(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次電池を所定時間高放電させる高放電回路と、前記一次電池を長期間連続して低放電させる低放電回路と、前記高放電回路による放電が終了した後に前記一次電池の初期出力電圧を検出する電圧検出部と、前記一次電池の出力電圧が前記初期出力電圧に基づいて設定された基準電圧以下になったことを検知して報知する手段と、を備えることを特徴とする長期間タイマー。
【請求項２】
前記一次電池は、リチウム電池であることを特徴とする請求項１に記載の長期間タイマー。
【請求項３】
前記高放電回路は、前記一次電池の容量の３％以上２０％以下を放電させることを特徴とする請求項２に記載の長期間タイマー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、年単位の長期間タイマーに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、年単位の長期間タイマーとしては、ＣＲ発振によるものが知られている。これは図５に示すように、カウンタ１０１とインバータ１０２，１０３とコンデンサ１０４と抵抗１０５，１０６からなっており、コンデンサ１０４と抵抗１０５のＣＲ時定数により、インバータ１０２，１０３を用いて発振させ、それを基本クロックとしてカウンタ１０１をカウントアップし、長期間タイマーを構成していた。
【０００３】
しかしながら、上記の構成ではＣＲ時定数のバラツキが２０％程度あり、このバラツキがそのまま長期間タイマーのバラツキとなってしまう。
また、長期間タイマーをマイクロコンピュータのみで構成する場合もあるが、消費電流が多くなったり、その機能のために安価なマイクロコンピュータが使えなかったりする問題点があった。
【０００４】
一方、安価なマイクロコンピュータで製作可能なものとして、例えば特許文献１では、放電電流に対する出力電圧の低下特性が既知の一次電池を用いた長期間タイマーが提案されている。
この長期間タイマーは、図６に示すように、放電電流に対する出力電圧の低下特性が既知の一次電池１１１と、この一次電池を所定の放電電流値で放電させる高抵抗体１１２と、一次電池１１１の出力電圧を検出する電圧検出回路１１３と、この電圧検出回路で検出された出力電圧が予め定めた経過期間に対応する出力電圧に達したときに出力を出す比較回路１１４と、この比較回路１１４の出力で作動し、所定の期間が終了したことを報知する表示手段１１５とからなる。
この長期間タイマーでは、一次電池１１１に適当な負荷を接続して微小電流を放電させておくと、一次電池の出力電圧が年月の経過に伴い低下し、この出力電圧が予め設定した値となったときに比較回路１１４から出力が出て、表示手段１１５がこれを表示するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平２−２５２３１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の長期間タイマーは、一次電池の放電特性を利用して時間を計測しているため、安価なマイクロコンピュータ（マイコン）やロジック回路で実現することができる。
しかしながら、一次電池を放電させて時間を計測する方式のタイマーの場合、使用する一次電池の保存期間や保存環境によって初期電圧や初期の電圧降下特性に大きなバラツキが生じる。このため、定電流回路を用いて所定の放電電流で放電させ、電圧降下分を測定して時間を計測しても、大きな誤差が発生する問題がある。
【０００７】
そこで本発明は、一次電池を利用した長期間タイマーの誤差を改善し、信頼性の高い安価な長期間タイマーの実現を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記の目的を達成すべく為された本発明は、一次電池を所定時間高放電させる高放電回路と、前記一次電池を長期間連続して低放電させる低放電回路と、前記高放電回路による放電が終了した後に前記一次電池の初期出力電圧を検出する電圧検出部と、前記一次電池の出力電圧が前記初期出力電圧に基づいて設定された基準電圧以下になったことを検知して報知する手段とを備えることを特徴としているものである。
本発明の長期間タイマーでは、前記一次電池としてリチウム電池を用いることが好ましい。また、前記高放電回路は、一次電池として用いるリチウム電池の容量の３％以上２０％以下を放電させるものであることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の長期間タイマーによれば、使用する一次電池の保存状態や保存期間などが異なっていても、誤差を大幅に改善でき、信頼性の高い安価な長期間タイマーを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施形態例に係る長期間タイマーのブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態例に係る長期間タイマーの動作を説明するためのフローチャートである。
【図３】本発明の長期間タイマーに用いられる一次電池の放電特性の一例を示す図である。
【図４】本発明の長期間タイマーに用いられる一次電池の放電特性の一例を示す図である。
【図５】従来のＣＲ発振による長期間タイマーの電気回路図である。
【図６】従来の一次電池を用いた長期間タイマーのブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明の長期間タイマーは、一次電池の放電電流に対する出力電圧の低下特性（放電特性）を利用したタイマーであり、数年から１０年以上のタイマーとすることができるものである。
一次電池としては、放電特性が既知のアルカリ電池やリチウム電池を用いることができる。
【００１２】
図３及び図４は、本発明の長期間タイマーに好適に用いられるリチウム電池の放電特性の一例を示しており、横軸は放電容量（ｍＡｈ）、縦軸は出力電圧（Ｖ）である。
なお、ここに挙げたリチウム電池は、公称電圧３Ｖ、標準容量２４００ｍＡｈのものである。
【００１３】
図３は、保存期間の異なる３つのリチウム電池（保存期間１年、４年および１０年）を、常温環境（＋２０℃）において３ｍＡ連続放電させたときの放電特性を示している。
図３から分かるように、使用する一次電池の保存期間が異なると、初期電圧にバラツキが生じると共に、初期の電圧降下特性にもバラツキが生じている。
【００１４】
図４は、保存期間１年の一次電池を低温環境（−２０℃）、常温環境（＋２０℃）および高温環境（＋６０℃）において３ｍＡ連続放電させたときの放電特性を示している。
図４から分かるように、保存状態が同じ一次電池でも放電時の温度環境が異なると、初期電圧にバラツキが生じると共に、初期の電圧降下特性にもバラツキが生じている。
【００１５】
このため、従来のように、単に一次電池を所定の放電電流で放電させ、電圧降下分を測定して時間を計測しても、使用する一次電池の保管状況などによって大きな誤差が生じる。
具体的には、例えば保存期間１年の初期電圧３．２０Ｖの電池を３ｍＡで連続放電させた場合、０．５Ｖ電圧降下して出力電圧が２．７０Ｖになるまでの時間は６９３時間（２０８０ｍＡｈ÷３ｍＡ）となり、保存期間１０年の初期電圧３．１０Ｖの電池を３ｍＡで連続放電させた場合、０．５Ｖ電圧降下して出力電圧が２．６０Ｖになるまでの時間は５８３時間（１７５０ｍＡｈ÷３ｍＡ）となり、約２０％の誤差が生じてしまう（図３参照）。
また、高温環境（＋６０℃）で３ｍＡ連続放電させた場合、初期電圧は３．３０Ｖであり、０．５Ｖ電圧降下して出力電圧が２．８０Ｖになるまでの時間は６９０時間（２０７０ｍＡｈ÷３ｍＡ）となり、低温環境（−２０℃）で３ｍＡ連続放電させた場合、初期電圧は３．１０Ｖであり、０．５Ｖ電圧降下して出力電圧が２．６０Ｖになるまでの時間は６００時間（１８００ｍＡｈ÷３ｍＡ）となり、約１５％の誤差が生じてしまう（図４参照）。
【００１６】
一方、図３及び図４から分かるように、連続放電時の出力電圧は、いずれの場合も放電初期に大きく変動し、その後は安定して徐々に下がっていく。
そして、出力電圧が安定した後（この例では放電容量が約１００ｍＡｈ以降）の放電特性に着目すると、いずれの場合もほぼ同じ放電特性を示している。
【００１７】
具体的には、保存期間１年の電池の放電容量１００ｍＡｈの時の出力電圧は２．９８Ｖであり、出力電圧がこれよりも０．５０Ｖ低い２．４８Ｖに低下する時の放電容量は約２３３０ｍＡｈであり、この間の放電容量の差は約２２３０ｍＡｈである。
また、保存期間１０年の電池の放電容量１００ｍＡｈの時の出力電圧は２．７５Ｖであり、出力電圧がこれよりも０．５０Ｖ低い２．２５Ｖに低下する時の放電容量は約２３３０ｍＡｈであり、この間の放電容量の差は約２２３０ｍＡｈである。
また、高温環境（＋６０℃）で連続放電させた電池の放電容量１００ｍＡｈの時の出力電圧は３．０７Ｖであり、出力電圧がこれよりも０．５０Ｖ低い２．５７Ｖに低下する時の放電容量は約２３３０ｍＡｈであり、この間の放電容量の差は約２２３０ｍＡｈである。
また、低温環境（−２０℃）で連続放電させた電池の放電容量１００ｍＡｈの時の出力電圧は２．７５Ｖであり、出力電圧がこれよりも０．５０Ｖ低い２．２５Ｖに低下する時の放電容量は約２３３０ｍＡｈであり、この間の放電容量の差は約２２３０ｍＡｈである。
【００１８】
このように、一次電池の保存状態や放電時の温度環境が異なっても、出力電圧が安定した後（この例では放電容量が約１００ｍＡｈ以降）の放電特性はほぼ同じ特性を示している。
本発明の長期間タイマーは、一次電池の上記のような放電特性を考慮することによって、長期間タイマーの誤差を大幅に改善したものであり、以下に本発明の実施形態例を図面により詳細に説明する。
【００１９】
図１は本発明の一実施形態例に係る長期間タイマー１のブロック図であり、１０は一次電池、２０は高放電回路、３０は低放電回路、４０は電圧検出部、５０は報知手段、６０はマイコンである。
【００２０】
一次電池１０としては、放電電流に対する出力電圧の低下特性が既知のアルカリ電池やリチウム電池を用いることができ、特に容量が大きく自己放電が少ないリチウム電池が好適である。
【００２１】
高放電回路２０は、長期間タイマー１のタイマー動作を開始する前に、一次電池１０を所定時間高放電させ、一次電池１０の出力電圧を安定させるためのものである。
本例の高放電回路２０は、ＬＥＤ２１と、２つの抵抗２２，２３と、トランジスタ２４で構成された定電流回路であり、３ｍＡ放電されるようになっている。なお、本例では抵抗２２は２２０Ω、抵抗２３は２２ｋΩのものを用いている。
【００２２】
低放電回路３０は、高放電回路２０による放電によって出力電圧が安定した一次電池１０を長期間連続して低放電させるものである。
本例の低放電回路３０は、３端子レギュレータ３１と、２つのコンデンサ３２，３３と、抵抗３４で構成された定電流回路であり、その放電量は長期間タイマー１のタイマー期間に応じて例えば数十〜数百μＡになるように設定される。
【００２３】
電圧検出部４０は、一次電池１０の出力電圧を常時検出するものである。
報知手段５０は、音を発するブザーやスピーカ５１等、光を発するＬＥＤ５２等、文字や画像を表示する液晶表示装置等のいずれかを備え、所定のタイマー期間が終了したことを報知するものである。
【００２４】
マイコン６０は、高放電回路２０による放電時間や報知手段５を制御する。本例のマイコン６０は、短時間タイマー６１、記憶部６２、基準電圧設定部６３、比較部６４を備えている。
短時間タイマー６１は、高放電回路２０を所定時間動作させるものである。本例の短時間タイマー６１は、３３時間のタイマーである。
記憶部６２は、一次電池１０の放電特性を予め記憶するものである。
基準電圧設定部６３は、高放電回路２０による放電によって出力電圧が安定した一次電池１０の初期出力電圧Ｖｓに基づいて、長期間タイマー１の終了時点となる一次電池１０の基準電圧Ｖｅを設定するものである。比較部６４は、低放電回路３０によって低放電中の一次電池１０の出力電圧と基準電圧Ｖｅとを比較するものである。
【００２５】
次に、本例の長期間タイマー１の動作を、図２のフローチャートを用いて説明する。なお、本例では図３、図４の特性を有する一次電池（リチウム電池）を用いて、７年（６１３２０時間）タイマーを構成する場合を説明する。
【００２６】
（ステップＳ１）
まず、記憶部６２に放電電流に対する出力電圧の低下特性（図３、図４の放電特性）が記憶されている一次電池１０を、装置に装着する。
本例では、一次電池１０として保存期間１年のものを用いている。
【００２７】
（ステップＳ２）
一次電池１０がセットされると、低放電回路３０において常時３０μＡの定電流が放電されると共に、短時間タイマー６１が動作して高放電回路２０において３ｍＡの定電流が放電される。なお、高放電回路２０による放電中はＬＥＤ２１が点灯し、これを確認することができる。
このステップＳ２を行うことによって、一次電池１０の放電容量は約１００ｍＡｈとなり、使用する一次電池の保存状態などが異なっても、これ以降は図３、図４に示したように出力電圧が安定し、記憶部６２に記憶されている放電特性とほぼ同じ特性を示すようになる。
【００２８】
（ステップＳ３、Ｓ４）
３３時間経過すると、マイコン６０は、短時間タイマー６１の動作を停止する。これにより、高放電回路２０による放電が停止しＬＥＤ２１が消灯する。これと同時に、電圧検出部４０にて一次電池１０の初期出力電圧Ｖｓが検出される。
本例の場合、初期出力電圧Ｖｓ（図３の保存期間１年のものの放電容量１００ｍＡｈの出力電圧）は２．９８Ｖとなる。
【００２９】
（ステップＳ５）
基準電圧設定部６３は、記憶部６２に記憶されている一次電池１０の放電特性と、ステップＳ４で検出された一次電池１０の初期出力電圧Ｖｓに基づいて、長期間タイマーの終期に対応する基準電圧Ｖｅを設定する。
本例の場合、７年タイマーであり、この間は低放電回路３０において常時３０μＡの定電流が放電されるため、その間の放電量は７年×３６５日×２４時間×０．０３ｍＡ＝１８４０ｍＡｈとなる。このため、基準電圧Ｖｅは、図３の放電容量が１００＋１８４０＝１９４０ｍＡｈの時の出力電圧である２．７８Ｖに設定される。
なお、８年タイマーとする場合には、その間の放電量は８年×３６５日×２４時間×０．０３ｍＡ＝２１０２ｍＡｈとなる。このため、基準電圧Ｖｅ’は、図３の放電容量が１００＋２１０２＝２２０２ｍＡｈの時の出力電圧である２．６０Ｖに設定される。
【００３０】
（ステップＳ６）
電圧検出部４０は、低放電回路３０によって低放電中の一次電池１０の出力電圧Ｖｏを常時検出し、比較部６４は、この一次電池１０の出力電圧Ｖｏと基準電圧Ｖｅ（２．７８Ｖ）を比較する。
【００３１】
（ステップＳ７）
比較部６４が一次電池１０の出力電圧Ｖｏが基準電圧Ｖｅ以下になったことを検知すると、マイコン６０は報知手段５０に信号を送り、報知手段５０は音や光等を発することによってタイマー期間（７年）の終了を報知する。
（ステップＳ８）
最後に、必要に応じて一次電池１０は取り外される。
【００３２】
なお、上記の例では一次電池１０として保存期間１年のものを用いているが、保存期間１０年ものを用いた場合は、初期出力電圧Ｖｓ”（図３の放電容量１００ｍＡｈの出力電圧）は２．７５Ｖとなり、基準電圧Ｖｅ”（図３の放電容量１９４０ｍＡｈの出力電圧）は２．５４Ｖに設定され、上記の例と同様に７年の長期間タイマーとなる。
このように本発明では特にステップＳ２を行うことによって、使用する一次電池の保存状態などが異なっていても、タイマー期間中の放電電流に対する出力電圧の低下特性はほぼ同じものとなるため、長期間タイマーの誤差を大幅に改善することができる。
【００３３】
以上、本発明の一実施形態例を説明したが、本発明はこの実施形態例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、適宜の変更等ができることは言うまでもない。
例えば高放電回路２０による放電時間及び放電量は、使用する一次電池の容量や放電特性に応じて適宜設定することができる。但し、高放電回路２０による放電量が少な過ぎると出力電圧が十分に安定しない場合があり、放電量が多過ぎるとタイマー期間の設定の自由度が阻害される場合がある。このため、例えば一次電池としてリチウム電池を使用する場合には、高放電回路２０による放電量は、電池容量の３％以上２０％以下に設定するのが好ましく、３％以上１０％以下に設定するのが特に好ましい。
また、高放電回路２０や低放電回路３０などの回路構成は、同様の機能を有するものであればいかなる回路構成であってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明の長期間タイマーは、例えば消火器やガス警報器のように有効期限が数年以上に及ぶ機器等に取り付けることにより、特別な検査を行うことなく有効期限が過ぎたものを確実に識別して、保守・点検を容易に行えるようになる。
【符号の説明】
【００３５】
１  長期間タイマー
１０  一次電池
２０  高放電回路
２１  ＬＥＤ
２２、２３  抵抗
２４  トランジスタ
３０  低放電回路
３１  ３端子レギュレータ
３２、３３  コンデンサ
３４  抵抗
４０  電圧検出部
５０  報知手段
５１  スピーカ
５２  ＬＥＤ
６０  マイクロコンピュータ（マイコン）
６１  短時間タイマー
６２  記憶部
６３  基準電圧設定部
６４  比較部
１０１  カウンタ
１０２、１０３  インバータ
１０４  コンデンサ
１０５、１０６  抵抗
１１１  一次電池
１１２  高抵抗体
１１３  電圧検出回路
１１４  比較回路
１１５  表示手段
１１６  信号線
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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