JPS6321198B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は目ざまし、タイマー、ペースメーカ
ー、ガス警報装置等の付属機能を有する電子時計
の発音装置の改良に関するものである。本発明は
電子時計に内蔵される部品点数を減じ、しかも発
音装置がその用途に十分耐えるような音響効果を
発生することを可能ならしめるものである。

電子時計に内蔵される発音装置として従来３つ
の異つた基本原理にもとづく発音装置が提案され
ていた。その第１は圧電効果を応用したものであ
り、平板状又は棒状の圧電素子に電圧を印加した
時生ずる機械歪みを音源とするもので圧電型発音
体と呼ばれるものである。第２は永久磁石によつ
て作られる磁場中におかれた可動コイルを音源と
するものであり、可動コイル型発音体と呼ばれ
る。第３は電磁石又は永久磁石でバイアスされた
電磁石によつて作られる磁場中におかれた可動永
久磁石又は可動強磁性体を音源とするものであ
り、可動磁石型発音体と呼ばれる。この３種類の
発音装置はそれぞれ特徴を有し、電子時計に内蔵
され、実用に供されているのであるが、腕時計の
ような非常に小さな空間に収納される場合を考え
ると第１の圧電型発音体は極めて優れた特徴を有
している。すなわち電力消費が小さいこと、発音
体の厚みが薄いため、時計内に配置しやすいこ
と、時計ケースの防水構造が安価に可能であるこ
と等の利点を有している。このうち電力消費が小
さいことは、限られた電池エネルギーに依存する
腕時計の場合、特に重要な利点である。

しかしながら圧電型発音体は電圧駆動型である
ため、充分大きな音響効果を得るためには充分に
高い駆動電圧を印加する必要がある。そのため時
計に電池の電圧を昇圧する昇圧手段を内蔵しなけ
ればならないと言う欠点を有する。従来電子時計
に使用された圧電型発音体を駆動する場合、電圧
昇圧手段としてコイルとコイルに流れる電流を制
御するスイツチングトランジスタを使用する方法
が多く採用されていた。この昇圧手段はコイルに
流れている電流をスイツチングトランジスタによ
つて急激に遮断することにより、コイル両端に発
生する高圧の微分電圧を得るものであり、無負荷
状態では数十ボルト乃至数百ボルトの電圧を生じ
せしむることも可能であるが、コイルを使用する
ため構成部品の体積が大で腕時計のスペースの大
きな部分を占めるばかりでなく、細い巻線を巻い
たり、該巻線の端末の処理をしたり、コイル体の
固定を必要とする上に、更にトランジスタの取り
付けをも必要とする等時計製造の為の工数が大と
なり、時計の販売価格を押し上げる大きな要因と
なつている。本発明はかような欠点をなくすた
め、コイルやバイポーラトランジスタを使用する
ことなく、高能率な昇圧手段を実現するものであ
る。以下に本発明の詳細な説明を行なう。

第１図は本発明の発音装置に使用される圧電型
発音体の断面図であり、公知の構造を有する。１
は約100μmの厚さを有する金属製の振動板であ
り、該振動板１の片面に圧電素子２が導電性接着
剤によつて全面均一に接着されている。圧電素子
２の両面には金属電極板２ａ及び２ｂが設けられ
ているが、電極２ａは前記接着により、振動板１
と電気的に接続されている。かような構造を有す
る圧電型発音体の振動板１と金属電極２ｂ間に電
圧を印加すると、圧電素子２に歪が生ずるが、こ
の歪は振動板１に伝えられ、該振動板１も歪を生
ずる。前記電圧を除くと圧電素子２及び振動板１
の歪はなくなり、自然状態に復する。振動板１と
電極２ｂとの間に印加する電圧を一定周波数でオ
ン―オフすることにより、振動板１及び圧電素子
２からなる発音体は一定振動をし、発音体として
の機能をはたす。振動板の材質としては金属板だ
けに限定するものではない。例えば圧電素子の接
着面に導電加工をしたガラス板であるとかプラス
チツク板でも圧電型発音体は実現される。

第２図は本発明による電子時計用発音装置の駆
動回路の実施例であり、電池電圧の２倍の振巾を
有する電圧を第１図で説明した圧電型発音体に印
加することを可能ならしめるものである。以下に
図面に従つてその構成及び動作について説明す
る。図においてV_DDは時計に内蔵された電池の＋
側電極の電位であり、説明のため０ボルトの基準
電位であるとする。V_SSLは電池の−側電極の電位
であり、電池が酸化銀電池である時は約−1.5ボ
ルトである。V_SSHはV_SSLの２倍の電位であり電池
が酸化銀電池である時は約−３ボルトである。こ
こで電位V_SSHは液晶表示付の電子時計において、
液晶表示装置駆動のために必要な電位として図示
されていない別の昇圧回路によつて電池より作ら
れているが、該昇圧回路の電圧変換能力は一般に
小さく、直接に圧電型発音体を駆動するだけの電
力を取り出すことができない。再び図面について
説明すると、３，４及び５はＰチヤンネルの
MOS型トランジスタであり、６，７，８及び９
はＮチヤンネルのMOS型トランジスタである。
これ等の全トランジスタは時計の計時回路を構成
するＣ―MOS集積回路上に設けられている。す
なわち３個のＰチヤンネルトランジスタ３，４及
び５は集積回路のＮ型シリコン基板（以下Ｎ基板
と称す）上に作られており、そのドレイン（＋側
電極）は全て前記Ｎ基板に接続されると共に基準
電位V_DDに接続されている。Ｎチヤンネルトラン
ジスタ６の基板は前記Ｎ基板上に設けられた第１
のＰ型領域であり、該第１のＰ型領域は電源電池
の一側電位V_SSLに接続されると共に、Ｎチヤンネ
ルトランジスタ６のドレイン（−側電極）とも同
電位に接続されている。Ｐチヤンネルトランジス
タ３のソース（−側電極）とＮチヤンネルトラン
ジスタ６のソース（＋側電極）とは結合され、該
２個のトランジスタは第１のＣ―MOSインバー
タ回路を構成している。Ｎチヤンネルトランジス
タ７の基板は前記Ｎ基板上に設けられた第２のＰ
型領域であり、該第２のＰ型領域は電源電池の−
側電位の２倍の電位V_SSHが印加されている。前記
Ｎチヤンネルトランジスタ７のドレイン（−側電
極）も又同電位V_SSHに接続されている。Ｐチヤン
ネルトランジスタ４のソース（−側電極）とＮチ
ヤンネルトランジスタ７のソース（＋側電極）と
は結合され、該２個のトランジスタは第２のＣ―
MOSインバータ回路を構成している。Ｎチヤン
ネルトランジスタ８及び９の基板は前記Ｎ基板上
に設けられた第３のＰ型領域である。該２個のＮ
チヤンネルトランジスタ８及び９のドレインは第
３のＰ型領域に結合されているが、該第３のＰ型
領域は直接電源に接続されておらず電位は浮動状
態である。Ｎチヤンネルトランジスタ８のソース
（＋側電極）は電池の−側電位V_SSLに接続されて
いる。一方Ｎチヤンネルトランジスタ９のソース
（＋側電極）はＰチヤンネルトランジスタ５のソ
ース（−側電極）と結合され第３のＣ―MOSイ
ンバータを構成している。トランジスタ３及び６
からなる第１のインバータの出力端子CS₁と第３
のＰ型領域の端子CS₂の間には集積回路外に設け
られたコンデンサ１０が接続されており、第３の
インバータの出力端子BZと基準電位V_DDの間には
第１図に示した構造を有する圧電型発音体１１が
やはり集積回路外に接続されている。３個のイン
バータの入力信号Ｆは発音体１１の発生する音響
の周波数を規定する周波数を有し、波高値が基準
電位V_DDと電位V_SSHで決められる矩形波信号であ
る。Ｎチヤンネルトランジスタ８のゲート入力は
トランジスタ４及び７からなる第２インバータの
出力によつて与えられる信号であり、信号Ｆの
電位レベルを反転して得られる信号である。この
ような回路構成において、発音体１１は直流的に
は極めて高インピーダンスでありコンデンサと見
なすことが可能であるが腕時計用としてはその容
量は数十ナノフアラツドである。これに比較して
コンデンサ１０の容量は十分に大きい必要がある
が、腕時計用としては数百ナノフアラツド程度で
良い。

次に第２図の実施例の動作について説明する。
信号Ｆの電位が低レベルのときすなわち電位V_SSH
と等しいとき、Ｐチヤンネルトランジスタ３，４
及び５は全て導通状態になる。これにより第２の
インバータの出力信号は高レベルになりＮチヤ
ンネルトランジスタ８も又導通状態となるが、そ
の他のＮチヤンネルトランジスタ６，７及び９は
非導通である。このとき出力BZの電位はトラン
ジスタ５の導通によつて基準電位V_DDに等しくな
り、発音体１１に電圧は印加されない。一方トラ
ンジスタ３と８とは導通状態であるからこれ等２
個のトランジスタを介してコンデンサ１０は電池
と並列接続される。すなわち一方の端子CS₁が基
準電位V_DDに、他の端子CS₂が−側電位V_SSLに接
続され、電源電池に等しい電圧に充電される。

次に信号Ｆの電位が高レベルすなわち基準電位
V_DDに等しいレベルになるとＰチヤンネルトラン
ジスタ３，４及び５は全て非導通になり、反対に
Ｎチヤンネルトランジスタ６，７及び９は全て導
通する。これによつて第２インバータの出力信号
Ｆは低レベルとなり、Ｎチヤンネルトランジスタ
８は非導通になる。トランジスタ６の導通により
端子CS₁が電位V_SSLに接続される（コンデンサ１
０と電池が直列接続される）とコンデンサ１０の
他の端子CS₂の電位は電位V_SSLより更に電池電圧
だけ低い電位となる。すなわち概略の電位は電位
V_SSHに等しくなる。このときＮチヤンネルトラン
ジスタ９が導通状態であるから、出力端子BZに
は端子CS₂の電位が出力され、発音体１１に電池
電圧の約２倍にほぼ等しい電圧が印加される。こ
の時発音体１１には電荷が充電されるが、信号Ｆ
が再度低レベルに復することにより、Ｐチヤンネ
ルトランジスタ５の導通による短絡回路を介して
放電し、発音体１１に印加された電圧は零に戻
る。信号Ｆが一定周波数で低レベルと高レベルの
２値論理レベルをとることにより、波高値が電源
電池電圧の２倍に等しい直流矩形波電圧が圧電型
発音体１１に印加され、前記周波数の圧電歪を生
じ、この歪が音響効果を生み出すのである。

第３図は第２図に示した発音体駆動回路の実施
例中、トランジスタ４及び７を使用しないで、Ｎ
チヤンネルトランジスタ８をダイオード１２に置
き換えたものであり、本発明の発音装置を実現す
る、発音体駆動回路のもう一つの実施例である。
本実施例の場合、信号Ｆが低レベルにあるとき、
コンデンサ１０にはＰチヤンネルトランジスタ３
とダイオード１２を介して電池電圧が充電され
る。また信号Ｆが高レベルにあるとき、端子CS₂
の電位は概略電池電圧の２倍、すなわち電位V_SSH
に等しいがこの時ダイオード１２には逆方向電圧
が印加され、電流は遮断される。このようにダイ
オード１２はゲート電圧を制御されたＮチヤンネ
ルトランジスタと同じようなスイツチング動作を
行なうことができる。又該ダイオード１２は第２
図で説明した第２のＰ領域をアノードとし、該Ｐ
領域上に設けられたＮ型半導体をカソードとして
作られる。第３図の発音体駆動回路は第２図の実
施例に較べて素子数が少く、構造も簡単であり、
且つダイオード１２の順方向電圧降下による電力
損失をともなうものであるが実用上十分使用し得
るものである。

以上に述べた２つの実施例は、音響周波数の制
御信号Ｆが電池電圧の２倍に等しい波高値を有し
ておるものとした。一般に酸化銀電池を電源とし
た液晶表示式電子腕時計の場合、液晶表示を鮮明
にする必要から、電池電圧を２倍にする昇圧回路
を保有していることが多い。このような場合にお
いて信号Ｆを電池電圧の２倍の波高値とすること
は極めて容易に行なわれる。第４図は本発明の発
音装置を液晶表示式電子腕時計に内蔵した場合の
構成を示しているブロツク線図である。図面のう
ち破線で表わされた矢印は信号の流れを示し、実
線で表わされた矢印は電源の供給を示している。
電池１３は一般には酸化銀電池が最も多く使用さ
れるが、該電池１３の電力は発振回路や分周回路
を含む低圧回路１４と、該低圧回路１４から計時
回路を構成する高圧回路１６へ伝達される信号の
信号振巾を調整するためのレベルシフト回路１５
と、第２図又は第３図に示した圧電型発音体１１
とその駆動回路を含む本発明の発音装置１７と、
昇圧回路１８とに供給される。昇圧回路１８は低
圧回路１４から制御信号を受けて動作し、電池１
３から供給された電圧を約２倍の電圧に変換し
て、レベルシフト回路１５と高圧回路１６と発音
装置１７とに対し電力供給を行なう。発音装置１
７に供給される電力の主なものは電池１３から直
接供給されるものであり、第２図又は第３図の実
施例中で、電位V_SSLとして示された電位を与え
る。発音装置１７に供給される昇圧回路１８から
の電力は、第２図の実施例で電位V_SSHとして示さ
れた電位を与えるものであり、補助的な電力供給
である。高圧回路１６からは振巾が電池１３の電
圧の２倍と概略等しい制御信号が発音装置１７に
伝達される。この制御信号は第２図又は第３図の
実施例における信号Ｆを意味しており、前述した
ように発音装置１７の発音周波数を規定してい
る。液晶表示装置１９に対しては、電池１３から
も昇圧回路１８からも直接電力を供給しておら
ず、高圧回路１６に含まれる液晶表示装置駆動回
路を介して間接的に電力供給がされている。

以上に本発明の電子時計の発音装置に関する詳
細な説明を行なつたが、本発明によれば構造が簡
単な上に比較的低価格の圧電型発音体を駆動する
際に、形状が大型で時計の中に収納しにくい上に
高価な昇圧コイルを使用することなく、電源電圧
の２倍の波高値を有する交流電圧を得ることが可
能となる。また第２図又は第３図に示したような
発音体駆動回路を一対設け、各々の出力端子BZ
間に１個の圧電型発音体を接続してプツシユプル
動作させることにより、該圧電型発音体には電池
電圧の概略４倍に等しい波高値の交流を印加する
ことも可能である。このようなことから従来小型
化薄型化が困難であつた発音装置付電子時計を安
価に実現できる。またコイルの抵抗による電力損
やトランジスタのコレクタ損を伴なわないから電
力効率は非常に高くなる。またコイルの逆起電力
を直接圧電発音体に印加する駆動方式は、印加電
圧がスパイク状であるため高調波成分が多い。こ
のため発生音にも高調波が顕著に現われ、聞きに
くい不快な音色になるのであるが、本発明の駆動
方式においては、駆動電圧波形が矩形波に近い充
放電波形のため高調波成分が比較的少く美しい音
色を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に使用される圧電型発音体の断
面図、第２図及び第３図は本発明の駆動回路の各
実施例を示す回路図、第４図は電子時計のブロツ
ク線図である。 １……振動板、２……圧電素子、３〜５……Ｐ
チヤンネルMOSトランジスタ、６〜９……Ｎチ
ヤンネルMOSトランジスタ、１０……コンデン
サ、１１……圧電型発音体、１２……ダイオー
ド、１３……電池。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 電子時計の計時回路から得られ発音周波数と
   等しい周波数を有しその波高値が２値論理レベル
   をとる矩形波状の制御信号の一方の論理レベル状
   態でのみ導通する第１種のスイツチング手段３，
   ５，８又は１２と、他方の論理レベルでのみ導通
   する第２種のスイツチング手段６，９と、電源と
   なる電池と、コンデンサと、前記電池の一方の極
   に一端子を接続した圧電型発音体とより成り、前
   記第１種のスイツチング手段は前記電池の一方の
   極と前記コンデンサの一方の極との間にあるもの
   (3)、前記電池の一方の極と前記圧電型発音体の他
   の端子との間にあるもの(5)及び前記電池の他方の
   極と前記コンデンサの他方の極との間にあるもの
   （８又は12）であつて、それぞれ該当する端子間
   に接続され、前記第２種のスイツチング手段は前
   記電池の他方の極と前記コンデンサの一方の極と
   の間にあるもの(6)及び前記コンデンサの他方の極
   と前記圧電型発音体の他の端子との間にあるもの
   (9)であつて、それぞれ該当する極又は端子間に接
   続された回路構成により、前記制御信号が一方の
   論理レベルをとつている期間中前記コンデンサの
   各端子とそれぞれ前記電池の各極とが導通して前
   記コンデンサの充電が行われると共に前記圧電型
   発音体の各端子が短絡されて前記圧電型発音体に
   充電されていた電荷が放電され、前記制御信号が
   他方の論理レベルをとつている期間中前記圧電型
   発音体の各端子間には前記コンデンサと前記電池
   とが直列に接続されて前記コンデンサの充電電圧
   と前記電池の電圧との和の電圧に略近い電圧で前
   記発音体の充電及び前記コンデンサの電荷の一部
   放電が行われ、以上の過程が反復されることによ
   つて前記圧電振動体の端子電圧は前記制御信号の
   周囲でかつ前記電池の電圧の２倍に近い振巾で変
   化することを特徴とする電子時計の発音装置。 ２ 第１種及び第２種のスイツチング手段は、時
   計回路を構成する集積回路上に計時回路と同時に
   設けられたＰチヤンネル又はＮチヤンネルの
   MOSトランジスタのいずれかであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の電子時計の発
   音装置。 ３ 電池の他方の極とコンデンサの他方の極との
   間を接続する第１種のスイツチング手段の１つを
   ダイオード１２としたことを特徴とする特許請求
   の範囲第１項記載の電子時計の発音装置。