JP3051919B2 - 熱発電式電子機器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、熱電式発電機を備
えた、例えば、腕時計などの熱発電式電子機器、置時
計、掛時計、ページャー等の電子機器に関する。

【０００２】

【従来の技術】熱発電式電子機器、例えば、腕時計は、
いまや電子式腕時計が主流となっているが、その動力源
としては、銀電池やリチウム電池などが使われている。
しかしながら、これら電池は、消耗品であるため定期的
な交換が必要であるばかりでなく、地球の有限な資源を
消費する。

【０００３】そこで、これに代わるものとして、発電機
構を内部に備えた腕時計が研究されてきている。その発
電方式としては、例えば、光エネルギーを変換する太陽
電池や、重力エネルギーを利用した機械的発電、或いは
温度差によるゼーベック効果を利用した熱電式発電など
が知られ、そのうち太陽電池及び機械的発電を用いたも
のは既に実用化されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】熱発電式電子機器にお
いて、熱発電方式を利用する場合、腕を介して熱発電式
電子機器に伝わる体温（高温部）と、熱発電式電子機器
のまわりの外気の温度（低温部）との温度差が利用され
る。しかし、これまでの熱発電式電子機器では、高温部
から熱電式発電機の受熱部への熱伝導性や、熱電式発電
機の放熱部から低温部への熱伝導性等が問題となり、必
要な電気エネルギーを熱電式発電機が発生させるのに十
分な前記温度差を得るまでには至らないという問題点が
あった。

【０００５】特に、熱発電式電子機器を腕に装着して暫
くは、裏蓋が体温で急速に暖められ、一方胴又はガラス
縁は冷えたままのため、熱電式発電機の受熱部と放熱部
との間の温度差は大きいが、やがてガラス縁も熱伝導に
よって徐々に温度上昇し、温度差は小さくなっていく。
また、熱発電式電子機器を腕から取り外すと、放熱によ
り熱電式発電機の受熱部及び放熱部がほぼ同時に冷却さ
れるため、温度差が僅かとなり、熱電式発電機は、殆ど
電気エネルギーを発生させることができないという問題
点があった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、前記放熱部が前記ガラス縁に、一方、前記受熱部が
前記裏蓋に、それぞれ熱伝導可能な状態に接続された熱
電式発電機の受熱部に第１の蓄熱材を熱伝導可能な状態
に設置されている構成とした。

【０００７】本発明によれば、熱電式発電機の放熱部が
ガラス縁に、一方、受熱部が裏蓋に、それぞれ熱伝導可
能な状態に接続されている。更に、裏蓋には、熱電式発
電機と並列に熱伝導可能な状態で第１の蓄熱材が設置さ
れている。そのため、腕からの熱は裏蓋を介して熱電式
発電機の受熱部へと同時に、第１の蓄熱材にも伝導され
る。熱電式発電機を通った熱は、放熱部から更にガラス
縁やガラスや放熱胴を介して外気へと放熱される。一
方、第１の蓄熱材に流れた熱は、蓄熱材を暖め、融解点
（凝固点）温度までは潜熱として熱を蓄え、やがて融解
点を超えると固体から液体に相変化し温度上昇し熱電式
発電機の受熱部と温度差がなくなり定温となる。裏蓋に
は熱伝導率の低いステンレス鋼やチタンの薄板を使用し
ているので、板厚方向には熱が伝わり易く腕につけた直
後から発電を行ない、径方向には熱が伝わりにくいので
蓄熱材による温度低下の影響を受けない。従って、熱電
式発電機の受熱部と放熱部との間には、第１の蓄熱材を
設置しなかった場合と同等の温度差が生じ、熱電式発電
機が所定の電気エネルギーを発生させることができる。

【０００８】 また、第１の蓄熱材には所定の熱量が蓄
えられる。 従って、前記熱発電式電子機器を腕から取
り外した場合においても、第１の蓄熱材に蓄えられた所
定の熱量によって発電が継続される。 熱発電式電子機
器を腕から取り外すと、外気への放熱によって、ガラス
やガラス縁や放熱胴と共に裏蓋も温度低下が始まる。通
常はガラスやガラス縁や放熱胴の方が裏蓋より熱容量が
多いので、裏蓋の方が早く冷却するため発電量が少なく
なり０となる。やがて逆転し、熱電式発電機の受熱部の
温度が放熱部の温度より低くなり逆起電力が生じる。逆
起電力を電気回路で反転させて起電力として利用する方
策もあるが、そのために消費する電力との勘案からみて
あまり効果が大きくないので利用されていない。本発明
によれば、第１の蓄熱材を裏蓋に熱伝導可能な状態で設
置されており、裏蓋には熱伝導率の低いステンレス鋼や
チタンを使用しているが裏蓋の外気への放射に比較すれ
ば数段に熱伝導されるので、前記熱発電式電子機器全体
が冷却していく中でも、ガラスやガラス縁や放熱胴より
も高温に維持されたまま効率は低いが発電を維持する。
前記熱発電式電子機器全体がさらに冷却し、第一の蓄熱
材の凝固点まで下がると前記蓄熱材は潜熱を放出するた
め、一定温度を保ち裏蓋温度を一定に保つ。従って、裏
蓋に熱的に接続している発電機の受熱部も凝固点温度に
一定に維持される。一方、放熱部は、ガラス縁が引続き
冷却を進行しているので、その間温度差は徐々に大きく
なり発電量が増加する。やがて、ガラス縁が外気温にな
る時点で最大発電力になり前記蓄熱材が潜熱を放出する
まで持続する。その後は、前記蓄熱材も徐々に温度を下
げやがて外気温になり発電が停止する。この間前記に見
られた起電力の極性の逆転もなく、熱エネルギーを有効
に電気エネルギーに変換することができる。

【０００９】 また、例えば、前記熱発電式電子機器を
腕に装着していない状態で、外気の温度が、上記所定温
度より低い温度から高い温度へ、又は上記所定温度より
高い温度から低い温度へと変化したときには、第１の蓄
熱材が、受熱部からの熱を吸収又は放出するため、受熱
部の温度を一定時間、前記所定温度に保つことが可能と
なる。即ち、腕につけなくても、外気温度の変化があれ
ば、蓄熱材により時間的に一方の温度を遅延させること
により、受熱部と放熱部との間に温度差を発生させ、電
気エネルギーを得ることが可能となる。

【００１０】ここで、熱発電式電子機器としては、例え
ば、腕時計、置時計、掛時計、ページャー等の電子機器
が挙げられる。また、熱伝導性の低い材質としては、例
えば、セラミックス、プラスチック、或いは、ＳＵＳや
Ｔｉ等の金属などが挙げられる。蓄熱材としては、例え
ば、室温や、体温付近で液相から固相に相変化するパラ
フィン系の物質により構成されたものなどが挙げられ
る。

【００１１】 更に、別発明では、前記熱電式発電機
が、前記放熱部が前記ガラス縁に、一方、前記受熱部が
前記裏蓋に、それぞれ熱伝導可能な状態に接続され、前
記放熱部と熱伝導可能な状態で、第２の蓄熱材が設置さ
れている構成とした。本発明によれば、熱電式発電機の
放熱部がガラス縁に、一方、受熱部が裏蓋に、それぞれ
熱伝導可能な状態に接続され、前記腕時計には、放熱部
と熱伝導可能な状態で、第２の蓄熱材が設置されている
ため、腕からの熱は裏蓋を介して熱電式発電機の受熱部
に伝導され、一方、熱電式発電機の放熱部からの熱は、
第２の蓄熱材に伝導されるとともに、ガラス縁を介して
外部へと放熱される。

【００１２】従って、熱電式発電機の受熱部と放熱部と
の間に温度差が生じ、前記温度差に基づいて、熱電式発
電機が所定の電気エネルギーを発生させることができ
る。熱発電機の放熱部から出た熱はガラス縁やガラスや
放熱胴を介して外気に放熱されるが、空気への放熱は抵
抗が大きいのでやがて飽和となり徐々にガラス縁の温度
が上がり放熱部と受熱部の温度差は少なくなり発電能力
は低下してくる。

【００１３】しかしながら本発明の構成によれば、第２
の蓄熱材が発電機と並列に設置されているため、放熱部
の熱は蓄熱材に所定の熱量が吸収され、やがて固体から
液体に相変化しガラス縁と同温度になるまでは熱を吸収
し続ける。従って、当前記熱発電式電子機器を腕に装着
して暫くは、第２の蓄熱材に所定の熱量が吸収されるた
め、第２の蓄熱材と熱伝導可能な状態に接続された放熱
部の温度を一定時間、所定温度に保つことが可能とな
る。即ち、受熱部と放熱部との間の温度差を拡大させ、
より多くの電気エネルギーを得ることが可能となる。

【００１４】 また、例えば、前記熱発電式電子機器を
腕から取り外した後は、第２の蓄熱材に蓄えられた所定
量の熱量によって、第２の蓄熱材と熱伝導可能な状態に
接続された放熱部の温度を一定時間、所定温度に保つこ
とが可能となる。即ち、受熱部と放熱部との間にマイナ
スの温度差を発生させる。マイナスの起電力は電子回路
により逆転させることにより熱発電式電子機器を稼動さ
せる電気エネルギーを得ることが可能となる。

【００１５】 また、前記熱発電式電子機器を腕に装
着していない状態で収納されていても、断熱されていな
い環境に放置しておけば、その室温の変化、例えば、昼
と夜、冷・暖房機器運転時と停止時、あるいは日射の有
無、人の出入り等日常生活においては一日の中にかなり
の温度変化がある。蓄熱材が無い場合には、裏蓋もガラ
ス縁も環境の温度変化に同時に追従するため、ガラス縁
と裏蓋間には温度変化は生じないが、蓄熱材を入れるこ
とにより温度変化に時間差が生じるため温度差が生じ
る。外気の温度が、上記所定温度より低い温度から高い
温度へ、又は上記所定温度より高い温度から低い温度へ
と変化したときには、第２の蓄熱材が、放熱部からの熱
を吸収又は放出するため、放熱部の温度を一定時間、前
記所定温度に保つことが可能となる。即ち、受熱部と放
熱部との間に温度差を発生させ、電気エネルギーを得る
ことが可能となる。

【００１６】 また、第１の蓄熱材と第２の蓄熱材を組
合せて同時に設置すれば、更に有効に温度変化を時間差
による温度差につなげることができる。さらに本発明に
おいては、裏蓋の材質の選択にも工夫があり、裏蓋を敢
えて熱伝導性の低い材質、例えば熱伝導率が20W/m/℃程
度のステンレス鋼やチタンの薄板で形成し、その中央部
に熱式発電機を、縁部に第１の蓄熱材を固着し、腕から
の熱をそれぞれ並列的に吸収する工夫をしている。蓄熱
材を中央に、発電機を縁部に配置する構成でも可能であ
る。

【００１７】本発明によれば、裏蓋が、熱伝導性の低い
材質で形成されているため、距離の長い径方向には熱が
伝わりにくく、そのため発電機は蓄熱材による温度低下
の影響を受けず、一方厚み方向には薄いので板厚方向に
は熱が伝わり易く腕につけた直後から発電を行なうこと
ができる。また、ガラス縁と熱電式発電機の放熱部との
接続に、熱伝導率200W/m/℃超の銅やアルミニウム等の
熱伝導性の高い導熱板を配置し、前記導熱板に前記第２
の蓄熱材が固着されている構成とした。

【００１８】本発明によれば、ガラス縁と熱電式発電機
の放熱部とが、熱伝導性の高い導熱板を介して接合さ
れ、前記導熱板に、第２の蓄熱材が固着されているた
め、熱電式発電機の放熱部からの熱は、第２の蓄熱材に
伝わり易い状態となる。そのため、熱電式発電機の放熱
部からの熱の殆どが、先ず、第２の蓄熱材に吸収される
こととなり、放熱部の温度上昇を遅らせることが可能と
なる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る熱発電式電子
機器の実施の各形態例について、図面を参照しながら説
明する。 ［第１の実施の形態例］図１は、本発明に係る熱発電式
電子機器の第１の実施の形態例として例示する腕時計の
断面図、図２は、図１の腕時計に備わる熱電式発電機
の、放熱部と受熱部との温度変化を示すグラフである。

【００２０】 図１において、１はムーブメント、２は
ガラス、３はガラス縁、４は断熱胴、５は裏蓋、６は熱
電式発電機、７は導熱板、９は放熱胴、１０Ａは蓄熱材
（第１の蓄熱材）、１１は針、１２は文字盤、１３は中
枠、３１はパッキン、９Ａは放熱フィンである。 熱電
式発電機６は、複数（例えば、１２個）の熱発電素子６
ａ，…と、前記熱発電素子６ａ，…を上下に挟む放熱部
６ｃ及び受熱部６ｂと、から構成されている。

【００２１】 この熱電式発電機６は、受熱部６ｂ（高
温部）と放熱部６ｃ（低温部）との温度差を利用して、
ゼーベック効果により、所定の電気エネルギーを発生さ
せる。 この熱電式発電機６は、その受熱部６ｂ側端面
が裏蓋５の中心部分に、一方、放熱部６ｃ側端面がバネ
性を有する導熱板７に、それぞれ固着されている。 ま
た、熱電式発電機６の受熱部６ｂは、裏蓋５からの集熱
機能を高めるために、外側面より延出した状態に形成さ
れている。そして、収容空間４ｃ（後述）への露出面に
は、放熱を防止するために、断熱材Ｆが塗布されてい
る。

【００２２】ムーブメント１、文字盤１２、針１１、…
は、ユニット化された状態で、ガラス縁３の内周側に、
中枠１３を介して設置されている。ガラス２は、例え
ば、熱伝導性の良いサファイアガラスや、熱線吸収ガラ
ス等から略円盤状に形成されていて、その周縁部が、ガ
ラス縁３の内周上端側に固定されている。

【００２３】 裏蓋５は、熱拡散率の低い、例えば、Ｔ
ｉ、ＳＵＳ等の金属により形成されていて、その周縁部
が、断熱胴４の底面に固定されている。この裏蓋５の外
面（腕への装着面）の周縁部には、放熱を防止するため
に、その表面に断熱材Ｆが塗布されている。導熱板７
は、熱伝導性の良い、例えば、Ｃｕ等により略円盤状に
形成されていて、その中心部分７ｃが裏蓋５方向に膨出
しバネ性をもたせ、周縁部７ｄより一段低い形状となっ
ている。

【００２４】 この導熱板７は、その周縁部７ｄがガラ
ス縁３の下端面３ｂと固着し、中心部分７ｃが熱電式発
電機６の放熱部６ｃ側端面と固着した状態で設置されて
いる。 また、導熱板７の、放熱部６ｃ側端面との接合
面及びガラス縁３との接合面を除く表面には、導熱板７
から収容空間４ｃ（後述）への熱放射を防止するため
に、断熱材Ｆが塗布されている。

【００２５】ガラス縁３は、熱拡散率の高い、例えば、
Ｃｕ、Ａｌなどの金属により形成されていて、その下端
側が、断熱胴４の収容空間４ｃ（後述）内に嵌入し、一
方、上端側が、断熱胴４の上端より突出した状態で、断
熱胴４に固定されている。このガラス縁３の上端面に
は、外気への放熱性を高めるために、アルマイト処理が
施されている。

【００２６】また、ガラス縁３の下端面３ｂや内周面に
は、熱伝導性を高めるためにＣｕメッキが施されてい
る。また、ガラス縁３の外周面と断熱胴４の内周面との
間には、ガラス縁３から断熱胴４への熱の移動を防止す
るために、空気層または断熱材が配された状態となって
いる。

【００２７】断熱胴４は、例えば、セラミックス、プラ
スチック、或いは、熱拡散率の低いＳＵＳやＴｉ等の金
属などにより形成されている。この断熱胴４は、その内
部に、ムーブメント１、ガラス縁３、熱電式発電機６等
を収容するための収容空間（中空部）４ｃが上下に貫通
した状態に形成されている。

【００２８】この断熱胴４の上端面（傾斜面）には、放
熱胴９が形成されている。放熱胴９は、熱拡散性の高
い、例えば、Ｃｕ、Ａｌ等の金属により形成されてい
て、その表面には、放熱効率を高める複数の凹凸からな
る放熱フィン９Ａが設けられている。放熱胴９はガラス
縁３と熱伝導可能なように係合していて、熱電式発電機
６の放熱部６ｃから、ガラス縁３を介して伝導された熱
を、放熱フィン９Ａを介して効率よく外気へと放熱す
る。

【００２９】蓄熱材１０Ａ（第１の蓄熱材）は、物質の
相変化（固相から液相へ）に伴う潜熱を利用して熱エネ
ルギーを蓄積するもので、例えば、パラフィン系の物質
などにより構成されている。この蓄熱材１０Ａを構成す
る物質の融点は、その成分の微調整により、適宜設定可
能となっていて、ここでは、高温部となる体温に応じ
て、体温より５℃低く設定するなど、選択的に決定され
ている。体温はほぼ３６℃前後だが、実際の腕の温度は
その時の気温や室温や服装あるいは携帯の仕方等により
変化する。気温が体温近くある時は３５℃近くになる
が、冬や寒い環境では２０℃以下になる場合もある。本
発明では、凝固点が３０℃のパラフィンを選定したが、
蓄熱材選定にあたっては、各個人の生活条件に合わせて
選択するのが望ましい。たとえば、熱帯・亜熱帯地域で
は３５℃、寒冷地では２０℃等。極寒地や特殊環境下で
は２０℃以下になる場合もあるが、大量生産の商品とし
ては概ね２０℃以上３５℃以下の間で選定するのが実用
的である。

【００３０】 この蓄熱材１０Ａは、裏蓋５の内面（ム
ーブメント１側の面）の周縁部に、固着されている。ま
た、蓄熱材１０Ａの、裏蓋５との接合面を除く表面に
は、収容空間４ｃへの熱放射を防止するために、断熱材
Ｆが塗布されている。次に、この腕時計における熱伝導
状態について、図２を参照しながら説明する。

【００３１】腕時計を装着すると、腕（高温部）からの
熱（体温）は、裏蓋５を介して、熱電式発電機６の受熱
部６ｂ側端面や、蓄熱材１０Ａへと伝導される。ここ
で、腕から発せられた熱は、裏蓋５の厚み方向（受熱部
６ｂ）へは伝導され易く、裏蓋５の平面方向（蓄熱材１
０Ａ）へは伝導され難いため、裏蓋中央部の熱の多くが
受熱部６ｂへと吸収される。

【００３２】そのため、受熱部６ｂは、蓄熱材１０Ａへ
と吸収される熱の影響を殆ど受けず、図２に示すよう
に、所定温度（ｈ２）まで上昇する。一方、蓄熱材１０
Ａは、裏蓋の外周部から腕の熱を吸収し、図２に示すよ
うに、温度が徐々に上昇していく。そして、蓄熱材１０
Ａは、融点（ｈa）まで温度が上昇すると、蓄熱材１０
Ａを構成する物質が固相から液相へ相変化を起こし、相
変化に必要な熱量（例えば、４０〜８０cal/g）を潜熱
として蓄積していく。

【００３３】この相変化の間、蓄熱材１０Ａは、融点
（ｈa）で、温度上昇を一旦停止する。そして、相変化
が終了すると、受熱部６ｂと同様に上昇するが、およそ
３０分程度で受・放熱が均衡し所定温度（ｈ２）で安定
する。また、熱電式発電機６の放熱部６ｃは、ガラス縁
３及び放熱胴９やガラス２を介して外気（低温部）への
放熱が行われ、およそ３０分程度で受・放熱が均衡し所
定温度（ｈ１）に保たれる。

【００３４】従って、受熱部６ｂと放熱部６ｃとの間
に、ほぼ一定の温度差（ｈ２−ｈ１）が生じ、熱電式発
電機６は、継続して電気エネルギーを発生させることが
できる。このｈ１、ｈ２及び受・放熱が均衡するまでの
時間は、外気温度や携帯腕の体温や熱発電式電子機器の
構造・材質等によって決まる。また、腕時計を取り外す
と、図２に示すように、熱電式発電機６の放熱部６ｃ、
受熱部６ｂ、及び蓄熱材１０Ａは、外気への放熱によ
り、徐々に冷却されていく。

【００３５】そして、蓄熱材１０Ａは、前記融点（ｈ
a）まで温度が下降すると、蓄熱材１０Ａを構成する物
質が相変化（液相から固相へ）を起こし、この相変化と
ともに、潜熱として蓄えられていた熱量（例えば、４０
〜８０cal/g）を放出していく。この相変化の間、受熱
部６ｂは、放出された熱により、温度下降を融点（ｈ
a）温度で、一旦停止する。

【００３６】その間も放熱部６ｃは冷却されていくた
め、受熱部６ｂと放熱部６ｃとの間に温度差が生じ、熱
電式発電機６は、電気エネルギー（ｓ１）を余分に発生
させることができる。 ［第２の実施の形態例］図３は、本発明に係る熱発電式
電子機器の第２の実施の形態例として例示する腕時計の
断面図である。図４は、図３の腕時計に備わる熱電式発
電機の、放熱部と受熱部との温度変化を示すグラフであ
る。

【００３７】この実施の形態では、図示のように、蓄熱
材１０Ｂが熱電式発電機６の放熱部６ｃ側に配置された
構成となっている。この第２の実施の形態において、上
記の第１の実施の形態と同一部分には、同一符号を付
し、その説明を省略する。この実施の形態において、蓄
熱材１０Ｂ（第２の蓄熱材）は、図３に示すように、導
熱板７の周縁部７ｄの裏蓋５側の面に、固着されてい
る。

【００３８】この蓄熱材１０Ｂは、を構成する物質の融
点は、その成分の微調整により、適宜設定可能となって
いて、ここでは、使用地域の平均温度に応じて、平均温
度よりプラス３℃高くするなど、選択的に決定されてい
る。本発明においては、日本では夏場室内で２５℃、冬
場室内で１５℃を想定し、凝固点が２０℃のパラフィン
を選定したが、蓄熱材選定にあたっては、販売地域の生
活条件に合わせて選択するのが望ましい。たとえば、寒
冷地で１５℃、亜熱帯地域でで２５℃など数種類の選択
肢を持たせながら商品化するのが望ましい。戸外で主に
使用する場合や特殊環境で使用する場合には、１５℃以
下や２５℃以上の場合もあるが、大多数が生活する室内
としては概ね１５〜２５℃間で選定するのが実用的であ
る。

【００３９】 また、蓄熱材１０Ａと同様、蓄熱材１０
Ｂの、導熱板７との接合面を除く表面には、収容空間４
ｃへの熱放射を防止するために、断熱材Ｆが塗布されて
いる。また、熱電式発電機６の受熱部６ｂは、裏蓋５か
らの集熱機能をさらに高めるために、周縁部を除く、裏
蓋５の内面ほぼ全体を覆う大きさに形成されている。

【００４０】次に、この腕時計における、熱伝導状態に
ついて、図４を参照しながら説明する。腕時計を装着す
ると、腕（高温部）からの熱（体温）は、裏蓋５を介し
て、熱電式発電機６の受熱部６ｂ側端面へと伝導され
る。その熱により、受熱部６ｂの温度は、図４に示すよ
うに、所定温度（ｈ２）まで上昇する。

【００４１】一方、熱電式発電機６の放熱部６ｃからの
熱は、導熱板７を介して蓄熱材１０Ｂへと伝導される。
その熱は、蓄熱材１０Ｂに吸収され、蓄熱材１０Ｂの温
度を上昇させていく。そして、蓄熱材１０Ｂは、融点
（ｈb）まで温度が上昇すると、蓄熱材１０Ｂを構成す
る物質が相変化（固相から液相へ）を起こし、相変化に
必要な熱量（例えば、４０〜８０cal/g）を潜熱として
蓄積していく。この相変化の間、蓄熱材１０Ｂ及び放熱
部６ｃは、融点（ｈb）温度で、温度上昇を一旦停止す
る。

【００４２】その間も受熱部６ｂの温度は上昇していく
ため、受熱部６ｂと放熱部６ｃとの間に大きな温度差が
生じ、電気エネルギー（ｓ２）を余分に発生させること
が可能となる。また、腕時計を取り外すと、図４に示す
ように、熱電式発電機６の放熱部６ｃ及び受熱部６ｂ
（裏蓋５）は、外気への放熱により、徐々に冷却されて
いく。

【００４３】そして、蓄熱材１０Ｂは、前記融点（ｈ
b）まで温度が下降すると、蓄熱材１０Ｂを構成する物
質が液相から固相へ相変化を起こし、相変化に必要な熱
量（例えば、４０〜８０cal/g）を潜熱として放出して
いく。この相変化の間、放熱部６ｃは、放出された熱に
より、融点（ｈb）温度で、温度下降を一旦停止する。
その間も受熱部６ｂは冷却されていくため、受熱部６ｂ
と放熱部６ｃとの間にマイナスの温度差が生じ、熱電式
発電機６は、逆の電圧を発生させる。この電圧を、例え
ば、電子回路により反転させることにより、電気エネル
ギー（ｓ３）を余分に得ることが可能となる。

【００４４】［第３の実施の形態例］図５は、本発明に
係る熱発電式電子機器の第３の実施の形態例として例示
する腕時計の断面図である。図６は、図５の腕時計に備
わる熱電式発電機の、放熱部と受熱部との温度変化を示
すグラフである。この実施の形態では、図示のように、
第一の蓄熱材１０Ａが熱電式発電機６の受熱部６ｂ側
に、一方、第２の蓄熱材１０Ｂが熱電式発電機６の放熱
部６ｃ側に、それぞれ配置された構成となっている。

【００４５】この第３の実施の形態において、上記第１
及び第２の実施の形態と同一部分には、同一符号を付
し、その説明を省略する。この実施の形態において、蓄
熱材１０Ａは、図５に示すように、裏蓋５の内面（ムー
ブメント１側の面）の周縁部に、一方、蓄熱材１０Ｂ
は、導熱板７の蓄熱材１０Ａと対向する位置に、それぞ
れ固着されている。

【００４６】 また、蓄熱材１０Ａ、１０Ｂの、裏蓋５
や導熱板７との接合面を除く表面には、収容空間４ｃへ
の熱放射を防止するために、断熱材Ｆが塗布されてい
る。このように、この実施の形態の腕時計によれば、蓄
熱材１０Ａ、１０Ｂが配設されているため、前述の第１
及び第２の実施の形態の腕時計、双方の効果を得ること
ができる。

【００４７】また、この実施の形態の腕時計によれば、
以下に示すように、腕に装着していない場合（放置して
ある場合）にも、熱電式発電機６は、外気の温度変化を
利用して、電気エネルギーを発生させることが可能であ
る。例えば、外気の温度が上昇すると、図６に示すよう
に、外気からの受熱により、受熱部６ｂ、放熱部６ｃ及
び蓄熱材１０Ａ、１０Ｂの温度が上昇する。

【００４８】そして、蓄熱材１０Ｂは、融点（ｈb）ま
で温度が上昇すると、蓄熱材１０Ｂを構成する物質が固
相から液相へ相変化を起こし、相変化に必要な熱量（例
えば、４０〜８０cal/g）を潜熱として蓄積していく。
この相変化の間、蓄熱材１０Ｂ及び放熱部６ｃは、融点
（ｈb）温度で、温度上昇を一旦停止する。その間も受
熱部６ｂの温度は上昇していくため、受熱部６ｂと放熱
部６ｃとの間に温度差が生じ、電気エネルギー（ｓ４）
を発生させることが可能となる。

【００４９】また、外気の温度が下降すると、図６に示
すように、外気への放熱により、受熱部６ｂ、放熱部６
ｃ及び蓄熱材１０Ａ、１０Ｂの温度が下降する。そし
て、蓄熱材１０Ａは、前記融点（ｈa）まで温度が下降
すると、蓄熱材１０Ａを構成する物質が相変化（液相か
ら固相へ）を起こし、この相変化とともに、潜熱として
蓄えられていた熱量（例えば、４０〜８０cal/g）を放
出していく。この相変化の間、受熱部６ｂは、放出され
た熱により、融点（ｈa）温度で、温度下降を一旦停止
する。

【００５０】その間も放熱部６ｃは冷却されていくた
め、受熱部６ｂと放熱部６ｃとの間に温度差が生じ、熱
電式発電機６は、電気エネルギー（ｓ５）を発生させる
ことができる。 ［第４の実施の形態例］図７は、本発明に係る熱発電式
電子機器の第４の実施の形態例として例示する腕時計の
断面図である。

【００５１】この実施の形態では、図示のように、蓄熱
材１０Ａが裏蓋５のほぼ中央に配置された構成となって
いる。この第４の実施の形態において、前述の第１の実
施の形態と同一部分には、同一符号を付し、その説明を
省略する。この実施の形態において、熱電式発電機６
は、図７に示すように、放熱部６ｃがリング状に、一
方、受熱部６ｂが円盤状に形成されている。

【００５２】 熱電式発電機６には、上方が開口した凹
状の空間が形成され、その空間内に、蓄熱材１０Ａが、
受熱部６ｂに固着された状態で設置されている。この蓄
熱材１０Ａの、収容空間４ｃへの露出面には、放熱を防
止するために、断熱材Ｆが塗布されている。導熱板７
は、一端が熱電式発電機６の放熱部６ｃ側端面と固着
し、他端がガラス縁３の下端面３ｂと固着した状態に設
置されている。

【００５３】 また、導熱板７の、放熱部６ｃ側端面と
の接合面及びガラス縁３との接合面を除く表面には、導
熱板７から収容空間４ｃへの熱放射を防止するために、
断熱材Ｆが塗布されている。このように、熱電式発電機
６及び蓄熱材１０Ａを配置した構成においても、前述の
第１の実施の形態と同様の効果を得ることが可能であ
る。

【００５４】［第５の実施の形態例］図８は、本発明に
係る熱発電式電子機器の第５の実施の形態例として例示
する腕時計の断面図である。この実施の形態では、図示
のように、蓄熱材１０Ｂが熱電式発電機６の内側に配置
された構成となっている。

【００５５】この第５の実施の形態において、前述の第
２の実施の形態と同一部分には、同一符号を付し、その
説明を省略する。この実施の形態において、熱電式発電
機６は、図８に示すように、放熱部６ｃがリング状に、
一方、受熱部６ｂが円盤状に形成されている。この熱電
式発電機６の上端には、導熱板７が固着されている。

【００５６】 また、蓄熱材１０Ｂは、導熱板７と熱電
式発電機６とにより囲まれる空間内に配され、受熱部６
ｂと断熱された状態で、導熱板７の底面に固着されてい
る。そして、蓄熱材１０Ａ、導熱板７、熱電式発電機６
の各露出面には、放熱を防止するために、断熱材Ｆが塗
布されている。このように、熱電式発電機６及び蓄熱材
１０Ｂを配置した構成においても、前述の第２の実施の
形態と同様の効果を得ることが可能である。

【００５７】［第６の実施の形態例］図９は、本発明に
係る熱発電式電子機器の第６の実施の形態例として例示
する腕時計の断面図である。この実施の形態では、図示
のように、ガラス縁３と放熱胴９が一体となった構成と
なっている。

【００５８】この第６の実施の形態において、図９は前
述の図１の実施を基に図例としたが、同一部分には、同
一符号を付し、その説明を省略する。また図２〜８の実
施例においてもガラス縁３と放熱胴９を一体化すること
ができるので図は省略した。この実施の形態において、
放熱胴９は、図９に示すように、ガラス縁３と一体的に
形成されている。通常ガラス縁と放熱外胴とは製造の容
易性やデザイン仕上げの容易性から別体で製造するのが
一般的であるが、形状が容易な場合や製造が容易な場合
は熱伝導の面からも一体化した方が望ましい。製造性と
デザイン性の選択の問題であるが本発明の展開例として
提供する。

【００５９】なお、本発明は、各実施の形態例の腕時計
に限られるものではなく、他の腕時計、ページャー等の
電子機器についても適用可能である。その他、具体的に
示した細部構成、方法等は、発明の主旨を逸脱しない範
囲で変更可能である。

【００６０】

【発明の効果】本発明によれば、熱電式発電機の放熱部
がガラス縁に、一方、受熱部が裏蓋に、それぞれ熱伝導
可能な状態に接続され、前記腕時計には、受熱板と熱伝
導可能な状態で、第１の蓄熱材が設置されているため、
腕からの熱は裏蓋を介して熱電式発電機の受熱部及び第
１の蓄熱材に伝導され、一方、熱電式発電機の放熱部か
らの熱は、ガラス縁を介して外部へと放熱される。

【００６１】従って、熱電式発電機の受熱部と放熱部と
の間に温度差が生じ、前記温度差に基づいて、熱電式発
電機が所定の電気エネルギーを発生させることができ
る。また、第１の蓄熱材に腕からの熱が伝導されるた
め、第１の蓄熱材には所定の熱量が蓄えられる。従っ
て、例えば、当前記熱発電式電子機器を腕から取り外し
た場合においても、第１の蓄熱材に蓄えられた所定の熱
量によって、第１の蓄熱材と熱伝導可能な状態に接続さ
れた受熱部の温度を一定時間、所定温度に保つことが可
能となる。

【００６２】即ち、受熱部と放熱部との間に温度差を発
生させ、電気エネルギーを余分に得ることが可能とな
る。また、例えば、当前記熱発電式電子機器を腕に装着
していない状態で、外気の温度が、上記所定温度より低
い温度から高い温度へ、又は上記所定温度より高い温度
から低い温度へと変化したときには、第１の蓄熱材が、
受熱部からの熱を吸収又は放出するため、受熱部の温度
を一定時間、前記所定温度に保つことが可能となる。即
ち、受熱部と放熱部との間に温度差を発生させ、電気エ
ネルギーを得ることが可能となる。

【００６３】本発明によれば、熱電式発電機の放熱部が
ガラス縁に、一方、受熱部が裏蓋に、それぞれ熱伝導可
能な状態に接続され、当前記腕時計には、放熱板と熱伝
導可能な状態で、第２の蓄熱材が設置されているため、
腕からの熱は裏蓋を介して熱電式発電機の受熱部に伝導
され、一方、熱電式発電機の放熱部からの熱は、第２の
蓄熱材に伝導されるとともに、ガラス縁を介して外部へ
と放熱される。

【００６４】従って、熱電式発電機の受熱部と放熱部と
の間に温度差が生じ、前記温度差に基づいて、熱電式発
電機が所定の電気エネルギーを発生させることができ
る。また、第２の蓄熱材に熱電式発電機の放熱部からの
熱が伝導されるため、第２の蓄熱材には所定の熱量が蓄
えられる。従って、例えば、当前記熱発電式電子機器を
腕に装着して暫くは、第２の蓄熱材に所定の熱量が吸収
されるため、第２の蓄熱材と熱伝導可能な状態に接続さ
れた放熱部の温度を一定時間、所定温度に保つことが可
能となる。即ち、受熱部と放熱部との間の温度差を拡大
させ、より多くの電気エネルギーを得ることが可能とな
る。

【００６５】また、例えば、当前記熱発電式電子機器を
腕から取り外した後は、第２の蓄熱材に蓄えられた所定
量の熱量によって、第２の蓄熱材と熱伝導可能な状態に
接続された放熱部の温度を一定時間、所定温度に保つこ
とが可能となる。即ち、受熱部と放熱部との間にマイナ
スの温度差を発生させ、電気エネルギーを得ることが可
能となる。

【００６６】また、例えば、前記熱発電式電子機器を腕
に装着していない状態で、外気の温度が、上記所定温度
より低い温度から高い温度へ、又は上記所定温度より高
い温度から低い温度へと変化したときには、第２の蓄熱
材が、放熱部からの熱を吸収又は放出するため、放熱部
の温度を一定時間、前記所定温度に保つことが可能とな
る。即ち、受熱部と放熱部との間に温度差を発生させ、
電気エネルギーを得ることが可能となる。

【００６７】このように本発明によれば、熱電式発電機
の放熱部がガラス縁に、一方、受熱部が裏蓋に、それぞ
れ熱伝導可能な状態に接続され、当前記腕時計には、受
熱部若しくは放熱部に熱伝導可能な状態で、蓄熱材が設
置されているため、腕からの熱有効に蓄熱材に蓄え時間
差をおいて供出することにより、より多くのエネルギー
を余分に生み出すことができた。

【００６８】すなわち、腕につけている間は蓄熱材の無
い場合と同様に熱電式発電機の受熱部と放熱部との間に
温度差が生じ、前記温度差に基づいて、熱電式発電機が
所定の電気エネルギーを発生させることができる。蓄熱
材の無い場合には、腕から外すと熱供給がなくなり１〜
２分程度で発電が停止してしまう。ところが、本発明で
は、当前記熱発電式電子機器を腕から取り外した場合に
おいても、蓄熱材に蓄えられた所定の熱量によって、蓄
熱材と熱伝導可能な状態に接続された受熱部の温度を一
定時間、所定温度に保つことが可能となる。即ち、腕か
らの熱供給がなくなっても一定時間延長して受熱部と放
熱部との間に温度差を発生させ、電気エネルギーを余分
に得ることが可能となる。

【００６９】また、熱発電に限らず他の太陽電池や、運
動エネルギーを利用して発電若しくはゼンマイ巻き上げ
をする熱発電式電子機器の場合には、腕に装着していな
い状態で長期間、抽斗等に格納されていた場合はエネル
ギーの供給がなくなり機能停止してしまう。しかしなが
ら、本発明によれば、当前記熱発電式電子機器を腕に装
着していない状態でも、外気の温度が、上記所定温度よ
り低い温度から高い温度へ、又は上記所定温度より高い
温度から低い温度へと変化したときには、蓄熱材が、受
熱部からの熱を吸収又は放出するため、受熱部の温度を
一定時間、前記所定温度に保つことが可能となる。即
ち、受熱部と放熱部との間に温度差を発生させ、電気エ
ネルギーを得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る熱発電式電子機器の第１の実施の
形態例として例示する腕時計の断面図である。

【図２】図１の腕時計に備わる熱電式発電機の、放熱部
と受熱部との温度変化を示すグラフである。

【図３】本発明に係る熱発電式電子機器の第２の実施の
形態例として例示する腕時計の断面図である。

【図４】図３の腕時計に備わる熱電式発電機の、放熱部
と受熱部との温度変化を示すグラフである。

【図５】本発明に係る熱発電式電子機器の第３の実施の
形態例として例示する腕時計の断面図である。

【図６】図５の腕時計に備わる熱電式発電機の、放熱部
と受熱部との温度変化を示すグラフである。

【図７】本発明に係る熱発電式電子機器の第４の実施の
形態例として例示する腕時計の断面図である。

【図８】本発明に係る熱発電式電子機器の第５の実施の
形態例として例示する腕時計の断面図である。

【図９】本発明に係る熱発電式電子機器の第６の実施の
形態例として例示する腕時計の断面図である。

【符号の説明】

１ ムーブメント ２ ガラス ３ ガラス縁 ４ 断熱胴 ５ 裏蓋 ６ 熱電式発電機 ６ａ 熱発電素子 ６ｂ 受熱部（受熱部） ６ｃ 放熱部（放熱部） ７ 導熱板 ９ 放熱胴 ９Ａ 放熱フィン １０Ａ 蓄熱材（第１の蓄熱材） １０Ｂ 蓄熱材（第２の蓄熱材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−111368（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−223681（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−177078（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−167104（ＪＰ，Ａ) 特開 昭57−189584（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−7976（ＪＰ，Ａ) 実開 平７−32590（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G04C 10/00 G04B 37/18 G04G 1/00 310

Claims (9)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下方向に貫通する中空部を有し、熱伝
   導を抑制する断熱胴と、 前記中空部の下端側を覆う裏蓋と、 前記中空部の上端側に配されるガラスと、 前記ガラスの縁を保持した状態で、前記断熱胴に固定さ
   れるガラス縁と、 前記ガラス縁と熱伝導可能な状態で係合する放熱胴と、 受熱部及び放熱部を有し、前記受熱部と放熱部との間に
   生じる温度差に基づき所定の電気エネルギーを発生させ
   る熱電式発電機と、 を備えた熱発電式電子機器であって、 前記熱電式発電機は、前記放熱部が前記ガラス縁に、一
   方、前記受熱部が前記裏蓋に、それぞれ熱伝導可能な状
   態に接続され、第１の蓄熱材は前記熱電式発電機と並列に 前記受熱部と
   熱伝導可能な状態で設置されていることを特徴とする熱
   発電式電子機器。
2. 【請求項２】上下方向に貫通する中空部を有し、熱伝導
   を抑制する断熱胴と、 前記中空部の下端側を覆う裏蓋と、 前記中空部の上端側に配されるガラスと、 前記ガラスの縁を保持した状態で、前記断熱胴に固定さ
   れるガラス縁と、 前記ガラス縁と熱伝導可能な状態で係合する放熱胴と、 受熱部及び放熱部を有し、前記受熱部と放熱部との間に
   生じる温度差に基づき所定の電気エネルギーを発生させ
   る熱電式発電機と、 を備えた熱発電式電子機器であって、 前記熱電式発電機は、前記放熱部が前記ガラス縁に、一
   方、前記受熱部が前記裏蓋に、それぞれ熱伝導可能な状
   態に接続され、第２の蓄熱材は前記熱電式発電機と並列に 前記放熱部と
   熱伝導可能な状態で設置されていることを特徴とする熱
   発電式電子機器。
3. 【請求項３】前記裏蓋は、薄板状に形成され、前記裏蓋
   の縁部に、前記第１の蓄熱材が固着されていることを特
   徴とする請求項１記載の熱発電式電子機器。
4. 【請求項４】前記熱電式発電機の前記放熱部は、前記ガ
   ラス縁と導熱板を介して接合され、前記導熱板に、前記
   第２の蓄熱材が固着されていることを特徴とする請求項
   ２記載の熱発電式電子機器。
5. 【請求項５】前記放熱胴と、前記ガラス縁とは、一体に
   形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか
   に記載の熱発電式電子機器。
6. 【請求項６】前記第１の蓄熱材は、２０℃以上３５℃以
   下の温度間に固相から液相へ相変化する変態点を有する
   物質である請求項１又は請求項３に記載の熱発電式電子
   機器。
7. 【請求項７】前記第２の蓄熱材は、１５℃以上２５℃以
   下の温度間に固相から液相への変態点を有する物質であ
   る請求項２又は請求項４に記載の熱発電式電子機器。
8. 【請求項８】上下方向に貫通する中空部を有し、熱伝導
   を抑制する断熱胴と、 前記中空部の下端側を覆う裏蓋と、 前記中空部の上端側に配されるガラスと、 前記ガラスの縁を保持した状態で、前記断熱胴に固定さ
   れるガラス縁と、 前記ガラス縁と熱伝導可能な状態で係合する放熱胴と、 受熱部及び放熱部を有し、前記受熱部と放熱部との間に
   生じる温度差に基づき所定の電気エネルギーを発生させ
   る熱電式発電機と、 を備えた熱発電式電子機器であって、 前記熱電式発電機は、前記放熱部が前記ガラス縁に、一
   方、前記受熱部が前記裏蓋に、それぞれ熱伝導可能な状
   態に接続され、第１の蓄熱材は前記熱電式発電機と並列に 前記受熱部と
   熱伝導可能な状態で、設置され、第２の蓄熱材は前記熱電式発電機と並列に 前記放熱部と
   熱伝導可能な状態で、設置され、前記第２の蓄熱材の変
   態点温度は前記第１の蓄熱材の変態点温度よりも低く設
   定したことを特徴とする熱発電式電子機器。
9. 【請求項９】前記第１及び第２の蓄熱材は、熱発電式電
   子機器が使用される外気温によって凝固点を選択的に設
   定したことを特徴とする請求項１〜８記載の熱発電式電
   子機器。