JP2018107442A - 熱電式ボタンを備えた時計 - Google Patents

Abstract

【課題】装置の電気素子を作動させることを可能とする作動システムの電気エネルギー源を改善する。【解決手段】装置は、外部に開いたキャビティＣＶを有するハウジングＢＴと、ハウジングＢＴの内部に配置された電気素子と、電気素子を作動させるための作動システムと、を備える。作動システムは、導電性端子台ＳＭを支持する互いに略平行な第１の電気絶縁板Ｐ１および第２の電気絶縁板Ｐ２と、第１の板の端子台と第２の板の端子台との間に延在する半導体ピラーＰＬと、を含む熱電モジュールＭＴであって、第２の板Ｐ２はキャビティＣＶの壁ＦＤに当接して配置されるとともに、第１の板Ｐ１にはハウジングＢＴの外側からアクセス可能であるように、キャビティＣＶ内に収容されている熱電モジュールＭＴと、第２の板Ｐ２の端子台ＳＭの２つを電気素子に接続する電子伝送回路と、を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、その装置の電気素子（電気素子は、例えば、ＬＥＤ、電磁波を伝送するためのアンテナ、計時手段などである）を作動させることを可能とする作動システムを備えた装置（例えば、時計、電話機、リモートコントローラなど）に関するものである。

プッシュボタンを操作することによって、装置の電気素子を作動させることが知られている。例えば、ケースの外側に配置されたプッシュボタンを操作することによって時計の文字盤を照明するための手段を作動させること、例えば視聴覚装置またはランプを制御するためにリモートコントロールボタンによってリモートコントロールコマンドを伝送するためのアンテナを作動させること、が知られている。プッシュボタンの操作によって、エネルギー源（一般的にはバッテリ）と電気素子（一般的には発光ダイオードである光源、赤外線光学素子もしくは無線通信素子など）とを電気的に接触させる。

ところが、このシステムは、枯渇性の電気エネルギー源（バッテリ）を使用する必要がある。

本発明の目的は、上記欠点を克服することである。

この目的のため、本発明は装置に関し、この装置は、
− ハウジングであって、該ハウジングの外部に開いたキャビティを有するハウジングと、
− ハウジングの内部に配置された電気素子と、
− 電気素子を作動させるための作動システムであって、
・導電性端子台を支持する互いに略平行な第１の電気絶縁板および第２の電気絶縁板と、第１の板の端子台と第２の板の端子台との間に延在する半導体ピラーと、を含む熱電モジュールであって、第２の板はキャビティの壁に当接して配置されるとともに、第１の板にはハウジングの外側からアクセス可能であるように、上記キャビティ内に収容されている熱電モジュールと、
・第２の板の端子台の２つを電気素子に接続する電子伝送回路と、を有する、作動システムと、を備える。

第１の板は、最初は装置の周囲温度であり、第２の板は、ハウジングのキャビティの壁に当接して配置されているので、最初はハウジングの温度である。例えば、第１の板に載せた指からの自然な温もりが伝わることによって、第１の板を指で擦ることによって、または第１の板との摩擦を自ら発生させる中板を駆動することによって、第１の板が温められると、第１の板と第２の板との間に温度差が生じる。その温度勾配の結果、ゼーベック効果によって、第１の板の端子台と第２の板の端子台の間に電位差が生じる。この電位差は、その後、電子伝送回路によって電気素子に伝えられる。従って、作動システムは、可動部品を用いない熱電式プッシュボタンのような挙動を示すとともに、完全密閉され、また、機械式時計と電子式時計の両方に使用することが可能である。

留意すべきことは、熱電素子の出力に配置されて、ミリボルトのオーダの電圧をボルトのオーダの電圧に変換することが可能なコンバータを使用して、発光ダイオードを用いて可視光を発生させるのに十分な電力を発生させるには、装置を人体温度よりも低い温度の周囲に配置した場合には、第１の板に指を接触させるだけで十分であるということである。一方、装置が身体に装着されている場合、または人体温度よりも高い温度の周囲に配置した場合に、そのような電力を発生させるためには、第１の板を擦る必要がある。

本発明の効果的な実施形態によれば、装置は、以下の特徴を、単独で、または技術的に実現可能な任意の組み合わせで、備えることができる。

非限定的な一実施形態では、第１の板は、高摩擦係数を有する材料で構成されるか、または高摩擦係数を有する材料で構成された層を含む。

非限定的な一実施形態では、電子伝送回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータと、ハウジングの中を通る２つの電気配線と、を含み、配線の各々は、第２の板の端子台とコンバータの両方に接続されている。

非限定的な一実施形態では、電子伝送回路は、ＤＣ−ＤＣコンバータの出力に配置された蓄電池と、その充電量が閾値を超えたときの蓄電池の放電のために蓄電池と電気素子の両方に接続された制御ユニットと、を含む。

非限定的な一実施形態では、蓄電池はキャパシタである。

非限定的な一実施形態では、作動システムは、第１の板と第２の板との間に配置されるとともに熱電モジュールの側方を覆う電気絶縁層を有する。

非限定的な一実施形態では、作動システムは、中板と、中板を第１の板に抗して動かす手段と、を有する。

非限定的な一実施形態では、装置は腕時計である。

非限定的な一実施形態では、装置はリモートコントローラである。

非限定的な一実施形態では、装置は、無線式の壁スイッチである。

非限定的な一実施形態では、電気素子は、発光ダイオードを含む。

非限定的な一実施形態では、電気素子は、無線周波数送信機を含む。

他の特徴および効果は、決して限定するものではない開示によって、添付の図面を参照して以下で提示するその説明から明確に明らかになるであろう。

図１は、本発明の一実施形態による時計に搭載される熱電式プッシュボタンの原理の図である。 図２は、図１の時計の側面図である。 図３は、図１の熱電式ボタンの概略図である。 図４は、図１の熱電式ボタンの一部をなす電子伝送回路の概略図である。

図１は、本例では腕時計である装置ＡＰを示している。当然のことながら、装置ＡＰは、必ずしも時計であるとは限らず、例えば、電話機、リモートコントローラ、または無線式の壁スイッチなど、他のタイプの装置とすることができる。時計ＡＰは、ハウジングＢＴを備え、その内部に（図４に示す）電気素子ＥＬが配置されている。電気素子ＥＬは、例えば、時計の文字盤を照明するために使用される発光ダイオードもしくは発光ダイオード群、または無線周波数送信機である。非限定的な一実施形態では、電気素子は、ダイオード群で構成されており、それぞれのダイオードは、時指標の１つに配置されている。当然のことながら、電気素子ＥＬは、必ずしもダイオードもしくはダイオード群であるとは限らない。電気素子ＥＬは、より一般的には、ある機能を作動させるため、あるモードにするため、などの任意の手段である。

時計ＡＰは、電気素子ＥＬを作動させるための（図４に示す）作動システムＳＡを搭載しており、これは、熱電式プッシュボタンとも呼ばれるものであり、その一部Ｐ１を図１および図２に示している。図３に詳細に示すように、作動システムＳＡは、
− 従来のプッシュボタンに代えて、例えばハウジングＢＴの側方領域に配置された熱電モジュールＭＴと、
− ハウジングＢＴの中を通って、熱電モジュールＭＴを電気素子ＥＬに接続している電子伝送回路ＣＴと、を有する。

熱電モジュールＭＴは、ハウジングＢＴの側方領域に形成されてハウジングＢＴの外部に開いたキャビティＣＶ内に配置されており、すなわち時計ＡＰの外側部分に配置されている。周知の従来の形態において、熱電モジュールＭＴは、第１の電気絶縁板Ｐ１と第２の電気絶縁板Ｐ２とを含む。第１の板Ｐ１は、相互に隣接して配置された複数の導電性端子台ＳＭを支持している。同様に、第２の板Ｐ２は、相互に隣接して配置された複数の導電性端子台ＳＭを支持している。ゼーベック効果を最大限に利用するために、第１の板Ｐ１の端子台はそれぞれ、１対の半導体ピラーＰＬによって第２の板Ｐ２の端子台の２つに接続されている。各対のピラーＰＬは、ｎドープ半導体とｐドープ半導体とを含む。第１の板Ｐ１と第２の板Ｐ２は、互いに略平行に延在しており、ピラーＰＬは、板Ｐ１、Ｐ２に対して略垂直に延在している。

熱電モジュールＭＴの冷極を形成する第２の板Ｐ２は、キャビティＣＶの底ＦＤに当接して配置される。従って、第２の板Ｐ２に対向する第１の板Ｐ１には、ハウジングＢＴの外側からアクセス可能である。第１の板Ｐ１は、熱電モジュールＭＴの温極を形成している。第１の板Ｐ１を温めることによって、熱電モジュールに温度勾配を付与すると、これが、第２の板Ｐ２に向かって電荷キャリアが拡散することにつながって、これにより電圧が発生する。作動システムＳＡは、さらに、第１の板Ｐ１と第２の板Ｐ２の間で熱電モジュールＭＴの全周囲に配置された断熱層ＩＳを有する。

第１の板Ｐ１は、図１に示すように、例えば、それを指で擦ることによって、温められる。この場合、第１の板Ｐ１は、効果的には、高摩擦係数を有する材料で構成されるか、または高摩擦係数を有する材料で覆われる。なお、時計が十分に低温の周囲に配置されている場合に、熱電モジュールＭＴの出力において数ミリボルトの電圧を発生させるのに十分な温度勾配を形成するためには、第１の板Ｐ１に指を接触させるだけで十分であり得る。

代替的な一実施形態では、作動システムＳＡは、中板と、中板を第１の板Ｐ１に抗して動かす手段である例えばバネと、を有する。この場合、使用者は、高摩擦係数を有することで触り心地がよくない第１の板Ｐ１を触れたり擦ったりする必要なく、中板を動かすだけでよく、中板は、自らを第１の板Ｐ１に対して擦り付ける。使用者の快適さを向上させるために、中板は、効果的には、触り心地のよい材料で構成される。

図４を参照して、電子伝送回路ＣＴは、以下のものを含む。
− 第２の板Ｐ２の端子台ＳＭの２つに接続された２つの電気配線Ｆ１、Ｆ２であって、これにより、それら２つの端子台の間で半導体ピラーＰＬは直列になっている。それら２つの端子台は、電気端子を形成している。電気配線Ｆ１、Ｆ２は、ハウジングの中を通っている。
− 熱電モジュールＭＴで発生させた電圧を昇圧するために、上記の２つの配線Ｆ１、Ｆ２の間に接続されるとともに、ハウジングＢＴの内部に配置されたＤＣ−ＤＣコンバータＣＣ。典型的には、ＤＣ−ＤＣコンバータＣＣは、ミリボルトのオーダの電圧をボルトのオーダの電圧に変換するように構成される。
− ＤＣ−ＤＣコンバータＣＣの出力にある蓄電池ＣＤであって、本例では単なるバッファキャパシタであるが、この実施形態は限定するものではない。
− その充電量が閾値を超えたときの蓄電池ＣＤの放電のための制御ユニットＵＣであって、蓄電池ＣＤの放電によって送出される電流は、電力を供給するために電気素子ＥＬに送られる。

当然のことながら、本発明は、図示の例に限定されるものではなく、当業者に明らかであろう種々の代替実施形態および変形例が可能である。

ＡＰ 装置
ＢＴ ハウジング
ＣＣ ＤＣ−ＤＣコンバータ
ＣＤ 蓄電池
ＣＴ 電子伝送回路
ＣＶ キャビティ
ＥＬ 電気素子
Ｆ１ 電気配線
Ｆ２ 電気配線
ＦＤ キャビティの（底）壁
ＩＳ 電気絶縁層
ＭＴ 熱電モジュール
Ｐ１ 第１の（電気絶縁）板
Ｐ２ 第２の（電気絶縁）板
ＰＬ 半導体ピラー
ＳＡ 作動システム
ＳＭ 端子台
ＵＣ 制御ユニット

Claims (12)

1. 装置（ＡＰ）であって、
   ハウジング（ＢＴ）であって、該ハウジング（ＢＴ）の外部に開いたキャビティ（ＣＶ）を有するハウジングと、
   前記ハウジング（ＢＴ）の内部に配置された電気素子（ＥＬ）と、
   前記電気素子（ＥＬ）を作動させるための作動システム（ＳＡ）であって、
   導電性端子台（ＳＭ）を支持する互いに略平行な第１の電気絶縁板（Ｐ１）および第２の電気絶縁板（Ｐ２）と、前記第１の板の前記端子台と前記第２の板の前記端子台との間に延在する半導体ピラー（ＰＬ）と、を含む熱電モジュール（ＭＴ）であって、前記第２の板（Ｐ２）は前記キャビティ（ＣＶ）の壁（ＦＤ）に当接して配置されるとともに、前記第１の板（Ｐ１）には前記ハウジング（ＢＴ）の外側からアクセス可能であるように、前記キャビティ（ＣＶ）内に収容されている熱電モジュール（ＭＴ）と、
   前記第２の板（Ｐ２）の前記端子台（ＳＭ）の２つを前記電気素子（ＥＬ）に接続する電子伝送回路（ＣＴ）と、を有する、作動システムと、を備える装置。
2. 前記第１の板（Ｐ１）は、高摩擦係数を有する材料で構成されるか、または高摩擦係数を有する材料で構成された層を含む、請求項１に記載の装置（ＡＰ）。
3. 前記電子伝送回路（ＣＴ）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＣＣ）と、前記ハウジング（ＢＴ）の中を通る２つの電気配線（Ｆ１，Ｆ２）と、を含み、前記配線の各々は、前記第２の板（Ｐ２）の端子台（ＳＭ）と前記コンバータ（ＣＣ）の両方に接続されている、請求項１または２に記載の装置（ＡＰ）。
4. 前記電子伝送回路（ＣＴ）は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＣＣ）の出力に配置された蓄電池（ＣＤ）と、その充電量が閾値を超えたときの前記蓄電池（ＣＤ）の放電のために前記蓄電池（ＣＤ）と前記電気素子（ＥＬ）の両方に接続された制御ユニット（ＵＣ）と、を含む、請求項３に記載の装置（ＡＰ）。
5. 前記蓄電池（ＣＤ）はキャパシタである、請求項４に記載の装置（ＡＰ）。
6. 前記作動システム（ＳＡ）は、前記第１の板（Ｐ１）と前記第２の板（Ｐ２）との間に配置されるとともに前記熱電モジュール（ＭＴ）の側方を覆う電気絶縁層（ＩＳ）を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載の装置（ＡＰ）。
7. 前記作動システム（ＳＡ）は、中板と、前記中板を前記第１の板（Ｐ１）に抗して動かす手段と、を有する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の装置（ＡＰ）。
8. 当該装置は腕時計であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置（ＡＰ）。
9. 当該装置はリモートコントローラであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置（ＡＰ）。
10. 当該装置は、無線式の壁スイッチであることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の装置（ＡＰ）。
11. 前記電気素子（ＥＬ）は、発光ダイオードを含むことを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置（ＡＰ）。
12. 前記電気素子（ＥＬ）は、無線周波数送信機を含むことを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の装置（ＡＰ）。

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