JP2736667B2

JP2736667B2 - 発電装置付電子腕時計

Info

Publication number: JP2736667B2
Application number: JP50124389A
Authority: JP
Inventors: 昭一長尾
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1988-10-21
Filing date: 1988-01-25
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2013-04-02
Also published as: JPH03502665A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野この発明は、回転錘の回転で永久磁石ロータを回転さ
せ、それにともないコイルに発生する誘起電圧を蓄電手
段に充電し、その蓄電手段の出力によって時計回路を作
動する腕時計の具体的な構成に関する。

背景技術従来から電池を用いた腕時計にあっては、電池寿命を
長くすることが大きな課題であった。しかし小型な腕時
計に用いられる電池の大きさには自ずと限界があった。
これらを解決するための１つの手段として実現されてい
るのが、米国特許4653931号に示されるように太陽電池
を文字板上等表示面に設け、太陽電池によって二次電池
あるいは充電用コンデンサを充電し、該二次電池あるい
はコンデンサの出力によって時計回路を駆動する電子腕
時計である。しかしこの構成では黒色もしくは青色の太
陽電池が文字板上に配置されるためデザイン的な限定を
与えることになり、デザインを売りものとする電子時計
として好ましいものではなかった。

更に他の手段として時計内に回転錘等の機械的な作動
部を設け、これにもとずいて永久面のローターを回転さ
せ発電させようとする考え方もあった。しかし発電機自
体が大型になり、腕時計として実現されたものはかつて
１つもなかったのが現状である。

従って本発明は、このような従来の充電式電子腕時計
の欠点の存在しない、薄型で充電効率の良い発電装置付
電子時計を実現させるものである。

又本発明は外部から衝撃が加えられても破損のないス
リップ機構を備えた発電装置付電子腕時計を提供する。

発明の開示即ち本発明は回転錘から得られる機械エネルギーを電
気エネルギーに変換する発電装置付電子腕時計におい
て、前記回転錘の動力伝達部に所定値以上のトルクが印
加されたときスリップする摩擦結合部を備え、該摩擦連
結部を介して動力を伝達する機構を備えた発電装置付電
子腕時計になる。

又本発明は回転錘から得られる機械エネルギーを電気
エネルギーに変換する発電装置付電子腕時計において、
前記回転錘の動力伝達部を輪列により構成し、前記輪列
により駆動される永久磁石ロータと、該ロータに磁気的
に連結しロータの回動に応じて誘起電圧を発生するコイ
ルとを備え、前記回転錘は中心部が時計中心に回動自在
に支持されるとともにコイルの外側で該コイルと同一平
面上に配置される外周部を備え発電装置付電子時計にな
る。

更に本発明は回転錘から得られる機械エネルギーを電
気エネルギーに変換する発電装置付電子腕時計におい
て、時計表示用の表示輪列と、該表示輪列を駆動するロ
ータとステータとコイルからなるステップモータと、前
記回転錘の動力伝達部を構成する伝達輪列と、該伝達輪
列により回動される永久磁石ロータと、該永久磁石ロー
タを磁気的に連結しロータの回動に応じて誘起電圧を発
生する発電用コイルと、前記時計用ステップモータの駆
動信号を出力し前記発電用コイルからの出力を充電制御
する回路基板とを備え、前記表示輪列、伝達輪列、時計
用コイル、充電用コイル及び回路基板が実質的に重なる
ことなく分散配置して機械体が構成され、該機械体の表
面側に回転重錘を回動自在に配置した発電装置付腕時計
になる。

図面の簡単な説明第１図は本発明に係る発電電子腕時計の平面図。

第２図（ａ）は第１図の電子腕時計の部分断面図。

第２図（ｂ）は第１図の電子腕時計の部分断面図。

第２図（ｃ）は第１図の電子腕時計の部分断面図。

第３図は伝え歯車の平面図。

第４図は本発明の発電電子腕時計に用いられる発電回
路の概略図。

第５図は本発明の他の実施例を示すAG中間車の断面
図。

発明を実施するための最良の形態本発明をより詳細に説述するために、以下図面に従っ
てこれを説明する。

第１図は本発明の発電電子腕時計の表側平面図であ
る。地板１の上面には時刻表示輪列、ステップモータ
ー、蓄電手段、発電装置及び回路基板が配置されてい
る。各々の部分を図面と対応させて順次説明していく。
また第２図（ａ）（ｂ）（ｃ）は第１図の要部断面図で
あり、第１図と併せて説明をしていく。

時刻表示輪列はコイルブロック３、板状のステータ４
及び永久磁石ロータ５からなるステップモータにより駆
動され、ロータ５に順次噛合する中間車６、四番車７、
三番車８、二番車９、日の裏車10、筒車11からなる。輪
列受12は、ロータから三番車８までの表側輪列を地板１
との間で軸支している。コイル３はコイルとそれを貫通
する磁芯からなり、コイルブロック３を輪列受12から離
して重ねないよう構成することにより輪列部が厚くなる
のを防いでいる。

発電装置は第２図に示されるように、輪列受の上側に
配置された回転錘受13にベアリング14を介して回動自在
に軸支されている回転錘15と、該回転錘と一体に固定さ
れた回転錘歯車16と、該回転錘歯車16に順次噛合して回
動される伝え車17と発電用永久磁石ロータ18と、発電の
ために発電用ロータ18の周囲に配置された発電用ステー
タ19と発電用コイルブロック20からなる。回転錘15は回
転錘体15aと回転重錘15bを溶接して一体にしたものであ
る。ベアリング14に固着される回転錘車真21は上端部で
回転錘体15aをカシメ固定し、下端部に回転錘歯車16を
固着している。ベアリング14は周知のものであり、回転
錘受13に固着される外輪部14aと、回転錘車真21と固着
する内輪部14bとそれらの間に配置されるボール14cから
なる。伝え車17はカナを備えた伝え車真17aとそれに摩
擦結合する伝え歯車17bとからなる。永久磁石ロータ18
はカナを備えたロータ真18aと永久磁石18bとからなり、
発電効率を高めるために偏平に形成されている。実験に
よればロータの径R_dとロータの厚さの比が0.05〜0.5、
より好ましくは0.1〜0.3のときに充電効率が高くなるこ
とがわかった。ロータ磁石は軽量で磁束密度の高いSm₂C
o₁₇等の希土類磁石が用いられ２極着磁されているが、
６極、８極等でも可能である。伝え車17と発電用ロータ
18は地板１と回転錘受13によって軸支されており、コイ
ルブロック20は回転錘受13と離して重ならないよう配置
し時計体が厚くなるのを防いでいる。又第１図から明ら
かなように発電輪列となる伝え車17と発電用ロータ18は
表示輪列は互いに重ならないよう分散配置され、時計用
コイルブロック３と、発電用コイルブロック20も厚くな
るのを防ぐため地板外周の量なる位置に分散して配置さ
れている。

かかる発電装置は、回転錘15が回動すると回転錘歯車
16、伝え車17を介してロータ18が増速回動されるので、
コイルブロックに誘起電圧を発生する。この誘起電圧を
後述する回路ブロックを介して蓄電手段となるキャパシ
タに充電していくものである。回転錘は携帯時の腕の自
然な振れによって容易に回動するので、充分な充電が得
られるのである。実験によれば、回転錘15からロータ18
までの増速比は、30〜200の範囲に設定する必要がある
ことが判った。尚ステータ19は本発明では１体形ステー
タとしたが、これは２体形ステータ（USPAT.3984972に
記述される）になるとロータとステータの引き力が大き
くなり回転錘の回動のブレーキとなるのを防ぐためであ
る。もちろん設定を厳密にすれば２体形ステータでも使
用できる。

又上述した発電装置の場合、落下等によって回転錘15
に強い衝撃負荷トルクが加わると、動力伝達部の歯車の
支持部分、及び歯車の歯が破損してしまい耐衝撃性能に
劣るという問題を有する。耐衝撃性能を向上させるため
には、個々の部品を衝撃力に耐えられる様に強度アップ
させる必要があるが、これには構造の大型化が伴い、腕
時計の様な小さな製品に採用するのは困難となるといっ
た問題がある。

そこで本発明では、前記回転錘の動力伝達部に摩擦力
で動力を伝達する機構を少なくとも１つ有しているもの
であり、落下等による強い衝撃負荷トルクの回転重衝に
加わったときに、前記摩擦力で動力を伝達する機構がス
リップし、前記機構以降の動力伝達部に強い衝撃負荷ト
ルクが伝わるのを回避することができる。

具体的には前述した如く伝え車17の伝え車真17aと伝
え歯車17bが摩擦力をもって取り付けられている。第３
図に伝え歯車17bの平面図を示す。伝え歯車17bに弾性腕
17cによって伝え車真に弾着している。

この摩擦力は、次の関係から設定されている。まず通
常時を考えるとスリップせずに伝達しなければならない
ので、ロータ18とステータ19に生じる磁力による負荷分
及び輪列部の摩擦などの機械的な負荷より大きな摩擦力
になっている。次に衝撃時を考えると、磁力による負荷
はロータ18の回転速度が速くなると電磁誘導作用から大
きくなるので、摩擦力はこの負荷及び先程の機械的な負
荷より小さくなっている。

これらの値は、簡易的に次の考え方で求めれば実使用
を満足する。摩擦力の下限値は歯数比でトルク換算し回
転錘のアンバランストルクに打ちかつ様に設定する。た
とえば回転錘のアンバランストルクをWgcm、回転錘歯車
の歯数をZ₁、伝え車かなの歯数をZ₂としたときの伝え車
摩擦力はWX（Z₂／Z₁）以上に設定すれば良い。こうすれ
ば時計を静かに携帯する時は、回転錘に1G程度の加速度
が加わっているのだけなのでスリップしてしまうことは
ない。摩擦力の上限値は、車のほぞ、歯部等機械的な強
度限界よりも小さな値とすれば良い。

以上の構成によれば、通常携帯時は、腕の動き等によ
って発生する回転重錘15のトルクより、摩擦力が大きい
ため、伝え歯車17bは回転重錘２の回転をそのままロー
タ18に伝えるが、例えば落下等の強い衝撃が回転錘15に
加わった時は、回転錘15のトルクが摩擦力を上まわるの
で、伝え歯車17bがスリップし、回転錘15の回転は以降
の車に伝えられない。

尚摩擦係合する位置は他の車の位置でも良い。即ち回
転錘歯車16と回転錘車真21の間、ロータカナ18aとロー
タ磁石18bの間に摩擦係合部を設けてもよい。

この場合の摩擦力は、それぞれの歯数比により異な
り、前者の場合には、回転錘のアンバランストルク以上
必要で、後者の場合には、伝え歯車とロータ真のかなの
歯数比分だけ、さらに小さくて良い。

又、摩擦力を発生させる構造については、前述に限定
されず、分車のスリップ機構として使われる周知の筒カ
ナつぶし方法や磁石の磁力を設いた方法など、様々な構
造が考えられる。

磁石を設いた構造の一例を第５図に示し、図に沿って
説明する。17aは磁性体よりなる伝え車のかな、17dは磁
石、17bは伝え車の歯車を示す。磁石17dは歯車17bと固
着され、歯車17bはかな17aとガタで係合している。歯車
17bは、磁石17dとかな17aの吸着力により、かな17aと固
着されている。回転錘からの力が吸着力より弱い時は、
回転を伝達し、吸着力より強い時はかな17aが空回りす
ることになる。又、この構造を、発電用ガタに応用すれ
ば、磁石を、ロータ磁石と兼用することも可能である。

蓄電手段はキャパシタ２によって構成される。キャパ
シタ２は第１図及び第２図（ｃ）から明らかなように凸
状電極部2aにリード板23が溶接固着されている。キャパ
シタ２はリード板23が表になるように地極の凹所に設置
され、絶縁板25を介してリング状のキャパシタ押え24で
押圧保持される。キャパシタ押え24はネジ26,27によっ
て地板１に固着される。この際回路基板28のパターン28
aがリード板23と地板１の間で挾持され負極の電気的導
通をとっている。キャパシタの正極は回路基板パターン
と導通するプラスリード39をキャパシタ２のサイドに弾
性接触させて導通をとる。

回路基板28はフレキシブル基板をベースとして、その
地板と対向する面上にICチップ30、ダイオード31、昇圧
用コンデンサ32、補助コンデンサ33、水晶振動子34が固
着され電極パターンによって互いに接続している。回路
基板28の一方の端部28bには発電用コイルブロック20に
設けられたコイルリード基板20aのパターンと接続する
パターンが設けられておりネジ35によって圧着接続させ
ている。又回路基板28の他端28cには前述したキャパシ
タ２との接続部としてのパターン28aが回路基板から突
出している。また回路基板28の中間には時計用コイルブ
ロック３と水晶振動子34を逃げるための孔部28dが構成
され、時計が厚くなることを防いでいる。孔部28dの周
辺には時計用コイルブロック３のコイルリード基板3aの
パターンと接続するパターンが形成されネジ36によって
圧着接続されている。回路基板28に固着されるICチップ
30、ダイオード31、昇圧用コンデンサ32、補助コンデン
サ33、水晶振動子４といった電子部品は各々プラスチッ
ク地板１の凹所に収納され保護されるとともに、時計体
が厚くならないように工夫されている。また回路基板28
は表示輪列及び発電輪列と重ねないように分散して配置
し時計が厚くなるのを防いでいる。

また回路基板28の表側には金属薄板で形成された回路
押え板29が載置されている。回路押え板29はネジ35,36,
26及びコイルブロック３を固定するネジ38のネジ類と回
路基板の間に介在するように配置され、多ネジによって
地板に固定される。回路押え板29の１部には回転重錘の
軌跡を障げないよう地板周辺部の回路基板28を押えつけ
るばね部29a、29bが形成されており、またネジ38の近傍
に巻真の位置決めをなすオシドリ（図示せず）を押圧す
るバネ部29cを形成している。バネ部29cと対向する回路
基板は孔部が形成されている。また水晶振動子34を地板
に押圧するバネ部29dと、ケースに接触してアースをと
るバネ部29eとを一体に備えている。尚アースリード用
のバネ部29eを時計体の側面に設けたのは回転錘15の軌
跡を妨げないようにするためである。

以上、時刻表示輪列、スラップモーター、蓄電手段、
発電装置及び回路基板について順次説明してきた。ここ
で全体レイアウトについての特徴を述べる。

本実施例におけるレイアウトは、表示輪列5,6,7,8と
発電輪列17,18、時計用のコイルブロック３、発電用コ
イルブロック20、キャパシタ２、回転基板28を互いに平
面的に重ねることなく分散して配置し、回路基板上の電
気素子は地板１上の凹所に収納して厚くなることを防い
でおり、更に水晶振動子34を時計用コイル３の外側の不
要空間部に配置してスペースをかせぐ等工夫することに
より、回転錘15を除いた機械体を全体として偏平な形状
に作ることができる。また回転錘15はその外周の厚肉箇
所15cがコイルの外側の地板外周部に設けられて断面的
にコイルと同一平面上にくるよう構成したので、回転錘
15と回転錘受13の隙間も最小限にすることができ、回転
錘をもちながらも、全体として通常の時計の厚さと比べ
ても何等遜色のない電子時計を提供できるものである。
併せて回転重錘の最重量部を時計の最外周部にもってく
ることにより、発電効率の高い発電装置付電子時計を提
供できるものである。

尚本実施例に用いられる発電回路について第４図
（ａ）（ｂ）に略記する。第４図（ａ）は全波整流回路
を用いた例である。発電用コイル40に全波整流用ダイオ
ード41,42,43,44が接続されており、そこに蓄電用キャ
パシタ45が接続されている。46は補助コンデンサであり
キャパシタ45に比べて容量を小さくしてある。キャパシ
タ45の電荷で補助コンデンサ46を充電し、それによって
時計回路47が駆動される。回転錘の一方の回転にともな
い実線の如き電流が流れ、他方の回転によって破線の如
く電流が流れる。これによって回転重錘のいかなる回転
も充電に利用することができるものである。尚48はリミ
ッターであり、キャパシタ45が過充電状態になったとき
それを検出してコイル両端を端絡させ、それ以上の充電
がされないようにするものである。

第４図（ｂ）は半波整流回路を用いた例である。図
中、コイル40、キャパシタ45、補助コンデンサ46、時計
回路47、リミッター48は第４図（ａ）と同様である。本
実施例においては電流素子としてダイオード49が１つだ
け用いられている。この場合ダイオード数が少なくなる
のでその分抵抗成分が減じられるよう効率の良い充電が
可能となる。

尚キャパシタ45の蓄電電圧をより有効に利用するため
に、キャパシタ45と補助コンデンサ46の間に昇圧回路を
挿入することも可能である。この具体的な構成は、同一
出願人により既にアメリカに出願されているSerial No.
06/849,932に詳述されている。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】回転錘から得られる機械エネルギーを電気
エネルギーに変換する発電装置付電子腕時計において、
前記回転錘の動力伝達部を構成する伝達輪列と、前記伝
達輪列により回動される永久磁石ロータと、前記永久磁
石ロータを包囲するステータと、前記伝達輪列及び前記
永久磁石ロータを軸支する受部材とを備え、前記回転錘は回転錘体と回転重錘とからなり、更に前記
伝達輪列に動力を伝える回転錘歯車を有し、前記回転錘の回転重錘と前記回転錘歯車はほぼ同一の高
さに配置され、前記回転錘の前記回転重錘と前記回転錘歯車の平面隙間
に前記受部材から突出した伝達輪列のかなが配置され、前記伝達輪列のかなは前記回転錘歯車と噛合い、前記回転錘に所定以上のトルクが加わったときに衝撃が
伝わらない機構を前記動力伝達部に設けたことを特徴と
する発電装置付電子腕時計。
【請求項２】時刻表示用輪列を軸支する輪列受の上に前
記受部材が重なり、前記受部材にはベアリングの外輪が
固着され、前記ベアリングの内輪に回転錘歯車及び回転
錘が固着されていることを特徴とする請求項１記載の発
電装置付電子腕時計。
【請求項３】前記回転錘と前記回転錘歯車は回転錘車真
に固着され、前記前記回転錘車真は前記ベアリングの内
輪に固着されていることを特徴とする請求項２記載の発
電装置付電子腕時計。