JP3830289B2 - 電子機器および計時装置 - Google Patents
電子機器および計時装置Info
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子機器、特に時刻表示機能を備えた計時装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、腕時計タイプなどの小型の電子時計に太陽電池などの発電装置を内蔵し、電池交換なしに動作するものが実現されている。これらの電子時計においては、発電装置で発生した電力をいったん大容量コンデンサなどに充電する機能を備えており、発電が行われないときはコンデンサから放電される電力で時刻表示が行われるようになっている。このため、電池なしでも長時間安定した動作が可能であり、電池の交換の手間あるいは電池の廃棄上の問題などを考慮すると、今後、多くの電子時計に発電装置が内蔵されるものと期待されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、腕時計などに内蔵される発電装置は、照射された光を電気エネルギーに変換する太陽電池、あるいは、ユーザの腕の動きなどを捉えて運動エネルギーを電気エネルギーに変換する発電システムなどである。これらの発電装置はユーザの周囲のエネルギーを電気エネルギーに変換して使用するという面では非常にすぐれているが、利用可能なエネルギー密度が低く、さらに、継続したエネルギーが得られないという問題がある。従って、継続した発電は行われず、その間は大容量コンデンサに蓄積された電力で電子時計は動作する。このため、大容量コンデンサはできるだけ大きな容量のものが望ましいが、サイズが大きすぎると腕時計装置に収納できず、また、充電に時間がかかるので適当な電圧が得にくいなどの問題がある。一方、容量が小さいと、発電できない期間が長くなると電子時計が止まってしまい、再び光を当てるなどして電子時計が動作を開始しても時刻表示が狂っており正確な現時刻が表示されない。従って、時計としての機能を果たさなくなる。
【0004】
太陽電池を用いた腕時計装置では、太陽電池を用いて周辺の照度を検出できるので、照度が設定値より低下すると時刻表示を停止して内部のカウンタで停止している時間を計測し、照度が高くなると時刻表示を再開すると共に内部カウンタの値に基づき現時刻に復帰するようなシステムが考えられている。このような腕時計装置では、就寝中などの照明を落とした状態では時刻の表示動作を停止してエネルギーを節約し、朝になって明るくなると自動的に時刻表示を再開すると共に現時刻に復帰する。従って、ユーザーに不便を感じさせることなく、大容量コンデンサの持続時間を延長でき、長時間にわたり腕時計を稼働させることができる。また、照度が低下して一定時間が経過した後に時刻表示を停止するようなシステムにすることにより、腕時計が衣類に隠れたような短時間の照度低下であれば時刻表示を継続するようにすることも可能であり、この点でもユーザーに不便を感じさせることなくエネルギーを節約できる。
【0005】
しかしながら、夜間でも時刻を見たいことは多々あり、そのときに瞬時に現時刻がわからないのは不便である。また、コートなどを着用している冬季には腕時計に光が当たらない機会が多く、このようなときに計時が停止してしまうと腕時計としての機能が果たされない。逆に、腕時計を着用していなくても室内などに放置されていれば微弱な光があたるので計時を行うことになり、無駄な電力消費が発生する。
【0006】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、ユーザーの使用状態に応じて、節電モードと動作モードを切り換えることができる電子機器を提供することを目的としている。また、他の目的は、電池を用いなくても、長時間にわたり精度良く時刻を表示可能な計時装置を提供することにある。
【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、本発明に係る電子機器は、携帯用の電子機器において、発電部と、前記発電部により発電された電力を蓄電する電源部と、前記電源部から供給される電力を用いて動作する電力消費部と、前記発電部の発電状態を検出する発電状態検出部と、前記発電状態検出部によって非発電状態であると検出された場合に、その非発電時間を計測する計測部と、前記計測部によって計測された非発電時間が予め設定された第1の設定時間を超えたとき、前記電力消費部を動作させる動作モードから前記電力消費部の動作を停止させる節電モードに切り換える一方、前記発電状態検出部によって検出された発電状態が予め設定された第2の設定時間以上継続したとき、前記節電モードから前記動作モードに切り換える制御部とを備え、前記発電状態検出部は、前記発電部で発電された交流電力の周期に応じてスイッチングするスイッチング手段と、前記スイッチング手段によるスイッチング動作に応じて電荷を蓄電する容量素子と、前記容量素子の放電経路に挿入され、前記容量素子に蓄電された電荷を放電する放電手段と、前記容量素子の電圧が所定値を超えた期間を計測して前記発電部の発電継続時間を計測する計測部とを備え、前記発電継続時間に基づいて発電状態を検出することを特徴とする。
【0010】
また、発電状態検出部は、複数の設定時間値を現在のモードに応じて選択し、前記発電部の発電継続時間を設定された設定時間値と比較することによって、発電状態を検出してもよい。さらに、発電状態であると検出する際に用いる設定時間値を、非発電状態であると検出する際に用いる設定時間値よりも長く設定することが好ましい。この場合には、節電モードから動作モードへ移行する際には、強い発電が行われることが条件となるので、確実に発電が行われる場合に電力消費部を動作させることができる。
【0011】
本発明に係る発電状態検出部は、前記発電部の発電周波数に基づいて発電状態を検出するものであってもよい。また、発電状態検出部は、前記発電部の起電圧が設定電圧値を越えてから設定時間を経過するまでの期間中、前記起電圧の山の数をカウントすることにより、前記発電部の発電周波数を検出するものであってもよい。また、発電状態検出部は、複数の設定周波数値を現在のモードに応じて選択し、前記発電部の発電周波数値を設定された設定周波数値と比較することによって、発電状態を検出するものであってもよく、さらに、発電状態であると検出する際に用いる設定周波数値を、非発電状態であると検出する際に用いる設定周波数値よりも高く設定することが好ましい。この場合には、節電モードから動作モードへ移行する際には、強い発電が行われることが条件となるので、確実に発電が行われる場合に電力消費部を動作させることができる。
【0014】
また、本発明に係る計時装置は、前記電子機器において前記電力消費部を前記電源部から供給される電力を用いて時刻を表示する時刻表示部で構成し、前記動作モードを時刻表示部に時刻表示させる表示モードとすることを特徴とする。この場合には、時刻表示を必要に応じて切り換えることができ、消費電力を削減することができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
[1.第1実施形態]
[1−1:全体構成]
以下に図面を参照しながら本発明に係る第1実施形態を説明する。図1に、本発明の一実施形態に係る計時装置1の概略構成を示してある。この計時装置1は、腕時計であって、使用者は装置本体に連結されたベルトを手首に巻き付けて使用するようになっている。本例の計時装置1は、交流電力を発電する発電部A、発電部Aからの交流電圧を整流するとともに昇圧した電圧を蓄電し、各構成部分へ電力を給電する電源部B、発電部Aの発電状態を検出し(後述する発電状態検出部91)、その検出結果に基づいて装置全体を制御する制御部C、運用針をステップモータ10を用いて駆動する運針機構D、制御部Cからの制御信号に基づいて運指機構Dを駆動する駆動部Eから大略構成される。ここで、制御部Cは、発電部Aの発電状態に応じて、運針機構Dを駆動して時刻表示を行う表示モードと、運針機構Dへの給電を停止して電力を節電する節電モードとを切り換えるようになっている。また、節電モードから表示モードへの移行は、ユーザが計時装置1を手に持ってこれを振ることによって、強制的に移行されるようになっている。以下、各構成部分について説明する。なお、制御部Cについては機能ブロックを用いて後述する。
【0016】
まず、発電部Aは、発電装置40、回転錘45および増速用ギア46を備えている。発電装置40としては、発電用ロータ43が発電用ステータ42の内部で回転し発電用ステータ42に接続された発電コイル44に誘起された電力を外部に出力できる電磁誘導型の交流発電装置が採用されている。また、回転錘45は、発電用ロータ43に運動エネルギーを伝達する手段として機能する。そして、この回転錘45の動きが増速用ギア46を介して発電用ロータ43に伝達されるようになっている。この回転錘45は、腕時計型の計時装置1では、ユーザの腕の動きなどを捉えて装置内で旋回できるようになっている。したがって、使用者の生活に関連したエネルギーを利用して発電を行い、その電力を用いて計時装置1を駆動できるようになっている。
【0017】
次に、電源部Bは、整流回路として作用するダイオード47、大容量コンデンサ48および昇降圧回路49から構成されている。昇降圧回路49は、複数のコンデンサ49a、49bおよび49cを用いて多段階の昇圧および降圧ができるようになっており、制御部Cからの制御信号φ11によって駆動部Eに供給する電圧を調整することができる。また、昇降圧回路49の出力電圧はモニタ信号φ12によって制御部Cにも供給されており、これによって出力電圧をモニタしている。ここで、電源部Bは、Vdd(高電圧側)を基準電位(GND)に取り、Vss(低電圧側)を電源電圧として生成している。
【0018】
次に運針機構Dについて説明する。運針機構Dに用いられているステッピングモータ10は、パルスモータ、ステッピングモータ、階動モータあるいはデジタルモータなどとも称され、デジタル制御装置のアクチュエータとして多用されている、パルス信号によって駆動されるモータである。近年、携帯に適した小型の電子装置あるいは情報機器用のアクチュエータとして小型、軽量化されたステッピングモータが多く採用されている。このような電子装置の代表的なものが電子時計、時間スイッチ、クロノグラフといった計時装置である。
【0019】
本例のステッピングモータ10は、駆動部Eから供給される駆動パルスによって磁力を発生する駆動コイル11と、この駆動コイル11によって励磁されるステータ12と、さらに、ステータ12の内部において励磁される磁界により回転するロータ13を備えている。また、ステッピングモータ10は、ロータ13がディスク状の2極の永久磁石によって構成されたPM型(永久磁石回転型)で構成されている。ステータ12には、駆動コイル11で発生した磁力によって異なった磁極がロータ13の回りのそれぞれの相(極)15および16に発生するように磁気飽和部17が設けられている。また、ロータ13の回転方向を規定するために、ステータ12の内周の適当な位置には内ノッチ18が設けられており、コギングトルクを発生させてロータ13が適当な位置に停止するようにしている。
【0020】
ステッピングモータ10のロータ13の回転は、かなを介してロータ13に噛合された五番車51、四番車52、三番車53、二番車54、日の裏車55および筒車56からなる輪列50によって各針に伝達される。四番車52の軸には秒針61が接続され、二番車54には分針62が接続され、さらに、筒車56には時針63が接続されている。ロータ13の回転に連動してこれらの各針によって時刻が表示される。輪列50には、さらに、年月日などの表示を行うための伝達系など(不図示)を接続することももちろん可能である。
【0021】
次に、駆動部Eは制御部Cの制御の基にステッピングモータ10に様々な駆動パルスを供給する。駆動部Eは、直列に接続されたpチャンネルMOS33aとnチャンネルMOS32a、およびpチャンネルMOS33bとnチャンネルMOS32bによって構成されたブリッジ回路を備えている。また、駆動部Eは、pチャンネルMOS33aおよび33bとそれぞれ並列に接続された回転検出用抵抗35aおよび35bと、これらの抵抗35aおよび35bにチョッパパルスを供給するためのサンプリング用のpチャンネルMOS34aおよび34bを備えている。したがって、これらのMOS32a、32b、33a、33b、34aおよび34bの各ゲート電極に制御部Cからそれぞれのタイミングで極性およびパルス幅の異なる制御パルスを印加することにより、駆動コイル11に極性の異なる駆動パルスを供給したり、あるいは、ロータ13の回転検出用および磁界検出用の誘起電圧を励起する検出用のパルスを供給することができるようになっている。
【0022】
[1−2:制御部]
次に、制御部Cの構成について図2を参照しつつ説明する。図2は、制御部Cとその周辺構成の機能ブロック図である。制御部Cは、パルス合成回路22、モード設定部90、時刻情報記憶部96、および駆動制御回路24を備えている。まず、パルス合成回路22は、水晶振動子などの基準発振源21を用いて安定した周波数の基準パルスを発振する発振回路、基準パルスを分周して得た分周パルスと基準パルスとを合成してパルス幅やタイミングの異なるパルス信号を発生する合成回路から構成される。
【0023】
次に、モード設定部90は、発電状態検出部91、発電状態の検出のために用いる設定値を切り換える設定値切換部95、大容量コンデンサ48の充電電圧Vcを検出する電圧検出回路92、発電状態に応じて時刻表示のモードを制御するとともに充電電圧に基づいて昇圧倍率を制御する中央制御回路93、およびモードを記憶するモード記憶部94から構成される。
【0024】
この発電状態検出部91は、発電装置40の起電圧Vgenを設定電圧値Voと比較して発電が検出されたか否かを判断する第1の検出回路97と、設定電圧値Voよりもかなり小さな設定電圧値Vbas以上の起電圧Vgenが得られた発電継続時間Tgenを設定時間値Toと比較して発電が検出されたか否かを判断する第2の検出回路98とを備えており、第1および第2の検出回路97および98にいずれか一方の条件が満足すると、発電状態であると判断するようになっている。ここで、設定電圧値VoおよびVbasは、いずれもVdd(=GND)を基準としたときの負電圧であり、Vddからの電位差を示している。なお、第1および第2の検出回路97および98の構成については後述する。
【0025】
ここで、設定電圧値Voおよび設定時間値Toは、設定値切換部95によって切換制御できるになっている。設定値切換部95は、表示モードから節電モードに切り換わると、発電検出回路91の第1および第2の検出回路97および98の設定値VoおよびToの値を変更する。本例においては、表示モードの設定値VaおよびTaとして、節電モードの設定値VbおよびTbよりも低い値がセットされるようになっている。したがって、節電モードから表示モードへ切り換えるためには、大きな発電が必要とされる。ここで、その発電の程度は、計時装置1を通常携帯して得られる程度では足らず、ユーザが手振りによって強制的に充電する際に生じる大きなものである必要がある。換言すれば、節電モードの設定値VbおよびTbは手振りによる強制充電を検出できるように設定されている。
【0026】
また、中央制御回路93は、第1および第2の検出回路97および98で発電が検出されない非発電時間Tnを計測する非発電時間計測回路99を備えており、非発電時間Tnが所定の設定時間を越えると表示モードから節電モードに移行するようになっている。一方、節電モードから表示モードへの移行は、発電状態検出部91によって、発電部Aが発電状態にあることが検出され、かつ、大容量コンデンサ48の充電電圧VCが十分であるという条件が整うと実行される。
ところで、この例の電源部Bは昇降圧回路49を備えているため、充電電圧VCがある程度低い状態でも昇降圧回路49を用いて電源電圧を昇圧することにより、運針機構Dを駆動することが可能である。そこで、中央制御回路93は、充電電圧VCに基づいて昇圧倍率を決定し、昇降圧回路49を制御している。
しかし、充電電圧VCがあまりに低いと、昇圧しても運針機構Dを動作させることができる電源電圧を得ることができない。そのような場合に、節電モードから表示モードに移行すると、正確な時刻表示を行うことができず、また、無駄な電力を消費してしまうことになる。
そこで、この例にあっては、充電電圧VCを予め定められた設定電圧値Vcと比較することにより、充電電圧VCが十分であるか否かを判断し、これを節電モードから表示モードへ移行するための一条件としている。
【0027】
こうして設定されたモードは、モード記憶部94に記憶され、その情報が駆動制御回路24、時刻情報記憶部96および設定値切換部95に供給されている。駆動制御回路24においては、表示モードから節電モードに切り換わると、駆動部Eに対しパルス信号を供給するのを停止し、駆動部Eの動作を停止させる。これにより、モータ10は回転しなくなり、時刻表示は停止する。
【0028】
次に、時刻情報記憶部96は、カウンタとメモリで構成されており(図示せず)、表示モードから節電モードに切り換わると、パルス合成回路22によって生成された基準信号を受けて時間計測を開始し、節電モードから表示モードに切り換わると、時間計測を終了するようになっている。これにより、節電モードの継続時間が計測されることになる。ここで、節電モードの継続時間はメモリに記憶されるようになっている。また、節電モードから表示モードに切り換わると、前記カウンタを用いて駆動制御回路24から駆動部Eに供給される早送りパルスをカウントし、そのカウント値が節電モードの継続時間に応じた値になると、早送りパルスの送出を停止するための制御信号を生成し、これを駆動部Eに供給している。したがって、時刻情報記憶部96は、再表示された時刻表示を現時刻に復帰させる機能も備えている。なお、カウンタとメモリの内容は、表示モードから節電モードに切り換わる時にリセットされるようになっている。
【0029】
次に、駆動制御回路24は、パルス合成回路22から出力される各種のパルスに基づいて、モードに応じた駆動パルスを生成する。まず、節電モードにあっては、駆動パルスの供給を停止する。次に、節電モードから表示モードへの切換が行われた直後には、再表示された時刻表示を現時刻に復帰させるために、パルス間隔が短い早送りパルスを駆動パルスとして駆動部Eに供給する。次に、早送りパルスの供給が終了した後には、通常のパルス間隔の駆動パルスを駆動部Eに供給する。
【0030】
[1−3:発電状態検出部]
次に、発電状態検出部91の構成を図面を参照しつつ、説明する。図3は、発電状態検出部91の回路図である。図3において、第1の検出回路97は、起電圧Vgenの振幅が所定電圧を上回るとハイレベルとなり、これを下回るとローレベルになる電圧検出信号Svを生成する。一方、第2の検出回路98は、発電継続時間が所定時間を越えるとハイレベルとなり、これを下回るとローレベルになる発電継続時間検出信号Stを生成する。また、電圧検出信号Svと発電継続時間検出信号Stとは、オア回路975において論理和が算出され、これが発電状態検出信号Sとして中央制御回路93に供給されるようになっている。この発電状態検出信号Sは、ハイレベルにおいて発電状態を示し、ローレベルにおいて非発電状態を示す。したがって、発電状態検出部91は、上述したように第1および第2の検出回路97および98にいずれか一方の条件が満足すると、発電状態であると判断する。以下、第1の検出回路97と第2の検出回路98について詳細に説明する。
【0031】
[1−3−1:第1の検出回路]
図3において、まず、第1の検出回路97は、コンパレータ971、定電圧を発生する基準電圧源972,973、スイッチSW1、リトリガブルモノマルチ974から大略構成されている。基準電圧源972の発生電圧値は、表示モードにおける設定電圧値Vaとなっており、一方、基準電圧源973の発生電圧値は、節電モードの設定電圧値Vbとなっている。基準電圧源972,973は、スイッチSW1を介してコンパレータ971の正入力端子に接続されている。このスイッチSW1は、設定値切換部95によって制御され、表示モードにおいて基準電圧源972を、節電モードにおいて基準電圧源973をコンパレータ971の正入力端子に接続する。また、コンパレータ971の負入力端子には、発電部Aの起電圧Vgenが供給されている。したがって、コンパレータ971は、起電圧Vgenを設定電圧値Vaまたは設定電圧値Vbと比較し、起電圧Vgenがこれらを下回る場合(大振幅の場合)にはハイレベルとなり、起電圧Vgenがこれらを上回る場合(小振幅の場合)にはローレベルとなる比較結果信号を生成する。
【0032】
次に、リトリガブルモノマルチ974は、比較結果信号がローレベルからハイレベルに立ち上がる際に発生する立上エッジでトリガされ、ローレベルからハイレベルに立ち上がり、所定時間が経過した後にローレベルからハイレベルに立ち上がる信号を生成する。また、リトリガブルモノマルチ974は、所定時間が経過する前に再度トリガされると、計測時間をリセットして新たに時間計測を開始するように構成されている。
【0033】
次に、第1の検出回路97の動作を、図4を参照しつつ説明する。図4は第1の検出回路97のタイミングチャートである。同図(a)は起電圧Vgenをダイオード47によって半波整流した波形である。この例では、設定電圧値VaおよびVbを図に示すレベルに設定したものとする。現在のモードが表示モードであるとすれば、スイッチSW1は基準電圧源972を選択し、設定電圧値Vaをコンパレータ971に供給する。すると、コンパレータ971は設定電圧値Vaと同図(a)に示す起電圧Vgenとを比較して、同図(b)に示す比較結果信号を生成する。この場合、リトリガブルモノマルチ974は、時刻t1で発生する比較結果信号の立ち上がりエッジに同期して、ローレベルからハイレベルに立ち上がる(同図(c)参照)。ここで、リトリガブルモノマルチ974の遅延時間Tdを同図(b)に示す。この場合、エッジe1から次のエッジe2までの時間は遅延時間Tdよりも短いので、電圧検出信号Svはハイレベルを維持することになる。
【0034】
一方、現在のモードが節電モードであるとすれば、スイッチSW1は基準電圧源973を選択し、設定電圧値Vbをコンパレータ971に供給する。この例では、起電圧Vgenは設定電圧値Vbを越えないので、リトリガブルモノマルチ974にトリガが入力されない。したがって、電圧検出信号Svはローレベルを維持することになる。このように第1の検出回路97では、モードに応じた設定電圧値VaまたはVbと起電圧Vgenとを比較することによって、電圧検出信号Svを生成している。
【0035】
[1−3−2:第2の検出回路]
図3において、第2の検出回路98は、積分回路981、ゲート982、カウンタ983、デジタルコンパレータ984およびスイッチSW2から構成されている。
まず、積分回路981はMOSトランジスタ2、コンデンサ3、プルアップ抵抗4、インバータ回路5から構成されている。起電圧VgenがMOSトランジスタ2のゲートに接続されており、起電圧VgenによってMOSトランジスタ2はオン、オフ動作を繰り返し、コンデンサ3の充電を制御する。スイッチング手段を、MOSトランジスタで構成すればインバータ回路5も含めて、積分回路981は安価なCMOS−ICで構成できるが、これらのスイッチング素子、電圧検出手段はバイポーラトランジスタで構成しても構わない。プルアップ抵抗4は、コンデンサ3の電圧値V3を非発電時にVss電位に固定するとともに、非発電時のリーク電流を発生させる役割がある。これは数十から数百MΩ程度の高抵抗値であり、オン抵抗が大きなMOSトランジスタでも構成可能である。コンデンサ3に接続されたインバータ回路5によりコンデンサ3の電圧値V3を判定して、その判定結果に応じた検出信号Voutを出力する。ここで、インバータ回路5の閾値は、第1の検出回路97で用いられる設定電圧値Voよりもかなり小さな設定電圧値Vbasとなるように設定されている。
【0036】
ゲート982には、パルス合成回路22から供給される基準信号と検出信号Voutが供給されている。したがって、カウンタ983は検出信号Voutがハイレベルの期間、基準信号をカウントする。このカウント値はデジタルコンパレータ984の一方の入力に供給される。また、デジタルコンパレータ984の他方の入力には、設定時間に対応する設定時間値Toが供給されるようになっている。ここで、現在のモードが表示モードである場合にはスイッチSW2を介して設定時間値Taが供給され、現在のモードが節電モードである場合にはスイッチSW2を介して設定時間値Tbが供給されるようになっている。なお、スイッチSW2は、設定値切換部95によって制御される。
デジタルコンパレータ984は、検出信号Voutの立ち下がりエッジに同期して、その比較結果を発電継続時間検出信号Stとして出力する。発電継続時間検出信号Stは、設定時間を越えた場合にハイレベルとなり、一方、設定時間を下回った場合にローレベルとなる。
【0037】
次に、第2の検出回路98の動作を、図5を参照しつつ説明する。図5は第2の検出回路98の動作を説明するためのタイミングチャートである。発電部Aによって同図(a)に示す交流電力の発電が始まると、発電装置40は、ダイオード47を介して同図(b)に示す起電圧Vgenを生成する。発電が始まり起電圧Vgenの電圧値がVddからVssへ立ち下がるとMOSトランジスタ2がオンして、コンデンサ3の充電が始まる。V3の電位は、非発電時はプルアップ抵抗4によってVss側に固定されているが、発電が起こり、コンデンサ3の充電が始まるとVdd側に上がり始める。次に起電圧Vgenの電圧がVssへ増加に転じ、MOSトランジスタ2がオフすると、コンデンサ3への充電は止まるが、同図(c)に示すV3の電位はコンデンサ3によってそのまま保持される。以上の動作は、発電が持続されている間、繰り返され、V3の電位はVddまで上がっていき安定する。V3の電位がインバータ回路5の閾値より上がると、インバータ回路5’の出力である検出信号Voutがローレベルからハイレベルに切り替わり、発電の検出ができる。発電検出までの応答時間は、電流制限抵抗を接続したり、MOSトランジスタの能力を変えてコンデンサ3への充電電流の値を調整したり、またコンデンサ3の容量値を変えることによって任意に設定できる。
【0038】
発電が停止すると起電圧VgenはVddレベルで安定するため、MOSトランジスタ2はオフした状態のままとなる。V3の電圧はコンデンサ3によってしばらくは保持され続けるが、プルアップ抵抗4によるわずかなリーク電流によってコンデンサ3の電荷が抜けるため、V3はVddからVssへ徐々に下がり始める。そしてV3がインバータ回路5の閾値を下回るとインバータ回路5’の出力である検出信号Voutはハイレベルからローレベルに切り替わり、発電がされていないことの検出ができる(同図(d)参照)。この応答時間はプルアップ抵抗4の抵抗値を変え、コンデンサ3のリーク電流を調整することで任意に設定可能である。
【0039】
この検出信号Voutによって基準信号がゲートされると、同図(e)に示す信号が得られ、これをカウンタ983がカウントする。このカウント値は、デジタルコンパレータ984によって、設定時間に対応する値とタイミングT1で比較される。ここで、検出信号Voutのハイレベル期間Txが設定時間値Toよりも長いならば、発電継続時間検出信号Stは、同図(f)に示すようにタイミングT1においてローレベルからハイレベルに変化する。
【0040】
さてここで、発電用ロータ43の回転速度の違いによる起電圧Vgenおよび該起電圧Vgenに対する検出信号Voutを説明する。図6は、このことを説明するための概念図である。特に、同図(a)は、発電用ロータ43の回転速度が小さい場合であり、同図(b)は、発電用ロータ43の回転速度が大きい場合である。起電圧Vgenの電圧レベルおよび周期(周波数)は、発電用ロータ43の回転速度に応じて変化する。すなわち、回転速度が大きいほど、起電圧Vgenの振幅は大となり、かつ周期が短くなる。このため、発電用ロータ43の回転速度、すなわち発電装置40の発電の強さに応じて、検出信号Voutの出力保持時間(発電継続時間)の長さが変化することになる。すなわち、同図(a)の動きが小さい場合には、出力保持時間はtaとなり、同図(b)の動きが大きい場合には、出力保持時間はtbとなる。両者の大小関係は、ta<tbである。このように、検出信号Voutの出力保持時間の長さによって、発電装置40の発電の強さを知ることができる。
【0041】
[1−4:計時装置の動作]
次に、本例の計時装置1においてモード切り換え処理を行うモード設定工程を説明する。図7はその概要を示すフローチャートである。まず、ステップ71において現在のモードを判断する。節電中のときは、ステップ74において時刻情報記憶部96を用いて停止時間のカウントを継続する。また、ステップ75において電圧検出回路91の設定値VoおよびToを節電モードの値VbおよびTbにセットする。一方、表示モードのときは、ステップ72において駆動制御部24によって駆動回路30を制御して駆動パルスを生成し、時刻表示を行う。そして、ステップ73において発電状態検出部91の設定値VoおよびToを表示モードの値VaおよびTaにセットする。
【0042】
次に、ステップ76において、発電レベル(起電圧)を検出する。微小でも起電圧があると判断されると、ステップ77において発電継続時間Tgenをカウントアップする。さらに、ステップ78において発電継続時間Tgenを設定時間Toと比較し、発電継続時間Tgenが設定時間To以上であれば発電が検出されたとしてステップ80に移行する。ステップ78において、発電継続時間Tgenが設定時間Toに達していないときは、ステップ79において、起電圧Vgenを設定値Voと比較する。そして、起電圧Vgenが設定値Voに達していると発電が検出されたとしてステップ80に移行する。ステップ80においては、モードが再度判定され、節電モードでなければステップ81で非発電時間Tnをクリアしてステップ71に戻り、ステップ72で時刻表示を継続して行う。一方、節電モードのときは、ステップ82で電源部Bの充電電圧VCを判断し、十分に充電されていればステップ83で節電モードから表示モードに移行して節電を解除する。表示モードに移行して時刻を再表示する際は、上述したように、時刻情報記憶部96でカウントされている停止時間に基づき時刻表示が早送りされ、現時刻に復帰した後に1秒毎の通常運針が開始される。これにより、ユーザーは表示モードに復帰して表示された正確な時刻を知ることができる。
【0043】
一方、ステップ76で起電圧が検出されず、あるいは、発電継続時間Tgenが設定時間Toに達しておらず起電圧Vgenも設定値Voに達していない場合は、発電が検出されなかったと判断され、ステップ85に移行してそのときのモードを判断する。この際、ステップ76で起電圧が検出されなかったときは、ステップ84で発電継続時間Tgenがクリアされる。ステップ85で節電モードのときは、そのままステップ71に戻って停止時間のカウントアップを継続する。表示モードのときは、ステップ86で非発電時間Tnをカウントアップし、ステップ87で所定の非発電時間が継続しているか否かを判断する。そして、非発電時間Tnが経過していると、ステップ88で表示モードから節電モードに移行し、節電を開始する。ステップ88においては、表示駆動回路24および駆動回路30の動作を停止してモータ10の消費電力をなくし、さらに、時刻情報記憶部96で停止時間のカウントを開始する。
【0044】
このようにして、本例の計時装置1は、発電の有無によって時刻表示を停止し、あるいは再開するようになっている。先に説明したように、本例の発電装置40は、回転錘45を用いてユーザーの腕の動きあるいは振動などを捉えて発電を行うシステムである。したがって、発電が検出されるということは、ユーザーの腕に計時装置1が装着されているか、あるいはポケットなどに入れて携帯されていることを示している。このため、発電が検出されているときは計時装置1が携帯されているものとして時刻表示を行う表示モードにする。一方、発電が検出されないときは計時装置1が携帯されていないものとして時刻表示を行わない節電モードにすることにより、大容量コンデンサ48に蓄積されたエネルギーを節約することができる。
【0045】
さらに、本例の計時装置1においては、所定の起電圧Vgenが検出された場合と、所定の時間、継続して発電が行われた場合に発電が検出されたと判断するようにしている。したがって、ユーザーが携帯していない状態で節電モードになり、振動などの何らかの原因で偶然に発電が誘起されても、その起電圧が弱く、継続時間が短ければ表示モードに移行することはなく、エネルギーの浪費を防止できる。一方、表示モードにおいては、節電モードよりも設定値Voが低く設定されているので、検出対象となる起電圧Vgenが多少低くても起電圧が得られれば発電されていると判断される。このため、多少でも発電していれば時刻表示が継続して行われる。また、表示モードにおいては、発電継続時間Tgenの設定時間Toも短く設定されるので、短時間でも発電されていれば時刻表示が維持される。
【0046】
さらに、本例の計時装置1においては、非発電時間Tnが計測されており、非発電時間が設定時間に達しなければ節電モードに移行しないようになっている。従って、短時間、ユーザーの動きが停止して発電が行われないような場合はもちろん、会議程度の時間、腕時計を外しておいても時刻表示を維持するようにすることもできる。また、一晩外しても置いても時刻を継続して表示するようにしても良い。あるいは、5分程度外すと節電モードに移行するようにセットし、エネルギーの節約を図ることも可能である。
【0047】
このように、本例の計時装置1は、発電状態に基づき自動的に携帯あるいは非携帯を判断することが可能であり、携帯時には時刻表示を行って腕時計などの計時装置として十分な機能を発揮し、非携帯時には時刻表示を行わずにエネルギーの消費を抑えることができる。したがって、いったん大容量コンデンサ48に充電した電力を有効に活用することができ、長時間にわたり放置されたとしても、その間は表示を行わずに経過時間だけを計測し、携帯されたときに表示を再開すると共に現時刻に復帰して正確な時刻を表示することができる。このため、それほど大型のコンデンサを用いなくても、電池の代わりに発電装置と適当な容量のコンデンサを内蔵することで精度良く長時間にわたり計時できる小型の腕時計などを実現することが可能である。また、コンデンサの容量がそれほど大きくしなくて良いので、起動特性も良好であり、発電を開始するとすぐに表示を再開し、現時刻に復帰可能な計時装置を実現できる。さらに、本例の計時装置は、周囲の条件にかかわらず、例えば、暗い所でも携帯しているときはいつでも時刻を参照することができるので不便はまったくない。
【0048】
[1−5:第1実施形態の変形例]
(1)上述した第1実施形態において、発電状態検出部91は、発電部Aからの起電圧Vgenに基づいて発電状態を検出したが、電源部Bにおいて大容量コンデンサ48に流れる充電電流に基づいて発電状態を検出するようにしてもよい。この場合には、図8に示すように第1の検出回路97および第2の検出回路98の前段に電流電圧変換部100を設ければよい。この電流電圧変換部100は、電流検出抵抗Rとその両端の電位差を検出するオペアンプOPから構成されている。
【0049】
(2)また、上述した第1実施形態では、起電圧Vgenを設定値Voと比較して発電が検出されたか否かを判断する第1の検出回路97と、設定値Voよりもかなり小さな電圧Vbas以上の起電圧Vgenが得られた発電継続時間Tgenを設定値Toと比較して発電が検出されたか否かを判断する第2の検出回路98の双方を備えた発電状態検出部91に基づき説明しているが、これらの第1および第2の検出回路97および98のいずれか一方を用いて発電の有無を判断することももちろん可能である。
【0050】
[2.第2実施形態]
次に、本発明の第2実施形態に係る計時装置について説明する。第2実施形態の計時装置は、発電状態検出部91の構成を除いて、第1実施形態の計時装置と同様に構成されている。
発電部Aの発電周波数は発電の強さに応じて変化する。たとえば、机の上に置いてある計時装置1に何らかの弾みで少し動かした程度では、発電周波数は低いが、腕の手首に計時装置1を装着して歩行しているときには発電周波数は高くなる。また、使用者が、計時装置1を手振りによって充電する場合には発電周波数がさらに高くなる。本実施形態は、この点に着目してなされたものであり、発電周波数に基づいて発電状態を検出するものである。
【0051】
図9は、第2実施形態に係る発電状態検出部91’のブロック図であり、図10はそのタイミングチャートである。発電状態検出部91’は、コンパレータ971、定電圧を発生する基準電圧源972、スイッチSW1、およびタイマ975、SRフリップフロップ976、ゲート977、カウンタ978、およびデジタルコンパレータ979から構成されている。
【0052】
基準電圧源972は、表示モードにおける設定電圧値Vaを発生するものであって、コンパレータ971の正入力端子に接続されている。また、コンパレータ971の負入力端子には、図10(a)に示す発電部Aの起電圧Vgenが供給されている。したがって、コンパレータ971は、起電圧Vgenを設定電圧値Vaと比較し、起電圧Vgenがこれらを下回る場合にはハイレベルとなり、起電圧Vgenがこれらを上回る場合にはローレベルとなる比較結果信号を生成する(図10(b)参照)。
【0053】
この比較結果信号は、SRフリップフロップ976のセット端子に供給されており、そのリセット端子にはタイマ975の出力信号が供給されている。タイマ975は、SRフリップフロップ976の出力信号の立ち上がりに同期して時間計測を開始し、所定時間が経過すると立ち下がるように構成されている。ここでタイマの計測時間をTsとすれば、SRフリップフロップ976の出力信号は、図10(c)に示すように比較結果信号の立ち上がりエッジe3,e4に同期してローレベルからハイレベルに変化し、ハイレベルを時間Ts継続した後に、ハイレベルからローベルに立ち下がる。
【0054】
ゲート977はSRフリップフロップ976の出力信号と比較結果信号との論理積を出力する。カウンタ978はゲート977の出力信号をカウントし、そのカウント値Zをデジタルコンパレータ979に出力する。デジタルコンパレータ979には、スイッチSW2を介して設定値X1、X2が選択的に供給されている。スイッチSW2は、設定値切換部95によって制御され、表示モードにおいて設定値X1を、節電モードにおいて設定値X2をデジタルコンパレータ979に供給している。設定値X1は、通常の携帯による発電状態か否かを判別できる発電周波数f1に対応するものであり、設定値X2は強制充電か否かを判別できる発電周波数f2に対応するものである。デジタルコンパレータ979は、ゲート977の立ち下がりエッジにおいて、カウンタ978のカウント値Zと設定値X1またはX2とを比較するように構成されている。
【0055】
現在の状態が節電モードであるならば、発電部Aの発電周波数がf2を越えた場合に発電状態を指示する発電状態検出信号Sが生成される。したがって、通常の携帯では節電モードは解除されず、ユーザが節電モードを解除する意志をもって強制充電(手振り)を行った場合にのみ、節電モードから表示モードに移行することになる。したがって、計時装置1に軽く触れた程度では、節電モードは解除されず、電力を無駄に消費することがなくなる。
【0056】
一方、現在の状態が表示モードであるならば、発電部Aの発電周波数がf1を下回ると非発電状態を指示する発電状態検出信号Sが生成される。上述したように発電周波数f1は通常の携帯による発電状態か否かを判別できるように設定されているから、計時装置1が使用されていない状態を的確に検知し、表示モードから節電モードに速やかに移行することができる。これにより、電力を無駄に消費することがなくなる。
【0057】
[3.変形例]
(1)上述した各実施形態においては、ステップモータ10を用いて時刻表示を行う計時装置を例に説明しているが、LCDなどで時刻表示を行う計時装置に対しても適用できることはもちろんである。この場合には、LCDで消費される電力を節約して長時間にわたり時刻を継続して計時でき、必要なときはいつでも正しい現時刻を表示させることができる。
【0058】
(2)上述した各実施形態においては、1つのモータで時分および秒を表示する計時装置を例に説明しているが、時分および秒を複数のモータを用いて時刻表示することも可能である。このような計時装置においては、各モータ毎に計時表示を停止するタイミングを変えることも可能であり、例えば、運針速度の速い秒表示は非発電時間が短い段階で早めに停止してエネルギーを節約し、時分についてはできるかぎり時刻表示を継続して行うといった制御も可能である。
【0059】
(3)上述した各実施形態では、発電装置40として、回転錘45の回転運動をロータ43に伝達し、該ロータ43の回転により出力用コイル44に起電力Vgenを発生させる電磁発電装置を採用しているが、本発明はこれに限定されることなく、例えば、ゼンマイの復元力により回転運動を生じさせ、該回転運動で起電力を発生させる発電装置や、外部あるいは自励による振動または変位を圧電体に加えることにより、圧電効果によって電力を発生させる発電装置であってもよい。
【0060】
(4)上述した各実施形態では、腕時計型の計時装置1を一例として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述した発電部A、電源部B、制御部Cが適用される電子機器としては、腕時計以外にも、懐中時計などであってもよい。また、電卓、携帯電話、携帯用パーソナルコンピュータ、電子手帳、携帯ラジオ、携帯型VTRなどの電子機器に適応することもできる。この場合には、電源部Bから供給される電力を用いて動作する電力消費部を備えており、発電部Aの発電状態を発電状態検出部91で検出し、その検出結果に基づいて、電力消費部の動作を停止させる節電モード、および、電力消費部を動作させる動作モードとを制御部Cで切換制御すればよい。これらの電子機器において、動作モードはそれらの機器の使用状態(例えば、携帯電話の場合は、電話機能を使用できる状態)にある状態を指し、節電モードはそれらの機器が使用状態になく、且つ交流発電を検出できる状態にある状態を指す。また、液晶表示パネル等の表示部を併設している場合、通常は動作モードにおいて表示状態にあり、節電モードにおいて非表示状態にある。
【0061】
(5)上述した各実施形態において、節電モードから表示モードへ移行する際には、ユーザーが、計時装置1を手振りによって強制充電する必要がある。この場合には、計時装置1を携帯して日常の生活を営む場合と比較して、大きな発電が行われることになる。このため、発電装置40が発生する電磁ノイズレベルが通常の携帯時と比較して大きくなる。すると、電磁ノイズの影響をステッピングモータ10が受けて、時刻表示が不正確になることも考えられる。そこで、手振りによる強制的な発電状態を検出し、この場合には幅の広い駆動パルスを駆動部Eで生成するようにしてもよい。これにより、発電装置40の電磁ノイズレベルが大きくなっても、幅広の駆動パルスによって、ステップモータ10を確実に動作させることができる。
また、計時装置1を手振りによって強制充電する場合には、充電電流が大きいため、大容量コンデンサ48の内部抵抗によって電源電圧の変動が大きくなり、回路動作に悪影響を与えるおそれもある。そこで、手振りによる強制的な発電状態を検出し、この場合には発電用ステータ42の両端を短絡させるようにしてもよい。これにより、電源電圧の変動を抑圧して回路を確実に動作させることができる。
【0062】
(6)上述した第1実施形態で説明した第1の検出回路97、第2の検出回路98、第2実施形態で説明した発電状態検出部91’を、適宜組み合わせて発電状態を検出するようにしてもよい。すなわち、起電圧Vgenと発電継続時間、発電継続時間と発電周波数、発電周波数と起電圧Vgen、起電圧Vgenと発電継続時間と発電周波数のいずれの組み合わせによって発電状態を検出するようにしてもよい。さらに、検出の対象は起電圧であってもよいし、第1実施形態の変形例で説明したように充電電流であってもよい。本発明の発電状態の検出は、各実施形態に限定されるものではなく、電圧による検出、電流による検出、発電継続時間による検出、および発電周波数による検出のうち、いずれか1種により検出してもよく、あるいは、それらの複数を適宜組み合わせて検出するようにしてもよい。
【0063】
(7)上述した第1実施形態で説明した第1の検出回路97、第2の検出回路98、第2実施形態で説明した発電状態検出部91’においては、比較の基準となる設定値を現在のモードに応じて切り換えるようにしたが、複数の設定値と比較して、非発電状態(非携帯状態)、携帯状態、強制発電状態を検出するようにしてもよい。
【0064】
(8)上述した各実施形態においては、基準電位(GND)をVdd(高電位側)に設定したが、基準電位(GND)をVss(低電位側)に設定してもよいことは勿論である。この場合には、設定電圧値VoおよびVbasは、Vssを基準として、高電圧側に設定される検出レベルとの電位差を示すものとなる。
【0065】
(9)上述した各実施形態において、表示モードから節電モードへの移行は、発電状態を検出することにより行ったが、本発明はこれに限定されるものではなく、ユーザからの指示に基づいて実行するようにしてもよい。例えば、計時装置1の外装に配置されるボタン、あるいは、リュウズ等の操作を検出し、検出結果に基づいて、表示モードから節電モードへの移行するようにしてもよい。この場合には、ユーザの意図的な操作によって、節電モードへ速やかに移行させることができるので、ユーザが時刻表示を知る必要がなく単に携帯しているときなどにも、節電することができる。この結果、より一層、消費電力を削減することが可能となる。
(10)上述した各実施形態において電源部Bは発電部Aから供給される交流電圧を半波整流したが、本発明はこれに限定されるものではなく、全波整流するものを用いてもよいことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施形態に係る計時装置1の概略構成を示す図である。
【図2】 同実施形態に係る制御部Cとその周辺構成の機能ブロック図である。
【図3】 同実施形態に係る発電状態検出部91の回路図である。
【図4】 同実施形態に係る第1の検出回路97の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図5】 同実施形態に係る第2の検出回路98の動作を説明するためのタイミングチャートである。
【図6】 同実施形態において発電用ロータ43の回転速度の違いによる起電圧Vgenおよび該起電圧Vgenに対する検出信号Voutを説明するための概念図である。
【図7】 同実施形態に係る計時装置1におけるモード設定工程の概要を示すフローチャートである。
【図8】 同実施形態の変形例に係る発電状態検出部91の構成を示すブロック図である。
【図9】 本発明の第2実施形態に係る発電状態検出部91’のブロック図である。
【図10】 同実施形態に係る発電状態検出部91’のタイミングチャートである。
【符号の説明】
1・・計時装置
A・・発電部
B・・電源部
C・・制御部
D・・駆動部
E・・運針機構
91・・発電状態検出部
40・・発電装置
45・・回転錘
46・・増速ギア
47・・ダイオード
48・・大容量コンデンサ
90・・モード設定部
95・・設定値切換部
97・・第1の検出回路
98・・第2の検出回路
Claims (8)
- 携帯用の電子機器において、
発電部と、
前記発電部により発電された電力を蓄電する電源部と、
前記電源部から供給される電力を用いて動作する電力消費部と、
前記発電部の発電状態を検出する発電状態検出部と、
前記発電状態検出部によって非発電状態であると検出された場合に、その非発電時間を計測する計測部と、
前記計測部によって計測された非発電時間が予め設定された第1の設定時間を超えたとき、前記電力消費部を動作させる動作モードから前記電力消費部の動作を停止させる節電モードに切り換える一方、前記発電状態検出部によって検出された発電状態が予め設定された第2の設定時間以上継続したとき、前記節電モードから前記動作モードに切り換える制御部と
を備え、
前記発電状態検出部は、
前記発電部で発電された交流電力の周期に応じてスイッチングするスイッチング手段と、
前記スイッチング手段によるスイッチング動作に応じて電荷を蓄電する容量素子と、
前記容量素子の放電経路に挿入され、前記容量素子に蓄電された電荷を放電する放電手段と、
前記容量素子の電圧が所定値を超えた期間を計測して前記発電部の発電継続時間を計測する計測部と
を備え、前記発電継続時間に基づいて発電状態を検出する
ことを特徴とする電子機器。 - 前記発電状態検出部は、複数の設定時間値を現在のモードに応じて選択し、前記発電部の発電継続時間を設定された設定時間値と比較することによって、発電状態を検出する
ことを特徴とする請求項1に記載の電子機器。 - 前記発電状態検出部は、
発電状態であると検出する際に用いる設定時間値を、非発電状態であると検出する際に用いる設定時間値よりも長く設定する
ことを特徴とする請求項2に記載の電子機器。 - 携帯用の電子機器において、
発電部と、
前記発電部により発電された電力を蓄電する電源部と、
前記電源部から供給される電力を用いて動作する電力消費部と、
前記発電部の発電状態を検出する発電状態検出部と、
前記発電状態検出部によって非発電状態であると検出された場合に、その非発電時間を計測する計測部と、
前記計測部によって計測された非発電時間が予め設定された第1の設定時間を超えたとき、前記電力消費部を動作させる動作モードから前記電力消費部の動作を停止させる節電モードに切り換える一方、前記発電状態検出部によって検出された発電状態が予め設定された第2の設定時間以上継続したとき、前記節電モードから前記動作モードに切り換える制御部と
を備え、
前記発電状態検出部は、
前記発電部の発電周波数に基づいて発電状態を検出する
ことを特徴とする電子機器。 - 前記発電状態検出部は、前記発電部の起電圧が設定電圧値を越えてから設定時間を経過するまでの期間中、前記起電圧の山の数をカウントすることにより、前記発電部の発電周波数を検出する
ことを特徴とする請求項4に記載の電子機器。 - 前記発電状態検出部は、複数の設定周波数値を現在のモードに応じて選択し、前記発電部の発電周波数値を設定された設定周波数値と比較することによって、発電状態を検出する
ことを特徴とする請求項4または5に記載の電子機器。 - 前記発電状態検出部は、
発電状態であると検出する際に用いる設定周波数値を、非発電状態であると検出する際に用いる設定周波数値よりも高く設定する
ことを特徴とする請求項6に記載の電子機器。 - 請求項1乃至7のうちいずれか1項に記載の電子機器であって、
前記電力消費部は、前記電源部から供給される電力を用いて時刻を表示する時刻表示部であり、
前記動作モードは、この時刻表示部に時刻表示させる表示モードである
ことを特徴とする計時装置。
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