JP2002139583A - 熱発電腕時計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 熱電素子を備えた熱発電腕時計において、熱
電素子の低温側と放熱用金属ケース、高温側と裏蓋との
間の熱抵抗を抑え、熱電素子の温度差を拡大し発電効率
を向上させる。 【解決手段】 金属製ケース１０と、裏蓋３０と、熱絶
縁体２０と、文字板４０と、ムーブメント５０と、ｐ型
熱電半導体の柱とｎ型熱電半導体と配線電極とからなる
熱電素子６０と、熱電素子６０の上下面には上伝熱板７
０と下伝熱板７１とを備え、熱電素子６０はムーブメン
ト５０と裏蓋３０の間に位置し、上伝熱板７０が金属ケ
ース１０に熱的に接触し、下伝熱板７１は裏蓋３０に熱
的に接触しており、熱絶縁体２０は上伝熱板７０の下側
に位置し、４角形の熱電素子６０に対し上伝熱板７０は
文字板４０形状に類似し両者の外形形状を全く変えてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、多数の熱電半導体
により構成する熱電素子をその電源として利用する熱発
電腕時計に関し、とくに熱電素子の発電効率を上げるた
めの時計内部構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱電素子はその内部に多数の柱状の熱電
半導体を備え、温度差を電気エネルギーに変換する。こ
の熱電素子を腕時計内部に備え、裏蓋とケースとの温度
差を電気エネルギーに変換し、時計を駆動させようとし
たものが熱発電腕時計である。

【０００３】熱発電腕時計には素子の配置位置の違いに
より大きく分けて２種類の構造がある。その２つの熱発
電腕時計の断面構造を図５と図６に示す。まず図５につ
いて説明する。熱電素子６０と、その熱電素子６０の保
護用であるとともに伝熱用の上伝熱板７０と下伝熱板７
１とは、文字板４０、モーター、輪列、水晶振動子、お
よび回路などを含むムーブメント５０の外周部に位置
し、上伝熱板７０をケース１０に接し、下伝熱板７１を
裏蓋３０に接するように設置される。ケース１０と裏蓋
３０の間には、両者に温度差が生じやすいように熱絶縁
をするための熱絶縁体２０が置かれている。

【０００４】この構造はムーブメント５０の回りに熱電
素子６０を配置することにより、熱電素子６０の厚さは
ムーブメント５０の厚さと大差がないため、時計全体と
しての厚さは熱電素子６０を用いない通常のものと変わ
らなく、薄型の腕時計を実現するためには優れている配
置である。

【０００５】しかしながら、通常の時計と異なり外形方
向に熱電素子６０という付加部材が配置されることか
ら、外形形状を小型にすることには限界がある。

【０００６】これに対して図６の構造では、熱電素子６
０と上伝熱板７０と下伝熱板７１はムーブメント５０と
裏蓋３０との間に位置している。この図６の構造ではム
ーブメント５０の外周は通常の時計と同じであるから径
方向の大きさは自由に変えることが可能で、小型の熱発
電腕時計を形成するのに適している。

【０００７】図６の構造の場合、熱電素子６０が裏蓋３
０と接するのは容易であるが、反対面に置いてケース１
０と接しようしても、熱電素子６０直上はムーブメント
５０であるから直接接するのは難しい。そこで、上伝熱
板７０とケースの熱接触を取るためにさらに金属製の熱
伝導板７２をムーブメント５０の下に配置することとし
ていた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図６に
示す従来の熱発電腕時計の構造では、熱電素子６０の上
に上伝熱板７０を配置し、さらにその上伝熱板７０上に
熱伝導板７２を配置するという構造により、部材数と接
触界面が多いことから熱伝導性に問題があり、充分な温
度差をとり難いという問題があった。

【０００９】また、熱伝導板７２は熱電素子６０に流れ
込んだ熱をケース１０に速やかに放熱しなければならな
いが、従来の構造では熱絶縁体２０が径方向にあるため
ケース１０との充分な接触面積がとれないことから、こ
こでも熱抵抗が大きくなり熱電素子６０の温度差を拡大
する障害となっていた。

【００１０】さらに通常の腕時計と比らべて、下伝熱板
７１と、熱電素子６０と、上伝熱板７０と、熱伝導板７
２という余分な部材による厚さが加わっているため、こ
の構造では薄型の腕時計を作るのは容易でなかった。

【００１１】［発明の目的］そこで、本発明の目的は、
上記の問題点を解決して、熱電素子６０をムーブメント
５０と裏蓋３０との間に配置する構造でありながら、熱
電素子６０とケース１０との熱接触、あるいは熱電素子
６０と裏蓋３０との熱接触を良好に保つことで温度差を
拡大するとともに、余分な部材を用いないことで、全体
の厚さをできる限り小さくし薄型化が可能な熱発電腕時
計を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明における熱発電腕時計は、金属製のケース
と、裏蓋と、前記ケースと裏蓋との間にある熱絶縁体
と、文字板と、ムーブメントと、ｐ型熱電半導体の柱と
ｎ型熱電半導体の柱を交互に配置し、隣り合った柱の端
面を電気的に接続する配線電極とからなる熱電素子と、
熱電素子の上下面には上伝熱板と下伝熱板を備え、熱電
素子はムーブメントと裏蓋のあいだに位置し、上伝熱板
はケースに熱的に接触し、下伝熱板は裏蓋に熱的に接触
しており、熱絶縁体は上伝熱板より下方に位置している
ことを特徴とする。

【００１３】さらに、本発明における熱発電腕時計は、
熱電素子の外形形状は四角形であり上伝熱板の外形形状
は文字板の形状に類似している、あるいは裏蓋が下伝熱
板である、また上伝熱板は直接的にケースに接してい
る、さらに上伝熱板あるいは下伝熱板と熱電素子との接
触は配線電極と上伝熱板あるいは下伝熱板との間で熱伝
導性の接着剤を介しての接着であることを特徴とする。

【００１４】［作用］本発明の熱発電腕時計では、熱電
素子の保護用であるとともに伝熱用の上伝熱板を熱電素
子よりかなり大きく作り、さらには熱絶縁体を上伝熱板
の下に配置する。このことによって、広い面積で上伝熱
板とケースが熱接触することができるため、熱伝達効率
が良く、熱電素子の低温側を効率よく冷却することがで
きる。

【００１５】また本発明の熱発電腕時計においては、と
くに熱伝導板を必要としないため、従来よりも薄い時計
とすることができる。

【００１６】さらに本発明の熱発電腕時計においては、
熱電素子の下伝熱板を裏蓋とする構造も採用している。
このことによって、高温側の熱伝達効率もよくなり、熱
発電腕時計の厚さもなお薄くすることが可能である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下図１〜図４を用いて本発明の
熱発電腕時計の構造の最適な実施の形態について説明す
る。まずはじめに図１の断面図を用いて本発明の熱発電
腕時計の構造を説明する。熱発電腕時計はケース１０
と、熱絶縁体２０と、裏蓋３０と、文字板４０と、ムー
ブメント５０、熱電素子６０、上伝熱板７０、下伝熱板
７１により構成し、そのほか風防ガラスと、針も含む。

【００１８】熱電素子６０とアルミニウム板で作った上
伝熱板７０および下伝熱板７１は接着され、ムーブメン
ト５０と裏蓋３０との間に位置する。上伝熱板７０はそ
の外周をケース１０に熱的に接触し、また反対側の下伝
熱板７１は裏蓋３０に熱接触するように設置する。ま
た、ケース１０と裏蓋の間には両者に温度差が生じやす
いように断熱をするための熱絶縁体２０を置く。

【００１９】この腕時計を腕に装着することで、裏蓋３
０は体温により温まりその熱を熱電素子６０の高温側に
伝える。一般に外気は体温より低くケース１０が冷やさ
れるため熱電素子６０の低温側も冷やされて熱電素子６
０の上下間には温度差が生じる。この温度差を利用して
熱電素子６０は起電力を発生し、腕時計を駆動すること
ができる。

【００２０】図２には熱電素子６０の構造を示す。Ｂｉ
Ｔｅ系のｐ型熱電半導体８０とｎ型熱電半導体８１の柱
が交互に配置している。柱の間には構造を保つためと電
気的絶縁を確保するために有機樹脂を充填している。そ
して柱の端面には隣り合ったｐ型熱電半導体８０とｎ型
熱電半導体８１を電気的に交互に接続するための配線電
極８２がある。

【００２１】このような熱電素子６０は柱が碁盤目状に
配列していることと、その製造方法上の関係から外形が
四角形をしていることがほとんどである。用いた熱電素
子６０は、外形が約７ｍｍ角でその中に約２５００本ほ
どの熱電半導体を備えている。

【００２２】上伝熱板７０をこの熱電素子６０に貼り付
ける訳であるが、その形状を図３に示す。熱電素子６０
が四角形をしているのに対して、上伝熱板７０は円形を
している。そしてその上伝熱板７０の外形は熱電素子６
０よりかなり大きく、直径約３０ｍｍである。これは形
状としては文字板４０とほぼ同じであるが、大きさは文
字板よりさらに大きく図１で示したように、上伝熱板７
０は広い接触面積で直接腕時計のケース１０に熱接触す
ることができる。

【００２３】この広い面積での接触を可能にしているの
は、熱絶縁体２０が上伝熱板７０より下方に位置してい
るためであり、従来の構造では実現できない。ただし、
本明細書においては、上下の概念はたとえばモジュール
５０を中心とした場合、文字板４０方向を上、熱電素子
６０方向を下と規定している。

【００２４】また熱電素子６０と上伝熱板７０との接着
はアルミナなどの無機物質の粒子を含む熱伝導性接着剤
を用いて行っており、熱電素子６０と上伝熱板７０との
熱接触は良好に確保される。

【００２５】上記の場合は腕時計のケース１０の内形状
が丸形であるからであり、そのほかたとえば角形の時計
の場合には、その角形に合わせて上伝熱板７０を変えて
も良い。また、大きさも時計のデザインにより変わって
くる。

【００２６】図４には本発明における熱発電腕時計のさ
らに効果的な実施形態の構造を示している。図４に示す
ように、熱発電腕時計はケース１０と、熱絶縁体２０
と、裏蓋３０と、文字板４０と、ムーブメント５０と、
熱電素子６０と、上伝熱板７０とにより構成し、そのほ
か風防ガラスと、針も含む。

【００２７】熱電素子６０と上伝熱板７０は接着され、
ムーブメント５０と裏蓋３０との間に位置する。上伝熱
板７０はその外周をケース１０に熱的に接しているが、
反対側の下伝熱板７１は裏蓋３０が兼ねている。つま
り、熱電素子６０の配線電極８２面は裏蓋３０に熱伝導
性接着剤を介して直接接着している。これにより、裏蓋
３０から熱電素子６０の高温側への熱伝達も非常に効率
よくなる。

【００２８】

【発明の効果】上記の説明から明らかなように、実施の
形態によれば、本発明の熱発電腕時計は発電用の熱電素
子の配線保護をするとともに伝熱に利用している上伝熱
板を熱電素子とは全く異なり、文字板形状に近くする。
このことから、本発明の上伝熱板はケースに直接かつ広
い面積で熱接触できることから、熱電素子とケース間の
熱伝導の障害が従来より少なくなり、熱電素子の低温側
の熱を効率よくケースに逃がすことができる。

【００２９】これから、本発明の熱発電腕時計は、従来
より温度差を大きくとることが可能となり、発電性能を
向上させることができる。

【００３０】さらに本発明の熱発電腕時計では、下伝熱
板を裏蓋と兼ねることで、従来より熱経路が短くなる。
このことによって、腕からの熱を効率よく熱電素子の高
温側に伝えることができる。このことも、熱発電腕時計
の温度差を拡大するとともに発電性能を向上させる。

【００３１】また、従来の熱発電腕時計にくらべて熱電
素子に関わる部分の厚さが減少することで、腕時計全体
の厚さを抑えることができ、小型で薄型の熱発電時計を
実現することが可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態における熱発電腕時計の構
造を示す断面図である。

【図２】本発明の実施の形態における熱発電腕時計に用
いる熱電素子の構造を示す斜視図である。

【図３】本発明の実施の形態における熱発電腕時計に用
いる熱電素子と上伝熱板の構造を示す平面図である。

【図４】本発明のほかの実施の形態における熱発電腕時
計の内部構造を示す断面図である。

【図５】従来技術における熱発電腕時計の構造を示す断
面図である。

【図６】従来技術における熱発電腕時計の構造を示す断
面図である。

【符号の説明】

１０：ケース ２０：熱絶縁体 ３
０：裏蓋 ４０：文字板 ５０：ムーブメント
６０：熱電素子 ７０：上伝熱板 ７１：下伝熱板 ７
２：熱伝導板 ８０：ｐ型熱電半導体 ８１：ｎ型熱電半導体 ８２：配線電極

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 金属製のケースと、裏蓋と、前記ケース
   と裏蓋との間にある熱絶縁体と、文字板と、ムーブメン
   トと、ｐ型熱電半導体の柱とｎ型熱電半導体の柱を交互
   に配置し、隣り合った柱の端面を電気的に接続する配線
   電極とからなる熱電素子と、熱電素子の上下面には上伝
   熱板と下伝熱板とを備え、 前記熱電素子はムーブメントと裏蓋の間に位置し、 前記上伝熱板はケースに熱的に接触し、 前記下伝熱板は裏蓋に熱的に接触しており、 前記熱絶縁体は上伝熱板より下方に位置していることを
   特徴とする熱発電腕時計。
2. 【請求項２】 前記熱電素子の外形形状は、四角形であ
   り、 前記上伝熱板の外形形状は、文字板の形状に類似してい
   る請求項１に記載の熱発電腕時計。
3. 【請求項３】 前記上伝熱板は、前記熱電素子より外形
   形状が大きい請求項１または請求項２に記載の熱発電腕
   時計。
4. 【請求項４】 前記上伝熱板は、前記下伝熱板と形状が
   異なる請求項１に記載の熱発電腕時計。
5. 【請求項５】 前記上伝熱板は、前記下伝熱板より大き
   い請求項４に記載の熱発電腕時計。
6. 【請求項６】 前記上伝熱板は、直接的に前記ケースに
   接している請求項１に記載の熱発電腕時計。
7. 【請求項７】 前記裏蓋が、下伝熱板である請求項１に
   記載の熱発電腕時計。
8. 【請求項８】 前記上伝熱板または前記下伝熱板と前記
   熱電素子との接触は配線電極と上伝熱板または下伝熱板
   との間で熱伝導性の接着剤を介しての接着である請求項
   １から請求項７のいずれか１項に記載の熱発電腕時計。