JPS6066179A - コンデンサ−電源電子時計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、コンデンサーを電源とする電子時計を実用に
供するためなさ〕たもので、特に停止している時計を発
進させる時の起動性を向上する事を目的としている。

コンデンサーを１源とする電子時開の提案について社、
特出８５７−１３５８５０で既に先願されているが、本
発明は、さらにこの実用性を高めたコンデンサー電源電
子時泪を提供しようとするものである。

電気二重層原理を応用したコンデンサーが商品イピされ
、行年を経過してきている。この電、気二重層コンデン
サーは、物質の表面に必然的に発生する物理現象を応用
している為、アルカリマンガン電池や銀電池等のいわゆ
る化学電池に比べ性能劣下が少なく、原理的には半永久
的か可逆性が可能になると老犬られている。又、電気二
重層コンデンサーは、従来のアルミ電解コンデンザ等に
比べ、その静電容ｉｃが同一容積では、１０１′〜１０
？倍程度可能になってきている。それは、静電容量Ｃ（
伏、次の（１１式で表わされるからである。

０”Ｓ／ｄ　・・・・・・・・・・・・（１）ここでＳ
は、二物質問に電荷をもって界している表面積、ｄはそ
の二物質問の絶縁を保った間隔である。先ずＳについて
は、活性炭を用いる事によシ、その単位体精あたりの表
面積を広け、計算上げ、１０００が／ｆ程度は可能とさ
れている。

又、ｄについては、電急二重層原理が物理現象であるた
め分子オーダーの厚みが可能となる。この事に−よって
、ボタン電池程度のサイズで、０．１Ｆ〜２Ｆ程度の静
電容重をもつ長期信頼性の高いコンデンサーがイ４（ら
ねる訳である。

一方、電子時計、％に携帯時刻においては、その消費エ
ネルギーが、ＭＯＳ−Ｉｃ技術の進歩。

磁性月料や液晶材料の開発にょシ、非常に減少してきて
いる。現在の携帯時計のレベルとすれば、１μＷ〜２μ
Ｗで十分作動できる所までに達して（Ａる。この様なレ
ベルになれば、前述したコンデンサー容１けにおいて、
１〜１８日程度の作動１バックアップが再伸となる。又
、１次Ｎ源として、サイズ厚み等に制約の少ないアモル
ファス太陽電池を用いねば、昼間は太陽電池により作ν
１させ、夜間はコンデンサーで作動バックアップを行な
うとし）う理想的な長寿命電子時計が得らゎる翰になる
。

しかし、前述のコンデンサーを時計作動のバックアップ
に用いた場合、次の様な問題点を生ずる。

それは、数日間机の中に入れておいた時の様に１、コン
デンサーのバックアップ可能時間を越えで、１次雷、漣
である太［揚重１池、Ｘニジの供給を停止させた場合に
発生ずるもので、コンデン−ＩＪ−の持っている電圧が
低下し、いわゆる５・イス・ｆ−ヤージ状態になってし
貰う場合を考えると、このデイスヂャージ状態から時計
を作シＪさせようとするには、１次ｍ源である太陽電池
に先金を］てて、時計体の作動開始電圧になる１で待た
なければいｔＹない。この時間は、太陽電池の面積によ
っても異ムるが、携帯時計サイズの２〜５　ｃｒｌ程度
で考えＪ′（げ、直射日光下で考えたとしても、わηＩ
Ａ程陣の電扼しかとり出せず、前記コンデンサーへの充
電時間は、数分を要する事に２＜る。この数分の間、使
用者は時間合せもできず、まして時刻を知る事は不可能
となってし甘う。使用者にとってみｔｔば、止っている
時計は、すぐ動かして時刻合せをしたいのが普通で、直
射日光に数分さらして待つという事は、商品性をいちじ
るしく減する事になる。昔して直射日光を簡単に得られ
Ｚ）場合が必ずある訳ではないので、室内の光しか得ら
れ永い場合は数１０分へ・数時間時たなければならなく
、商品としては不完全な物になってし甘う。

従って、Ｃンデンサーを電源とする電子時計に於ては、
停止した状態からいかに早く作動させるかという事（起
動性）が商品性を高める土で必要になってくる。

起動性を高める方法としては、太陽電池による１次エネ
ルギーの一部全直接時計体に供給し、余分なエネルギー
をスイッチ回路によシ切換えて、２次電源である二重層
コンデンサーに供給する方法が考えらねる。この方法は
、確実性は高いが、次の様々欠点がある。

１、　スイッチ回路をＩＣ上に組込むためのスペースロ
スとエネルギーロスがあること。

２．２次電源が穿の状態でも作動できるため、不注意で
１次電源の供給を止める（例えば袖の中に時計を入れる
）と、作動が停止し遅れとなる。

３、　アナログクォーツの様に、間欠的に比較的大きな
電流（５００μ八〜１ｍＡ）’ｉ必要とする駆動方式に
対応するためには、補助用の小容量コンデンサーを必要
さする。

ところで、電気二重層コンデンサーの放電特性は、通常
のコンデンサーと同様に、（２）式により４見られる。

Ｐ＝Ｆｉｏｅ−、、・・・・・・・・・・・・（２）こ
こに、Ｅは残電圧＋ＫＯは初期電圧、Ｒ−（！はコンデ
ンサーの時定数、ｔはＥ。からＥ甘でに電圧降下する時
間（持続時間）、θは自然対数の底である。

ここで、持続時間ｔをみるために（２）式の両辺の対数
をとると、（３）式となる。

１ｏｇ　Ｅ　＝　−−ｔ　−１−ｌｏｇ　Ｅ、）　−−
・＝　（３１２，３ＲＣ 従って持続時間ｔは、１ｏｇＥの１次式で表わされる訳
である。

ここで、電気二重層コンデンサーのＥｏからの無負荷放
電をみてみると、第１図１に示す傾向をもっている。Ａ
ＡはｌｏＩ！Ｗ　ｏである。ＡＢ間は、電気二重層コン
デンサーを完全にＩ和させる事が非常に時間がかかるた
め、実用上けさけらｈ’ｌい初期ドロップ区間であり、
Ｂ以後は、このコンデンサーの性能を表わしている部分
であるが、Ｃ府を境に時定数が若干変什する性質な・も
っている。

Ａ小は、定格電圧として牙１１用されるが、この電気二
重層コンデンサーを形成する電解液により決定され、箪
りニ牙層原夏」を半永久的にＰシかオ、させるため、雷
ワ分解電圧を越えては設定できない〇例えば、水を用い
た炉柳系の場合には１．２ｖ以下、Ｌｉ系の有枦溶剤を
用いた有機系の場合には３ｖ程度である。実用上からげ
、使用条件に対する安全性を＾で、定格電圧は無機系０
９■、有機系２．０ｖ程度に設定されている。Ｃ虚の電
圧は、定格電圧（ＡＡの重圧）に対して、２０〜３０チ
秤度の所に存在している、なぜ時定数が変化するのか明
確ｆ１−理論付けはないが、雷気二重層原耶が、低電圧
（定格重圧に対し十分低い電圧）程安定して起シ易い為
でけ力いかと考えらねる。特に充電に要する時間が短か
く々る程この現象が強く現われる。０点を・蕪負荷放置
電圧均衡力と呼ぶ事にする。

このコンデンサーを電源として用いる場合には、定格重
圧Ａから始めて、作動停止重圧をとこオでとるかとｂう
事が問題となる。作動停止重圧はできるだけ但い方が、
より多くのエネルギーを取り出せる事になるが、宣子時
言１の様にｃ−ＭＯ８ＩＣにより標準信号の発振回路を
形成しにシ、運針のだめのモーターを駆動する様な場合
、作動停止電圧は、０７〜０．９ｖ程度までしか下ける
事ができない。

第２図（７）〜（つ）は、作動停止霜１圧を無負荷放置
電圧均衡点Ｃに対し、高い場合１等しい場合、低い場合
の３例について、等容量のコンデンサーにおいて持続時
間Ｔおよび作動停止電圧り以後の放電１カーブをみたも
のである。第２図から判る杼に、作動停止重圧が低い程
持続時ｒＩＡ＋は長くなるのは当然であるが、作動停止
電圧以後のコンデンサー電圧Ｅの降１のし方が、無負荷
放置電圧均衡点Ｃよシ作動停止電圧りが高い場合には、
同じが低い場合よシ大きいという事である。従って作動
停止電圧は、０点よや下に設定する方が、一定期間の放
置に対し、箱圧吟下が少カく、従って、１次電源から充
電したときの起動性が良くなる事になる。

ところで、作動停止雪圧′ｎ全コンデンサーの無負荷放
置電圧均衡点Ｃよりイ氏〈とる為には、次の様な障害が
ある。

前述した様に電子時計の作動停止電圧は、０７〜０．９
　Ｖであるのに対し、０点の電圧は、然様系で０．２〜
ｏ３ｖ、有様系で０．４〜０．５ｖ程度である。この為
、コンデンサーセルを直列に積Ｉｆ　ｌ、、前記条件を
満足させ方はわばならない事になる。

コンデンサーを直列積層した場合には、その静電容−１
’ｔｌ　ｃが、積層数に反比例して下がるので、時定数
も下がる事にカシ、従って自己放電による電圧降下も大
きくなり、当初の目的と反する事になる。

どころで、電子時計の作動範囲は、それ程大きくとる半
値゛むずかしく、特にモーターを使用するた場合全加味
すると、作動範囲は、２．０ｙ〜０．７ｖ程度が限界に
近い。小型時計の場合、釧電池をｖ瀝とした回路、モー
ターを利用するのが一般的のため、設計上の中心値は、
１．５〜１．６■に設定されている。従って、コンデン
サーあ定格重圧及び作動雷圧帥４囲ヰ、こわド合わせる
様に設定される８賛性が生じる。

電気二重層コンデンサーの電解液が無機系の場合は、２
〜５層必要で、この時の定格電圧は１．８Ｖ〜２．７Ｖ
、無負荷放置電圧均衡点は、０．６〜０．９Ｖとなる。

又、有機系の場合は単層で、定格重圧２、　Ｑ　１７、
炉負荷放デ電圧均衡点け０４〜０．５　Ｖとなる。

この結果を利用して、本発明の一実箔例を８１′１．３
図に示す。本実施例は、無機糸の電九盪ト液（Ｈ２０十
Ｔ（２Ｓｏ、）を利用した容量０．５　Ｆ　２層積層コ
ンデンサーの時計負荷シュミレーションである。作ｇＨ
ｊ＋停止（０，７Ｖ　）−ｊでの持続時間ね、７５時間
、無負荷放置電圧均衡点を０．６ｖとして、作動停止か
ら事になる。この状態において起動させるＫは、１次電
源である太陽電池からの充雷雷流が直射日光０、５　Ｘ
　Ｏ，２ 下で５　ｍ　Ａ程とわるので、およそ−。。。５−１２
秒程で起動さ（とる車ができる様に々る。

従って、２週間程度時計を放っておいても比較的短時間
で起動させる事ができるので、実用上あ甘り間Ｗｑ晃い
常子面計−二供給できる事になる。

作動イθ止を０６’Ｖに寸で下げ無負荷放置重圧均衡点
と一致できねば、雪圧降下はさらに４．５日間延長でき
、効果が大きくなる。

以上述べた様に、電気二重層コンデンサーの持っている
性質を牙１１用して、作動停止電圧と、無負荷放置電圧
の均衡点ケできるだけ近づける様に時計の設計を行えば
、実用上、起動性が気に々らない範囲の電子時汁１が供
給できる。

一般的に、電子時計において、標準信号である水晶振動
子の発振停止電圧よシ、モーターの駆動停止電、圧の方
が高目に設定されているが、モーターに用いる永久磁石
の引き力を調整し、発振停止電圧と駆重り停止電圧を一
致させモジュールの作動停止電圧とする事で、ロスの最
小の電子時計が得られる事はいう１でもない。

実施例は、アナログ式電子時計の場合で説明したが、液
晶等全利用したデジタル表示式の電子時計にも同様に応
用できる。

以上、電気二重層コンデンサーの性質を利用する事によ
シ、特別な負荷回路をもたなくても、十分実用上可能性
のあるコンデンサー電渾電子時計を得る４１ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、電気二重層コンデンサーの一般的な無負荷放
電カーブのモデル図。 第２図は、負荷を加味した時の放πｊカーブのモデル図
。 ＠３図は、本発明の実施例に基づく知′気二重層コンデ
ンサーの時開負荷放電カーブ。 Ａ点：定格電圧点 ０点：無負荷放置電圧均衡点 りＡｍ作動停止電圧点 第１図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電渭として電気二重層コンデンサーを有する電子
   時計において、前記電気二重層コンデンサーの無免荷放
   置Ｎ１圧均衡点と前記電子時計の作動停止電圧を、はぼ
   一致させた事を特徴とするコンデンサー電源電子時計。
2. （２）前記電気二重層コンデンサーの充電手段として、
   火曜、重油を搭載している事を特徴とする特許請求の範
   囲８ｆ１頂記載のコンデンサー電源１１子時計。