４とマスターラッチ９２及び若干のゲー
トであり、ＳＰの立下りでその動作を行なっている。

【００３０】以上述べた様に本実施の形態によれば、時
計の動作可能時間を図１においてｔ₂時間からｔ₅時間ま
で伸ばしている。又、コンデンサー４の電圧で言えば従
来０.９Ｖから１.８Ｖの間でしか使えなかったものが本
実施の形態によれば０.３Ｖから１.８Ｖまで使え、コン
デンサー４に蓄えられたエネルギーを有効に使っている
ことは明白である。

【００３１】又、本実施の形態では昇圧部図２における
５において１.５倍、２.０倍、３.０倍の３種類の昇圧
手段を有し、それを電圧検出部１２による電気信号によ
り切換えて使っているが、本発明はこの３種に限定され
るものではなく、１種類でも又多種類用意してもよく又
倍率もさまざま考えられる。

【００３２】又、電圧検出は本実施の形態はコンデンサ
ー４の電圧を検出している（１.８、１.２、０.８、０.
６Ｖ）が、コンデンサー６の電圧を検出し(１.８Ｖ、
１.２Ｖ）て昇圧部５の内容と比較して昇圧状態を決め
る方法ももちろん可能である。この方法は検出電圧が少
なくて良いというメリットがある。又、発電部１はソー
ラバッテリーだけでなく発電するものであれば何でも良
い。又、１と２とを１つにして前記したごとく通常の電
池でも本発明の効果は失しない。

【００３３】尚、図１でＶ_SS'１が０.３Ｖ〜０Ｖの間で
時計は停止し、時計体の発振回路も発振を停止する。発
振が停止すると昇圧用のクロック信号が発生しなくなる
ため昇圧動作も停止をする。この状態で太陽電池１と充
電回路が接続されていると、太陽電池に光が照射しても
電流は充電回路のみ流れ込み、発振回路は直ちに発振す
ることができず、その結果、昇圧回路も動作しないので
時計が必要になる。このような問題を解決するために
は、発振回路の発振が停止したときに、太陽電池と充電
回路の接続を断ち、太陽電池と発振回路を直結するよう
に構成すれば良い。

【００３４】具体的な例を図１０の例を用いて説明す
る。

【００３５】図１０において、１０２は時計回路を示し
ている。図２のリミッタ回路２は説明の簡素化のために
除去し、また多段昇圧回路５と電圧検出回路７、及び制
御回路８は、昇圧回路１１９、論理回路１１８として簡
略化した。

【００３６】以下図１０について電源制御の説明をす
る。まず二次電池１０３（コンデンサー）は低電圧状態
（０.３Ｖ以下）とする。

【００３７】発振回路１０８の発振信号１２３が発振し
ているとすると発振停止検出回路１１７が停止を検出し
制御信号１１３がＬとなってトランスミッションゲート
１１４がＯＮ、トランスミッションゲート１１５、１０
５がＯＦＦとなる。

【００３８】このため、発振回路１０８の電源１２０
は、昇圧回路１１９による昇圧電源１２１とＯＦＦ、太
陽電池側電源１２２とＯＮしており、ここで太陽電池１
に光を与えると発振回路１０８、発振停止検出回路１１
７、論理回路１１８に発振可能な電圧が供給され、発振
開始する。発振を開始すると昇圧に必要な昇圧クロック
１２４が発生して、昇圧回路１１９は、二次電池１０３
の昇圧を開始し、昇圧電源１２１に高電圧が発生する。

【００３９】一方、電源ゲートは発振開始によりトラン
スミッションゲート１１４が０ＦＦ、トランスミッショ
ンゲート１１５、１０５がＯＮするため、時計回路１０
２の電源系は、太陽電池１０１が二次電池１０３を充電
し、二次電池１０３を昇圧した高電圧により、時計回路
１０２が動作することになる。すなわち二次電池が低電
圧でも時計は直ちに動作することとなる。

【００４０】

【発明の効果】以上述べたごとく、この発明によれば、
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
段を内蔵し第２のコンデンサーの端子電圧を電源電圧と
する時計回路を有する電子時計において、第１のコンデ
ンサーは発電手段により整流手段を介して充電され、第
２のコンデンサー第１のコンデンサーからエネルギーが
充電され、検出手段は第１または第２のコンデンサーの
端子電圧を検出し、昇圧手段は第１のコンデンサーと昇
圧用コンデンサーとの接続を所定のクロックタイミング
で繰り返し切り換えることにより第２のコンデンサーへ
の充電を行うことで第１のコンデンサーに充電されたエ
ネルギーを昇圧するとともに検出手段の検出電圧に基づ
いて第２のコンデンサーの端子電圧が一定電圧を越えな
い範囲で制御するので、フラットでない放電特性を待つ
電源を用いてもその電源の持つ電気エネルギーを十分に
活用することができる。即ち、電圧の変動の大きな放電
特性を持つ電源を有する電子時計においてその電気的エ
ネルギーのロスを最少にして、言換えると電気的エネル
ギーをきわめて有効に活用することができる。これによ
り例えば電池交換不要のソーラバッテリー付時計の電源
にコンデンサーを使って、その持続時間を飛躍的に伸ば
すことが可能である。又、アルカリマンガン電池やリチ
ウム電池の様な電池もエネルギーロスも少なく活用でき
る。