(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バックアップ電池と、
太陽電池と、
該太陽電池から入力される電圧値が他の回路の駆動に最低限必要な駆動最低値よりも下がることにより前記バックアップ電池から電力を供給させる電力補充手段と、
前記太陽電池から入力される電圧値が前記駆動最低値よりも低い駆動不要値よりも下がることにより前記バックアップ電池からの電力の供給を停止する電力供給停止手段とを備え、
前記電力補充手段は、前記太陽電池からベースに入力される電圧値が他の回路の駆動に最低限必要な駆動最低値以上であればオフ状態を維持し、前記駆動最低値未満であればオン状態となる第２トランジスタで構成し、
該第２トランジスタのエミッタを第１トランジスタのベースに接続し、該第１トランジスタのエミッタを前記バックアップ電池のプラス極に接続すると共に該第１トランジスタのコレクタを前記太陽電池のプラス極に接続することにより、第２トランジスタがオフ状態を維持すれば、第１トランジスタもオフ状態を維持するようにして前記太陽電池から電力を供給させると共に前記バックアップ電池からの電力の供給を停止する一方、第２トランジスタがオン状態となれば、第１トランジスタをオン状態として太陽電池に加えてバックアップ電池から電力を供給し、
前記電力供給停止手段は、前記太陽電池からベースに入力される電圧値が前記駆動最低値よりも低い駆動不要値よりも下がることによりオフ状態を維持し、前記駆動最低値以上であればオン状態となる第３トランジスタで構成し、
該第３トランジスタのコレクタを太陽電池及びバックアップ電池のマイナス極に接続し、エミッタを第２トランジスタのコレクタに接続することにより、第３トランジスタがオフ状態となれば、第２トランジスタ及び第１トランジスタを順次強制的にオフ状態としてバックアップ電池からの電力の供給を停止するようにしたことを特徴とするバックアップ電池付き電源回路。
【請求項２】
前記請求項１に記載のバックアップ電池付き電源回路からの供給電力により駆動すると共に、水位検出手段の検出信号に基づいて表示部に水位を表示させる水位表示回路を備えた表示機能付き液体容器であって、前記水位表示回路は、パルス信号を出力する発振回路と、セット端子に前記水位検出手段の検出信号が入力され、リセット端子に前記発振回路のパルス信号が入力されることにより、前記表示部に水位を表示させるラッチ回路とを備えたことを特徴とする表示機能付き液体容器。
【請求項３】
前記請求項１に記載のバックアップ電池付き電源回路からの供給電力により駆動すると共に、温度検出手段の検出信号に基づいて液体容器内の液温を表示部に表示させる温度表示回路を備えた表示機能付き液体容器であって、前記温度表示回路は、パルス信号を出力する発振回路と、前記温度検出手段の検出信号に基づいて液温を判定するシステムリセットＩＣと、該システムリセットＩＣからの出力信号がセット端子に入力されると共に、前記発振回路からのパルス信号がリセット端子に入力されることにより、前記表示部に温度表示を行わせるラッチ回路とを備えたことを特徴とする表示機能付き液体容器。
【請求項４】
前記太陽電池用駆動回路から水温判定回路への供給電力を並列接続したツェナダイオードを介して供給することを特徴とする請求項２又は３に記載の表示機能付き液体容器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、外部電源を必要としないポットや魔法瓶に収容した水の温度や水位を太陽電池からの供給電力により表示させるため等に使用される太陽電池用駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、魔法瓶等では、電池等の供給電力を利用して収容した水の温度や水位を表示できるようにしたものとして、例えば、（１）実公昭６１−１２０２１号公報、（２）実公平２−４３３０２号公報、（３）実公平４−４３６４７号公報に開示のものがある。
【０００３】
前記（１）は、液体容器の中心と外周とにそれぞれ電極を配設し、電池からの供給電力により水位の違いによる両電極間の静電容量の変化を検出してＬＥＤを点灯させるようにしたものである。
【０００４】
前記（２）は、太陽電池を集光に最も都合のよい場所に設置すると共に、液量表示部へのリード線を最短とできるように工夫されたもので、前記（１）同様、２つの電極間の静電容量の変化に基づいて液量を表示するようにしたものである。
【０００５】
前記（３）も、前記（１），（２）同様、２つの電極間の静電容量の変化に基づいて液量表示するようになっている。但し、液量表示では、両電極で構成されるコンデンサを放電させ、その端子電圧が基準電圧まで低下する間の充電パルス数をカウントすることにより行っており、電源にはバッテリーが使用されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記（１）では、別途電池が必要となり、取り替え等の手間がかかるという問題がある。
【０００７】
また、前記（２）では、周囲の明るさの違いにより太陽電池の供給電圧が変動するため、前記魔法瓶では確実な表示は不可能であり、未だ実用化には至っていない。しかも、太陽電池の電気容量が小さいため、ＩＣ回路が外来ノイズの影響を受けることを回避する必要から液量表示部のマイナス側のリード線を外装ケースにアース接続するようにしている。しかし、ＩＣ回路がノイズの影響を受けて一旦誤動作してしまうと、液量表示部での表示がそのままになるという問題がある。
【０００８】
さらに、前記（３）では、両電極により構成されるコンデンサを放電させることにより、水位検出を行っているため、消費電力が大きく、太陽電池のように電気容量の小さいものは使用できない。
【０００９】
そこで、本発明は、太陽電池からの供給電力を有効に利用しつつ、安定した供給電圧を維持することのできるバックアップ電池付き電源回路と、該回路からの低い供給電圧に拘わらず、誤動作を起こすことなく適切な表示を行うことのできる表示機能付き液体容器を提供することを課題とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明では、バックアップ電池付き電源回路を、
バックアップ電池と、
太陽電池と、
該太陽電池から入力される電圧値が他の回路の駆動に最低限必要な駆動最低値よりも下がることにより前記バックアップ電池から電力を供給させる電力補充手段と、
前記太陽電池から入力される電圧値が前記駆動最低値よりも低い駆動不要値よりも下がることにより前記バックアップ電池からの電力の供給を停止する電力供給停止手段とを備え、
前記電力補充手段は、前記太陽電池からベースに入力される電圧値が他の回路の駆動に最低限必要な駆動最低値以上であればオフ状態を維持し、前記駆動最低値未満であればオン状態となる第２トランジスタで構成し、
該第２トランジスタのエミッタを第１トランジスタのベースに接続し、該第１トランジスタのエミッタを前記バックアップ電池のプラス極に接続すると共に該第１トランジスタのコレクタを前記太陽電池のプラス極に接続することにより、第２トランジスタがオフ状態を維持すれば、第１トランジスタもオフ状態を維持するようにして前記太陽電池から電力を供給させると共に前記バックアップ電池からの電力の供給を停止する一方、第２トランジスタがオン状態となれば、第１トランジスタをオン状態として太陽電池に加えてバックアップ電池から電力を供給し、
前記電力供給停止手段は、前記太陽電池からベースに入力される電圧値が前記駆動最低値よりも低い駆動不要値よりも下がることによりオフ状態を維持し、前記駆動最低値以上であればオン状態となる第３トランジスタで構成し、
該第３トランジスタのコレクタを太陽電池及びバックアップ電池のマイナス極に接続し、エミッタを第２トランジスタのコレクタに接続することにより、第３トランジスタがオフ状態となれば、第２トランジスタ及び第１トランジスタを順次強制的にオフ状態としてバックアップ電池からの電力の供給を停止するように構成したものである。
【００１１】
前記太陽電池から入力される電圧値が前記駆動最低値よりも低い駆動不要値よりも下がることにより前記バックアップ電池からの電力の供給を停止する電力供給停止手段を備えるのが好ましい。この場合、光量がさらに少なくなり、電力の供給が不要であると考えられる状態になれば、電力供給停止手段によりバックアップ電池からの供給電力は強制的に停止される。これにより、さらにバックアップ電池の長寿命化を図れることになる。
【００１２】
また、前記課題を達成するため、表示機能付き液体容器を、前記請求項１又は２に記載のバックアップ電池付き電源回路からの供給電力により駆動すると共に、水位検出手段の検出信号に基づいて表示部に水位を表示させる水位表示回路を備え、該水位表示回路は、パルス信号を出力する発振回路と、セット端子に前記水位検出手段の検出信号が入力され、リセット端子に前記発振回路のパルス信号が入力されることにより、前記表示部に水位を表示させるラッチ回路とを備えたものとした。
【００１３】
この液体容器では、バックアップ電池付き電源回路により、太陽電池からの供給電圧が安定しない場合には自動的にバックアップ電池から電力が補充されるので、定電圧が維持され、表示部において誤動作を生じることがない。特に、外来ノイズの悪影響を受けたとしても、ラッチ回路のリセット端子に発振回路からパルス信号を入力して常時リセットするようにしているので、バックアップ電池付き電源回路からの定電圧の供給と相俟って安定した表示動作を行わせることが可能である。
【００１４】
さらに、前記課題を達成するため、前記請求項１又は２に記載のバックアップ電池付き電源回路からの供給電力により駆動すると共に、温度検出手段の検出信号に基づいて液体容器内の液温を表示部に表示させる温度表示回路を備え、該温度表示回路は、パルス信号を出力する発振回路と、前記温度検出手段の検出信号に基づいて液温を判定するシステムリセットＩＣと、該システムリセットＩＣからの出力信号をセット端子に入力されると共に、前記発振回路からのパルス信号をリセット端子に入力されることにより、前記表示部に温度表示を行わせるラッチ回路とを備えたものとした。
【００１５】
この液体容器でも、前記同様、バックアップ電池付き電源回路及びラッチ回路により、定電圧を維持することができるので表示部において誤動作を生じることがない。また、システムリセットＩＣを用い、電圧比較器として使用することで、低消費電力の液温判定部を構成できる点でも、表示部での誤動作防止にさらに優れた効果を発揮させることができる。
【００１６】
なお、前記バックアップ電池付き電源回路から水温判定回路への供給電力を並列接続したツェナダイオードを介して供給するようにすれば、室温の変化に伴うバックアップ電池起電力の変化を小さくして水温判定の誤差を小さくすることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
【００１８】
（第１の実施の形態）  図１は、本発明に係る電源回路１を備え、液体容器１１に設けられる水位・水温検出回路を示し、大略、前記電源回路１の外、水温判定回路２と、発振回路３と、ワンショットマルチバイブレータ４と、水位判定回路５とから構成されている。
【００１９】
電源回路１には、太陽電池６とバックアップ電池７が設けられている。太陽電池６にはコンデンサＣが並列接続され、供給電圧の平滑化が行われるようになっている。また、太陽電池６のプラス極は、ダイオードＤ１を介してワンショットマルチバイブレータ４のＶＣＣ端子、第１トランジスタＴｒ１のコレクタ、及び抵抗Ｒ１１を介して下記するシステムリセットＩＣ９のＶＯＵＴ端子に接続されると共に、ダイオードＤ２及び抵抗Ｒ１を介して電力補充手段である第２トランジスタＴｒ２のベースに接続されている。また、太陽電池６のマイナス極は、下記するＬＣＤ１３の各表示部１４，１５の基準端子と、ワンショットマルチバイブレータ４のＧＮＤ端子と、システムリセットＩＣ９のＧＮＤ端子とにそれぞれ接続されている。前記第２トランジスタＴｒ２のエミッタには前記第１トランジスタＴｒ１のベースが接続される一方、そのエミッタとコレクタとの間には抵抗Ｒ３及びバックアップ電池７が並列接続されている。なお、前記電源回路１から水温判定回路５への供給電圧は、抵抗Ｒ４及びツェナダイオードＺＤにより定電圧化が図られるようになっている。
【００２０】
水温判定回路２は、サーミスタ８と、システムリセットＩＣ９と、水温検出用ラッチ回路１０ａとからなる。
【００２１】
前記サーミスタ８は液体容器１１内に配設され（図１では、簡略のため液体容器１１から離れた位置に記載されている。）、一方の端子は抵抗Ｒ４，Ｒ５を介して太陽電池１のプラス極に接続され、他方の端子はシステムリセットＩＣ９のＶＣＣ端子に接続されている。ここでは、液温が７０℃以下になると出力電圧がローになるものが使用されている。
【００２２】
前記システムリセットＩＣ９は、本来、入力電圧を監視してマイコンの誤動作を防止するための素子である（例えば、ミツミ電機（株）製；ＰＳＴ９０１１等が使用可能である。）。その内部構成を説明すると、図２に示すように、２つのオペアンプ１００ａ，１００ｂと２つのトランジスタＴｒ１０１，Ｔｒ１０２とを備えている。オペアンプ１００ａのマイナス入力端子はＶＣＣ端子とＧＮＤ端子間に内部接続された抵抗Ｒ６，Ｒ７の中点に接続され、プラス入力端子は低電圧回路１１に接続されている。一方、オペアンプ１００ａの出力端子は抵抗Ｒ８を介してトランジスタＴｒ１０１のベースに接続され、このトランジスタＴｒ１０１のコレクタは抵抗Ｒ９を介してオペアンプ１００ｂのマイナス入力端子に接続されている。また、オペアンプ１００ｂの出力端子は抵抗Ｒ１０を介してトランジスタＴｒ１０２のベースに接続されている。トランジスタＴｒ１０２のコレクタ及び前記オペアンプ１００ｂのプラス入力端子はシステムリセットＩＣ９の出力端子ＶＯＵＴに接続され、トランジスタＴｒ１０１，Ｔｒ１０２のエミッタはアース接続されている。
【００２３】
このような回路構成のシステムリセットＩＣ９は、その出力端子ＶＯＵＴが抵抗Ｒ１１を介して太陽電池６のプラス極に接続されると共に、ラッチ回路１０ａのセット端子Ｓに接続され、ＧＮＤ（アース）端子は太陽電池６のマイナス極に接続されている。また、前述のように、ＶＣＣ端子はサーミスタ８及び抵抗Ｒ５に接続されているので、サーミスタ８、抵抗Ｒ５の合成抵抗と、システムリセットＩＣ９の内部抵抗との分圧によってＶＣＣ端子に入力される電圧値が決定される。そして、前記システムリセットＩＣ９では、１．１Ｖの電圧を基準値として入力電圧の変化を検出することが可能であるので、通常の電圧比較器として本システムリセットＩＣ９を用いることができ、その低消費電力性から太陽電池６の液温表示用として使用することが可能である。
【００２４】
発振回路３は、発振周波数が１００Ｈｚに設定されたパルス信号（矩形波）とこれと反転したパルス信号を第１出力端子ａと第２出力端子ｂからそれぞれ発振する。この発振周波数はＬＣＤ１３がスタティック駆動する場合の動作周波数と同一である。これにより、ＬＣＤ１３専用の駆動回路が不要となり、部品点数を削減することが可能である。
【００２５】
前記ＬＣＤ１３は、図３に示すように、収容した水の温度が所定温度を越えているか否かを示す水温表示部１４（湯気を表す部分が点灯又は消滅する。）と、液体容器１１の側面図と類似の形状をした上下２箇所の表示部１５ａ，１５ｂからなる水位表示部１５とからなり、例えば、液体容器１１の上方前面に配設される。前記水位表示部１５ａ，１５ｂでは、共に点灯された場合が水位半分以上、下方の表示部１５ｂが点灯された場合が水位半分以下、いずれも点灯しない場合が４００ＣＣ以下をそれぞれ示し、下方の表示部１５ｂが消灯された場合に、そこに印刷表示された「給湯」の文字が認識できるようになっている。
【００２６】
ワンショットマルチバイブレータ４は、その入力端子が前記発振回路３の第２出力端子ｂに接続され、その出力端子が液体容器１１の底に設けた基準電極１６ａに接続されており、発振回路３の第２出力端子ｂからのパルス信号のオンエッジに同期するパルス信号を出力する。
【００２７】
水位判定回路５は、液体容器１１内の底に配設された基準電極１６ａと、上方及び底に配設された第１測定電極１６ｂ，第２測定電極１６ｃと、第１水位検出用ラッチ回路１０ｂ，第２水位検出用ラッチ回路１０ｃとからなる。
【００２８】
第１，第２水位検出用ラッチ回路１０ｂ，１０ｃには、前記液温検出用ラッチ回路１０ａ同様、いわゆるＮＯＲラッチが使用され、各出力端子がＬＣＤ１３の水位表示部１５の各表示部１５ａ，１５ｂの一方の端子にそれぞれ接続されている。また、第１水位検出用ラッチ回路１０ｂのセット端子Ｓには液体容器１１の底に設けた第１測定電極１６ｂが接続され、第２水位検出用ラッチ回路１０ｃのセット端子Ｓには中間部に設けた第２測定電極１６ｃが接続されている。さらに、各ラッチ回路１０ｂ，１０ｃのリセット端子Ｒには発振回路３の第１出力端子ａが接続されている。さらにまた、第１及び第２測定電極１６ｂ，１６ｃは第１，第２抵抗Ｒ１２，Ｒ１３を介して太陽電池６のマイナス極にそれぞれ接続されている。
【００２９】
前記構成の水位・水温検出回路では次のようにして、供給電力が太陽電池６単独と、太陽電池６及びバックアップ電池７双方との間で切り替えられ、又、水温及び水位が検出される。
【００３０】
（電池の切替）  例えば、昼間使用している場合等、明るさが１００Ｌｘ以上であれば、太陽電池６からの供給電圧が２．５Ｖ以上となるので、第２トランジスタＴｒ２はオフ状態となる。これにより、第１トランジスタＴｒ１のベース・エミッタ間で電圧が等しくなり、第１トランジスタＴｒ１はオフ状態を維持し、バックアップ電池７から電流が流れることはない。
【００３１】
また、夕方や夜間の室内照明でも暗い場合等、明るさが１００Ｌｘ未満であれば、太陽電池６からの供給電圧が駆動最低値（例えば、２．５Ｖ）未満となり、第２トランジスタＴｒ２がオン状態となる。これにより、バックアップ電池７から抵抗Ｒ３，Ｒ２に電流が流れ、抵抗Ｒ３で電圧降下する。第１トランジスタＴｒ１はベース電圧の低下によりオン状態となり、太陽電池６のみならずバックアップ電池７からも回路へと電力が供給される。
【００３２】
これにより、電源回路１からの供給電圧が周囲の明るさの変化に拘わらず、常に一定に維持され、水位・水温検出回路の駆動状態が安定し、誤動作を発生することなく、適切にＬＣＤ１３に所定の表示を行うことができる。
【００３３】
（水温の検出）  前記構成の水温・水位検出回路では次のようにして水温が検出される。すなわち、液体容器１１にお湯を注水し、その温度が設定温度（例えば、７０℃）を越える場合には、サーミスタ８の電気抵抗値は低くなり、サーミスタ８、抵抗Ｒ５の合成抵抗と、システムリセットＩＣ９の内部抵抗との分圧は高くなり、基準電圧である１．１Ｖ以上になる。その結果、システムリセットＩＣ９からの出力はハイとなる。
【００３４】
そして、時間が経過すること等により、液体容器１１に収容したお湯の温度が低下して前記設定温度未満となれば、サーミスタ８の電気抵抗値が上昇して、図４に示すように、システムリセットＩＣ９のＶＣＣ端子に入力される電圧が降下する。これにより、入力電圧が前記基準電圧未満となり、システムリセットＩＣ９からの出力はローとなる。
【００３５】
液温検出用ラッチ回路１０ａでは、図５に示すように、前記システムリセットＩＣ９からの出力がハイである場合には、リセット端子Ｒに入力される発振回路２からのパルス信号によって１／１００秒の周期でリセットされながら出力がハイとなりＬＣＤ１３の水温表示部１４を点灯する。そして、液温が下がり、前記システムリセットＩＣ９からの出力がローとなれば、出力端子からの出力がローとなり前記水温表示部１４は消灯される。
【００３６】
（水位の検出）  液体容器１１内にお湯を注水し、水位が第１測定電極１６ｂよりも上方に位置すれば、図６（ａ）に示すように、基準電極１６ａと第１測定電極１６ｂ及び第２測定電極１６ｃとの間が導通状態となるので、各水位検出用ラッチ回路１０ｂ，１０ｃのセット端子にはワンショットマルチバイブレータ４からのパルス信号が入力される。これにより、ＬＣＤ１３の水位表示部１５の表示部１５ａ，１５ｂは共に点灯される。
【００３７】
また、使用により水位が減少すれば、順次、基準電極１６ａと第１測定電極１６ｂ、第２測定電極１６ｃとの間の順で絶縁状態が形成され、図６（ｂ）に示すように、第１水位検出用ラッチ回路１０ｂ、第２水位検出用ラッチ回路１０ｃの順でパルス信号の出力がなくなり、ＬＣＤ１３の該当する部分が消灯する。これにより、現在、水位が液体容器１１のどの範囲であるか、すなわち、半分以上、半分以下あるいは４００ｃｃ以下であるかを判別することが可能となる。
【００３８】
なお、前記第１の実施の形態では、システムリセットＩＣ９を１つだけ設けて液温を２段階でのみ表示できるようにしたが、さらに数を増やして複数段階で表示できるようにしてもよく、又、冷水の検出に利用してもよい。
【００３９】
また、前記第１の実施の形態では、第１測定電極１６ｂ、第２測定電極１６ｃ及びこれに対応する水温検出用ラッチ回路１０ａ、第１水位検出用ラッチ回路１０ｂを設けて、水位を半分以上、半分以下、４００ｃｃ以下の３態様で認識できるようにしたが、さらに細分化して水位を検出することも可能である。ただし、この場合、測定電極及びラッチ回路は検出を希望する水位毎に必要である。
【００４０】
（第２の実施の形態）図７は、第２の実施の形態に係る水位・水温検出回路を示し、前記第１の実施の形態に係るものとは電力供給停止手段である第３トランジスタＴｒ３を設けた点が異なる。すなわち、この第３トランジスタＴｒ３は、そのベースが太陽電池６に並列接続された抵抗Ｒ１４，Ｒ１５の間に接続され、コレクタが抵抗Ｒ２を介して第２トランジスタＴｒ２のコレクタに接続され、エミッタが太陽電池６のマイナス極に接続されている。
【００４１】
この水位・水温検出回路では、夜間室内照明が消灯されている場合等、明るさが２０Ｌｘ未満であれば、ＬＣＤ１３を見る必要のないときであると判断し、その表示を行わないようにしている。つまり、太陽電池６からの供給電圧が駆動不要値（例えば、０．７Ｖ）以上であれば、第３トランジスタＴｒ３がオン状態となり、第１トランジスタＴｒ１及び第２トランジスタＴｒ２は前記第１の実施の形態と同様な働きをするが、供給電圧が前記駆動不要値未満に低下してくれば、第３トランジスタＴｒ３がオフ状態となり、強制的に第１トランジスタＴｒ１及び第２トランジスタＴｒ２をオフ状態としてバックアップ電池７からの電力の供給を停止できるようになっている。なお、水温検出及び水位検出については前記第１の実施の形態と同様であるので、その説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る電池切替式電源回路を備えた水位・水温検出回路の回路図である。
【図２】図１に示すシステムリセットＩＣの回路図である。
【図３】図１に示すＬＣＤの正面図である。
【図４】図１のシステムリセットＩＣの入力と出力の関係を示すグラフである。
【図５】図１の液温検出用ラッチ回路の入力と出力の関係を示すグラフである。
【図６】図１の水位検出用ラッチ回路の入力と出力の関係を示すグラフである。
【図７】第２の実施の形態に係る電池切替式電源回路を備えた水位・水温検出回路の回路図である。
【符号の説明】
１  電源回路
２  水温判定回路
３  発振回路
５  水位判定回路
６  太陽電池
７  バックアップ電池
８  サーミスタ
９  システムリセットＩＣ
１０ａ  水温検出用ラッチ回路
１０ａ，１０ｂ  第１，第２水検出用ラッチ回路
１１  液体容器
１３  ＬＣＤ
１６ａ  基準電極
１６ｂ，１６ｃ  第１，第２測定電極
【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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【図７】
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