JP3864107B2 - 電子時計 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は発電機構を搭載した電子時計に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来の電子時計では、時計駆動のエネルギー源となる電気は、電池から供給されている。しかし、電池はエネルギーを使い果たすと交換が必要となる。
【０００３】
このため、時計駆動に必要な電気エネルギーを生み出す発電機構を搭載した電子時計の開発が行われている。このタイプの電子時計としては、発電機構として太陽電池を用い２次電池を充電するものや、使用者の腕の自然な動き等により発電する自動巻発電機構を搭載して、その出力により２次電池を充電するもの等がある。これらの電子時計は、煩わしい電池交換の必要がないだけでなく、使用済み電池等の廃棄物を生み出すことがないため、省資源、環境保護の観点からも注目されている。
【０００４】
通常、このタイプの電子時計には、２次電池の残量を検出し表示する機構が設けられている。そして、２次電池の残りの充電量が、例えば、約３時間、１日、２日、３日等になった場合には、これを検出して使用者に残量表示を行ない、２次電池の充電を促すようになっている。
【０００５】
特に、２次電池の残量が、例えば３時間以下といったように極めて少なくなると、使用者は、２次電池を急速に充電する急速充電動作を行なう必要がある。例えば、充電機構として太陽電池を用いた電池時計は、太陽電池を光源に向けて発電し、２次電池の充電を行なう。また、自動巻発電機構を搭載した電子時計は、時計を振って発電し、２次電池の充電を行なう。このような急速充電動作を、残量表示が所定の値に達するまで行なう。このとき、この充電を確実に行なうためには、２次電池の残量検出を正確に行なうことが必要となる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
通常、前記２次電池の残量は、その端子電圧を用いて検出される。２次電池として、例えばコンデンサ等を用いた場合には、端子電圧が充電量を正確に反映するため、この端子電圧を見るだけで安定した残量検出が行える。
【０００７】
しかし、近年、時計用の２次電池として、電極に導電性ポリマーを用いた２次電池が用いられるようになった。このポリマー電池では、従来の化学電池と異なり、電解液イオンのドーピングを利用して充電および放電を行うため、端子電圧が充電量に応じた電圧に安定するまで、電圧値がふらついて変動するという特性を持っている。したがって、急速充電時に、単にその電圧から残量検出を行なおうとしても、正確な残量を検出できないという問題があった。
【０００８】
特に、このタイプの２次電池は、急速充電時に端子電圧が急速に立ち上がり、その後真の充電量に対応した安定電圧に落ち着くという特性を持つ。このため、検出電圧を単に基準電圧と比較して残量検出を行うと、実際の残量より大きい値を誤って表示してしまい、充分な充電がなされない時点で、使用者が急速充電動作を止めてしまうことが多いという問題があった。この場合、電子時計は充電量不足となるため、使用者が知らないうちに時計が停止してしまうというトラブルが発生する。
【０００９】
本発明は、このような従来の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、２次電池を急速充電する場合に、その残量を確実に検出し、使用者に知らせることができる電子時計を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、
充電用電気エネルギーを出力する発電手段と、
前記充電用電気エネルギーにより充電される２次電源と、
前記２次電源の充電エネルギーを用いて作動する時計回路と、
前記２次電源の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段により検出した検出電圧に基づき前記２次電源の残量検出を行う残量検出手段と、
を含み、前記残量検出手段により検出した検出残量を知らせ、２次電源の充電を使用者に促す電子時計であって、
前記発電手段から前記２次電源への充電を停止させる充電遮断スイッチ手段を含み、
前記２次電源は、急速充電時に端子電圧が急速に立ち上がり、その後真の充電量に対応した安定電圧に落ち着くという特性をもつ２次電池を含み、
前記残量検出手段は、
前記スイッチ手段により前記２次電源の充電を一時的に停止し、停止してからの一定時間後の端子電圧の低下に基づき、前記２次電池の残量を検出し残量の検出信号を出力するよう形成されたことを特徴とする。
【００１１】
【発明の実施の形態】
【００１２】
本実施の形態は、
充電用電気エネルギーを出力する発電手段と、
前記充電用電気エネルギーにより充電される２次電源と、
前記２次電源の充電エネルギーを用いて作動する時計回路と、
前記２次電源の電圧を検出する電圧検出手段と、
前記検出電圧に基づき前記２次電源の残量検出を行う残量検出手段と、
を含み、前記検出残量を知らせ、２次電源の充電を使用者に促す電子時計であって、
前記発電手段から２次電源への充電を停止させる充電遮断スイッチ手段を含み、
前記２次電源は、２次電池を含み、
前記残量検出手段は、
前記スイッチ手段により２次電源の充電を一時的に停止し、このときの検出電圧の減衰特性に基づき、２次電池の残量を検出し残量の検出信号を出力するよう形成され、
前記２次電池の急速充電時の残量表示を正確に行うことを特徴としている。
【００１３】
本実施の形態によれば、発電手段から２次電源への充電を停止させる充電遮断スイッチ手段を含み、急速充電時に２次電源の充電を一時的に停止する。そして、このときの検出電圧の減衰特性に基づき、２次電池の残量を検出するようになっている。
【００１４】
すなわち、急速充電を停止すると真の充電量に対応した電圧までその電圧レベルが減衰という特性を持つ２次電池では、このときの減衰特性を検出することにより、２次電池の真の残量を正確に予測することができる。
【００１５】
次に本実施の形態をアナログ表示型の電子腕時計に適用した場合を例に取り詳細に説明する。
【００１６】
第１参考例
図２には、本参考例の電子時計に用いられる発電手段１０および運針機構６０が示されている。
【００１７】
この発電手段１０は、時計ケース内の地板に回動自在に取り付けられた半円形の回転錘１２と、この回転錘１２の回転を増速する輪列機構１４と、この輪列機構１４により発電ロータ１８が回転駆動される発電機１６とを含む。
【００１８】
そして、使用者が電子時計を装着し腕を動かすと、回転錘１２が回転し、そのときの運動エネルギーが図中矢印方向の回転運動となる。この回転錘１２の回転は輪列機構１４により約１００倍に増速されて発電ロータ１８に伝達される。そして、Ｎ極およびＳ極の永久磁石から構成された発電ロータ１８の高速回転によって、発電ステータ２０を介して発電コイル２２に鎖交する磁束が変化する。
【００１９】
磁束が変化すると、電磁誘導により、発電コイル２２から交流電圧が出力され、この交流電圧が、図１に示す整流ダイオード３０で整流され、２次電池４２を充電する。前記２次電池４２は、昇圧回路４４、補助コンデンサ４６と共に２次電源４０を構成する。
【００２０】
前記したように、発電機１６が作動すると、発電コイル２２により２次電池４２が充電されていく。本参考例では２次電池４２の電圧が低くて時計の駆動可動電圧に満たないときは、昇圧回路４４により、２次電池４２の電圧を時計駆動可能な高電圧に変換し、補助コンデンサ４６に蓄電する。そして、補助コンデンサ４６を駆動電源として時計回路７０は作動する。
【００２１】
このとき時計回路７０は、振動部にクオーツを用いた発振回路の出力を、分周回路を用いて分周し、その分周出力を駆動回路がカウントし、１秒毎に極性の異なる駆動パルスをステップモータ８０の駆動コイル８２へ向け出力する。
【００２２】
これにより、図２に示すステップモータ８０は、駆動パルスが通電される毎にロータ８６を回転駆動し、輪列機構９０を介し秒針１０４、分針１０６、時針１０８を駆動し、時刻をアナログ表示する。
【００２３】
このような電子時計では、２次電池４２の過充電を防止するため、過充電防止手段として機能するリミッタ回路５０が、前記コイル２２と並列に設けられ、充電回路に対するバイパス回路を形成している。前記リミッタ回路５０は、バイパス回路をオン，オフするスイッチ素子５２を含み、２次電池４２の充電電圧が過充電検出用基準値を上回わると、スイッチ素子５２をオンするように形成されている。これにより、前記２次電池４２に対する充電電流は、このバイパス回路を流れることとなり、２次電池の過充電が防止される。
【００２４】
図３には、前記２次電源４０における昇圧動作の概念図が示されている。時計回路７０を駆動させるには、現在のところ最低１ボルトの電圧が必要となる。電気を蓄える２次電池４２は、一般の電池と異なり、充電量に応じて電圧が変化する特性を持っている。充電量が低下して電圧が１ボルトを下回ると、エネルギーそのものはあるものの、電圧が足りないため時計が止まってしまう。なるべく早く時計を始動させ、長く動かし続けるためには、２次電池４２に充電したエネルギーを無駄なく使う必要がある。そこで、２次電池４２の低い状態の電圧を、時計を駆動させるのに必要なレベルの電圧まで昇圧回路４４を用いて昇圧し、コンデンサ４６へ充電している。
【００２５】
本参考例の昇圧回路４４は、図３に示すよう、充電により２次電池４２の電圧が増加するに従い、これを３倍〜１倍の７段階に亘って昇圧し、補助コンデンサ４６を、その電圧が１Ｖ以上となるよう充電する。同様に、２次電池４２の電圧が放電等により減衰する場合には、昇圧の場合とは逆に、この電圧を１倍〜３倍の範囲内で７段階にわたって昇圧し、補助コンデンサ４６へ充電している。
【００２６】
また、このような電子時計では、あとどのくらい動き続けるかを使用者に知らせる必要がある。このため、本参考例の電子時計は、２次電池４２の現在の充電量、すなわち、時計があとどのくらい動き続けるかの残量を表すインジケータ機能が設けられている。
【００２７】
このための残量検出用に、本参考例の装置には、２次電池４２の電圧を検出する電圧検出部６０と、この検出電圧に基づき２次電池４２の残量を検出する残量検出部６２とが設けられ、残量検出信号が時計回路７０に向け出力されるよう構成されている。
【００２８】
時計回路７０は、図５に示すよう、リューズ右上のボタン９２を押すことにより、運針中の秒針を早送りし、その早送り量で２次電池４２の残量表示を行なうように形成されている。すなわち、２次電池４２の残量が３日以上ある場合には、３０秒、２日以上ある場合には２０秒、１日以上ある場合には１０秒、３時間以上ある場合には５秒というように秒針を早送りし、その残量表示を行なう。また、残量が３時間以内の場合には、秒針が２秒運針になる機構も備えている。
【００２９】
そして、２次電池４２の残量が残り少なくなった場合には、使用者は図５に示すようなインジケータ表示を見ながら、２次電池４２の充電量が所定の基準量、例えば１日分の充電量となるよう２次電池４２に対する急速充電動作を行なう。このような急速充電動作は、図２に示すような発電手段を採用した本参考例の電子時計にあっては、時計本体を振り、回転錘１２を回転させることにより行なう。
【００３０】
このような２次電池４２の残量検出は、通常電圧検出部６０で検出された２次電池４２の充電電圧に基づいて行われる。このような検出手法は、２次電池４２がコンデンサ等で構成されている場合には問題がないが、電極に導電性ポリマーを用いた２次電池である場合には、正確な残量検出を行なうことができない。
【００３１】
本参考例は、２次電池４２が、このようなポリマー電池である場合に、その残量検出を正確に行なうことを特徴とするものである。
【００３２】
図４には、本参考例の電子時計に２次電池として用いられるポリマ電池４２の急速充電特性が示されている。このポリマー電池としては、各種のものが知られており、例えばポリアセン電池、Ｌｉ／ＰＡＳ電池、ＰＡＳ−Ｌｉコンポジット／ＰＡＳ電池、ＰＡＳ／ＰＡＳ電池等がある。
【００３３】
この種の２次電池４２は、急速充電を行なうと、実際の充電量より端子電圧が大きく現れる。また、２次電池の充電エネルギーを消費すると、その端子電圧は真の充電量に対応した電圧まで急激に低下する傾向を持つ。したがって、急速充電時には、その端子電圧が上下にふらつくという現象が発生する。
【００３４】
残量検出部６２は、図５の（Ａ）〜（Ｄ）の４つの残量表示に対応して、Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄの４つの基準電圧を設定している。
【００３５】
従来の残量検出手法では、検出電圧がこの基準電圧を上回った時点で、設定充電量まで充電されたと判断してインジケータ表示を行なうため、正確な残量表示ができなかった。
【００３６】
これに対し、本参考例の残量検出部６２は、検出電圧が基準電圧を所定基準時間連続して上回ったとき、２次電池４２がその基準電圧に対応した充電量まで充電されたと判断し、残量検出信号を出力するように構成されている。
【００３７】
例えば、２次電池４２の残量が０近くなった場合に、急速充電動作を行うと、２次電池４２の検出電圧Ｖi が図４に示すよう、第１の基準電圧Ｖa を最初に上回るのはｔ１ のタイミングである。しかし、この状態では、その直後に電圧Ｖi が基準電圧Ｖa を下回るため、３時間分の充電が行われていないと判断する。そして、検出電圧Ｖi が基準電圧Ｖa を一定基準時間ｔa の間連続して上回っていることが検出された時点ｔ３ ではじめて、残量検出信号を出力する。このようにして、インジケータには、確実に所定の充電量が充電されたことが確認された段階で、当該残量が表示されることになる。この結果、使用者はインジケータの表示を信頼しながら、急速充電を行なうことが可能となる。
【００３８】
このとき、前記基準時間は、各基準電圧に対し全て同一に設定してもよいが、本参考例では、各基準電圧Ｖａ，Ｖｂ，Ｖｃ，Ｖｄ毎にそれぞれ固有の値ｔa ，ｔb ，ｔc ，ｔd に設定している。これにより、２次電池の充電レベルに応じてより確実な残量検出を行なうことが可能となる。
【００３９】
特に、ポリマー電池の充電時の電圧は、高い電圧になるほど充電効率が悪化する。このため、前記基準時間は、高電圧側の基準時間を長く設定することが好ましい。
【００４０】
このため、本参考例においては、前記各基準時間が次のように設定される。
ｔa ＝１０秒
ｔb ＝２０秒
ｔc ＝４０秒
ｔd ＝６０秒
なお、図４は、本参考例の原理を概括的に説明するための模式的に描いてある。したがって、実際のｔ３ 〜ｔ４ 、ｔ６ 〜ｔ７ 、ｔ８ 〜ｔ９ の間隔は、図に示すより十分に長くなる。
【００４１】
実施例
図６には、本実施の形態の電子時計の好適な実施例が示されている。なお、前記第１参考例と対応する部材には同一符号を付してその説明は省略する。
【００４２】
本実施例の電子時計では、発電コイル２２から２次電池４２へ向けた充電回路に充電遮断スイッチ６４を設けている。そして、残量検出部６２は、２次電池４２の残量検出を行なう場合、所定の短時間だけスイッチ６４をオフし、２次電池４２の充電を強制的に停止させる。
【００４３】
このとき、電圧検出部６０で検出される２次電池４２の検出電圧Ｖi は、図７に示すように変化する。すなわち、急速充電時に、ｔa のタイミングでスイッチ６４をオフし充電を停止させると、２次電池４２の端子電圧Ｖi は、真の充電量に対応した安定電圧に向けて減衰を開始する。
【００４４】
ポリマー電池の特性として、充電を停止してから一定時間経過後の電圧低下が大きい程、実際の充電量は少ないと判断できる。
【００４５】
残量検出部６２は、このような２次電池４２の減衰特性と、検出電圧Ｖi とから、充電量に対応した２次電池の安定電圧を推定演算し、これを各基準電圧Ｖa 〜Ｖd と比較する。そして、推定演算された電圧が、いずれかの基準電圧を上回った場合には、当該基準電圧に対応した残量検出信号を時計回路７０へ向け出力する。
【００４６】
このようにすることによっても、ポリマー電池４２の急速充電時における残量検出を正確に行なうことができる。
【００４７】
第２参考例
図８には、本実施の形態の電子時計の好適な第２参考例が示されている。
【００４８】
参考例の電子時計では、発電コイル２２から２次電池４２へ向けた充電回路に充電電流を検出する電流計６６が設けられ、その検出値が残量検出部６２へ向け出力されている。
【００４９】
残量検出部６２は、検出された充電電流と、充電時間とに基づき、２次電池４２への充電エネルギーを演算する。そして、充電エネルギーに基づき検出電圧を補正演算し、補正された検出電圧を前記実施例と同様に各基準電圧Ｖa 〜Ｖd と比較する。そして、補正検出電圧が、いずれかの基準電圧を上回った際、該当する残量の検出信号を時計回路７０へ向け出力する。
【００５０】
このように、参考例の残量演算部６２は、演算された充電エネルギーから２次電池４２の検出電圧の上昇分を補正し、充電量に対応した電圧を推定演算している。このようにすることによっても、ポリマー電池４２の急速充電時における残量表示を正確に行なうことができる。
【００５１】
また、予め充電エネルギーと電圧との相関関係をテーブル化して残量演算部６２に記憶しておくことにより、前記電圧検出部６２を用いることなく、充電電流と充電時間とから求まる充電エネルギーから充電電圧を推定できる。
【００５２】
なお、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で各種の変形実施が可能である。
【００５３】
例えば、前記実施例では、発電手段として図２に示すような発電機１６および回転錘１２を用いたものを例に取り説明したが、本発明はこれに限らず、各種の発電手段、例えば太陽電池等を用いた電子時計に対しても適用可能であることはいうまでもない。
【００５４】
また、前記実施例では、残量表示するインジケータとして、アナログ表示用の秒針を用いる場合を例に取り説明したが、本発明はこれ以外に、例えば、液晶表示タイプの電子時計では、液晶ディスプレイ上に残量表示するようにしてもよい。
【００５５】
また、必要に応じ、音声出力用のＩＣを設け、残量を音声出力させてもよい。
【００５６】
また、前記実施例では、本発明を腕時計に適用した場合を例に取り説明したが、本発明はこれに限らずこれ以外の各種時計、例えば携帯用時計等にも適用可能であることはいうまでもない。
【００５７】
以上説明したように、本実施の形態によれば、２次電池を急速充電する場合に、２次電池の残量を正確に検出し使用者に知らせることができる電子時計およびその残量検出方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施の形態の電子時計の第１参考例の回路図である。
【図２】 参考例の電子時計の機械的な構成の要部を示す説明図である。
【図３】 参考例の電子時計の昇圧回路の動作を示す説明図である。
【図４】 電極に導電性ポリマーを用いた２次電池の急速充電時における充電特性の説明図である。
【図５】 残量表示の具体例の説明図である。
【図６】 本実施の形態の電子時計の実施例の回路図である。
【図７】 実施例にかかる電子時計の残量検出の原理の概略説明図である。
【図８】 本実施の形態の第２参考例にかかる電子時計の回路図である。
【符号の説明】
１０ 発電手段
４０ ２次電源
４２ ２次電池
４４ 昇圧回路
４６ 補助コンデンサ
６０ 電圧検出部
６２ 残量検出部
６６ 電流計
７０ 時計回路

Claims (1)

1. 充電用電気エネルギーを出力する発電手段と、
   前記充電用電気エネルギーにより充電される２次電源と、
   前記２次電源の充電エネルギーを用いて作動する時計回路と、
   前記２次電源の電圧を検出する電圧検出手段と、
   前記電圧検出手段により検出した検出電圧に基づき前記２次電源の残量検出を行う残量検出手段と、
   を含み、前記残量検出手段により検出した検出残量を知らせ、２次電源の充電を使用者に促す電子時計であって、
   前記発電手段から前記２次電源への充電を停止させる充電遮断スイッチ手段を含み、
   前記２次電源は、急速充電時に端子電圧が急速に立ち上がり、その後真の充電量に対応した安定電圧に落ち着くという特性をもつ２次電池を含み、
   前記残量検出手段は、
   前記スイッチ手段により前記２次電源の充電を一時的に停止し、停止してからの一定時間後の端子電圧の低下に基づき、前記２次電池の残量を検出し残量の検出信号を出力するよう形成されたことを特徴とする電子時計。

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