JP3629564B2 - 発電装置付小型電子機器 - Google Patents

Description

発明の背景
［技術分野］
この発明は、回転錘から得られる機械的エネルギを電気的エネルギに変換する発電装置を備えた小型電子機器に関し、特に、発電装置における機械的エネルギ伝達機構の耐衝撃性を高めるとともに、発電効率の向上を図った発電装置付小型電子機器に関する。
［背景技術］
回転錘の回転運動あるいは往復運動によって得られる機械的エネルギを電気的エネルギに変換し、この電気的エネルギによって作動するようにした小型電子機器として、たとえば電子腕時計がある。
このような電子腕時計における発電装置にあっては、電子腕時計の落下等により回転錘に強い衝撃が加わると、回転錘の動力伝達部の歯車の支持部分、歯車、及びカナの歯が破損したり、ICを破壊するなど耐衝撃性に問題があった。
したがって、耐衝撃性を向上させるための手段として、たとえば、日本国特開昭63−128286号公報に見られるような方法が提案され、回転錘の動力伝達部の破損防止を図っている。
すなわち、特開昭63−128286号のものは、回転錘の動力伝達部に摩擦力で動力を伝達するスリップ機構を設け、回転錘に強い衝撃が加わったときには、前記スリップ機構がスリップして動力伝達部に強い衝撃負荷トルクが伝わるのを回避している。また、回転錘の衝撃により発電用ロータが高速回転し、発電用コイルに高電圧が誘起されて充電制御回路を破壊することがないように、前記スリップ機構のスリップ作用により、前記ロータへ伝えられる回転速度を抑制し、前記充電制御回路を保護するようにしている。
なお、日本国特開昭63−128286号のものと同様の方式が国際公開特許番号W089/06833号公報にも記載されている。
また、他の従来例として、日本国特開平３−91992号公報の第５図に開示されているように、回転錘の耐衝撃構造として、回転錘自体にバネ性をもたせた形状としたものがある。この従来例によれば、回転錘の回転方向の衝撃トルクを吸収する効果が期待できる。
しかしながら、日本国特開昭63−128283号公報及び国際公開特許番号W089/06833号公報における、回転錘の動力伝達部にスリップ機構を設けた従来例は、スリップトルク値を、車のホゾ，歯車等の機械的な強度限界よりも小さな値にする必要がある。したがって、安全性を考慮するとスリップトルク値はかなり小さく設定しなければならない。
そのため、電子腕時計の通常携帯時において、回転錘の動力伝達部に伝わる回転力がスリップトルク値よりも高い場合は、動力伝達部に設けたスリップ機構がスリップし、回転錘の回転に対して空回りするので、ロータが追従せず、発電効率を低下させてしまう。
また、日本国特開平３−91992号公報の第５図に開示されている回転錘自体にバネ性をもたせた形状とした従来例は、衝撃等で動力伝達部が破壊しないように回転錘に適性なバネ形状を設定しようとすると回転錘自体の剛性が弱くなり、強い衝撃等を受けたときに回転錘が変形する恐れがある。
したがって、本発明は、従来例の動力伝達部と異なり、スリップがなく発電効率の高い発電装置を備えた小型電子機器の提供を目的としている。
また、本発明は、従来例の動力伝達部と異なり、回転錘に強い衝撃が加わっても動力伝達部が破壊しないようにした発電装置を備えた小型電子機器の提供を目的としている。
［発明の開示］
本発明は、回転錘から得られる機械エネルギを電気エネルギに変換する電子機器用発電装置において、
前記回転錘の回転を増速する動力伝達部と、該動力伝達部により駆動される発電用ロータと、該発電用ロータの駆動に応じ誘起電圧を発生する発電用コイルブロックを有し、前記回転錘から前記発電用ロータの間に衝撃吸収用バネを少なくとも１つ介在させた構成としてある。
これにより、回転錘に強い衝撃が加わったときには、衝撃吸収用バネがたわんで衝撃すなわち回転エネルギを吸収し、動力伝達部から発電用ロータに伝わる衝撃を低下させ、動力伝達部における歯車、その支持部及びカナ等の破壊を防止するとともに、発電用コイルに高電圧が誘起されないようにする。
【図面の簡単な説明】
第１図は、実施形態に係る電子腕時計の内部平面図である。
第２図は、第１図のＡ−Ａ拡大断面図である。
第３図は第１図のＢ−Ｂ拡大断面図である。
第４図は第１図のＣ−Ｃ及びＤ−Ｄ断面の合成拡大断面図である。
第５図は、前記回転錘ブロックの平面図である。
第６図は第５図のＥ−Ｅ断面図である。
第７図は本発明の第２実施形態を示す回転錘ブロックの平面図である。
第８図は第７図のＦ−Ｆ断面図である。
第９図は本発明の第３実施形態を示す回転錘ブロックの平面図である。
第10図は第９図のＧ−Ｇ断面図である。
第11図は、第３実施形態の錘カナと回転錘及び錘カナと衝撃吸収用バネの取り付け状態を示す部分拡大図である。
第12図は、第３実施形態の回転錘ブロックを設けた時計内部の縦断面図である。
第13図は本発明の第４実施形態を示す回転錘ブロックの平面図である。
第14図は本発明の第５実施形態の回転錘ブロックを示す平面図である。
第15図は第14図のＨ−Ｈ断面図である。
第16図は発電用伝エ歯車と衝撃吸収用バネの関係を示す発電用伝エ車の平面図である。
第17図は第16図のＩ−Ｉ断面図である。
第18図は第６実施形態の発電用伝エ車を用いた電子腕時計内部の断面図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明の最良の形態を、添付の図面を参照しながら詳細に説明する。
この実施形態では発電装置付小型電子機器として、電子腕時計の例について説明する。
［第１実施形態］
第１図は、実施形態に係る電子腕時計の内部平面図であり、第２図は、第１図のＡ−Ａ拡大断面図、第３図は同じくＢ−Ｂ拡大断面図、第４図は同じくＣ−Ｃ及びＤ−Ｄ断面の合成拡大断面図である。
この電子腕時計は運動エネルギを電気エネルギに変換する発電機１と二次電池として機能する蓄電池２及び３と、この蓄電池２及び３を電源として回転する時刻駆動用のモータ４と、該モータ４の回転を図示しない指針による時刻表示部に伝達する輪列部５と、前記指針の指示時刻の修正を行なう巻真６と、回路チップ7,ダイオード8,水晶振動子９等が実装された複合回路10などから構成されている。
発電機１は、回転錘ブロック11,発電用伝エ歯車12aと伝エカナ12b及び伝エカナ座12cからなる発電用伝エ車12,発電用ロータ13,発電用ステータ14,発電用コイルブロック15などで構成されている。
第５図は、前記回転錘ブロック11の平面図、第６図は第５図のＥ−Ｅ断面図である。
回転錘ブロック11は回転錘16,錘カナ17,渦巻状の衝撃吸収用バネ18で構成されている。
その詳細を第１図〜第６図を参照して説明する。
第２図に示すように、回転錘ブロック11の中心部は、錘カナ17のカナ部17aと、回転錘16の支持部16aと、衝撃吸収用バネ18が３層をなすように形成されている。回転錘16の回転中心穴16bと錘カナ17の係合部17bとは遊合している。また、回転錘16は、錘カナ17のカナ上部17cと衝撃吸収用バネ18の下面部18aとにより適当なクリアランスをもって挟持されている。したがって、回転錘16は錘カナ17に対して回転自在に支持されている。
また、衝撃吸収用バネ18のバネ中心部18bは錘カナ17に固着され、バネ端部18cは回転錘16の小孔16cにピン19により回転自在に固定されており、回転錘16の回転運動は衝撃吸収用バネ18を介して錘カナ17に伝達される構造となっている。
これにより、回転錘16が回転運動又は往復運動を行なうと、この運動による機械的エネルギが衝撃吸収用バネ18を介して錘カナ17へ伝達され、さらに、該錘カナ17から発電用伝エ車12を介して増速されて発電用ロータ13へ伝達される。これにより、該発電用ロータ13が高速回転して機械的エネルギが電気的エネルギに変換される。
ここで、衝撃吸収用バネのバネ定数は次のように設定されている。
すなわち、電子腕時計を腕に装着した通常の携帯時における回転錘16の回転力の場合は、前記衝撃吸収用18がわずかしか変形しないようにばね定数が設定されており、回転錘16と錘カナ17はほぼ一体的に回転するようになっている。
一方、電子腕時計を落下あるいは激しく腕を振る等、何らかの原因で回転錘16が急速回転した場合には、前記衝撃吸収用バネ18がたわんで前記回転錘16の回転エネルギを吸収し、回転錘16の衝撃がそのまま錘カナ17及び錘カナ17以降の動力伝達部に伝達されないようになっている。
なお、上記実施形態では、回転錘16が一体で形成されている例について説明したが、回転錘は二体以上で形成される場合もある。さらに、二次電池としての蓄電池は一個であってもよい。
（実験例）
衝撃吸収用バネ18は、バネ力が強過ぎると衝撃を受けたときのバネのたわみ角度が少なく、充分に回転エネルギを吸収することができない。一方、衝撃吸収用バネ18のバネ力が弱過ぎると、衝撃を受けたときのバネのたわみ角度が大きくなり、回転錘の回転速度に対して動力伝達部に伝わる回転速度が低くなり発電効率を低下させることになる。
したがって、前記衝撃吸収用バネ18のバネ形状は、錘カナ17から発電用ロータ13までの輪列の増速比を60〜100としたときに、時計ムーブメントの厚さに影響がないように該バネの板厚を0.2〜0.3mmとするとともに、バネ幅を0.5〜1.0mm、渦巻部の巻数を1.0〜3.0巻き程度とし、なるべく前記バネ端部18cが回転錘16の外周側に広がらない形状とする。そして、衝撃吸収用バネ18のバネ定数（たわみ角に対するバネトルク値）は、大体5grcm/度〜30grcm/度の範囲に設定する。衝撃吸収用バネ18をこのような条件で形成すると耐衝撃性に対して優れ、かつ該バネ18の疲労も無く、発電効率も高いことがわかった。
［第２実施形態］
第７図は本発明の第２実施形態を示す回転錘ブロックの平面図であり、第８図は第７図のＦ−Ｆ断面図である。
回転錘ブロック20は、回転錘21,錘カナ22,衝撃吸収用バネ23で構成されており、回転錘21と錘カナ22、衝撃吸収用バネ23と錘カナ22の取り付け態様は前記第１実施形態のものと同じとなっている。衝撃吸収用バネ23は、錘カナ22と連続する段差部23aから両側前方に延設した一対のアーム状のバネ部23b,23cを有している。そして、バネ部23b,23cの先端部23d,23eは回転錘21の直線状側面部21a,21bに当接しており、回転錘21に衝撃トルクが加わったときはバネ部23b又は23cがたわんで回転エネルギを吸収する。
なお、バネ先端部23d,23eは曲率形状をしており、バネ部23b,23cがたわんだときに、回転錘21の側面部21a,21bに対して摺動しやすいように当接している。
このような構成にすると前述の実施形態の回転錘ブロック11に使用しているピン19が不要となり、かつ衝撃吸収用バネ23のバネ部23b,23cが回転錘21と同一断面高さになっているので時計の薄型化といった観点からも有利である。
［第３実施形態］
第９図は本発明の第３実施形態を示す回転錘ブロックの平面図であり、第10図は第９図のＧ−Ｇ断面図、第11図は第３実施形態の錘カナと回転錘及び錘カナと衝撃吸収用バネの取り付け状態を示す部分拡大図である。また、第12図は、第３実施形態に回転錘ブロックを設けた時計内部の縦断面図である。
この第３実施形態の回転錘ブロック30は、回転錘31,内輪と外輪からなるベアリングの外輪であるカナ体32,錘カナ33及び衝撃吸収用バネ34で構成されている。ここで、回転錘31の中心部はカナ体32に固着されており、第11図に示すように、カナ体32の肩部32aによって回転錘31の高さが決められている。
このように回転錘31をカナ体32に堅固に固定すると、回転錘31が回転する際に上下方向へ振られることがなくなり、スムースに回転することができる。
錘カナ33は、カナ体32の受部32bと回転錘31に適当なクリアランスをもってカナ体32の外周に遊合している。したがって、回転錘31の回転運動及び往復運動にともなうカナ体32の運動は、錘カナ33へ直接伝達されない。
衝撃吸収用バネ34は、回転錘31の下方に回転錘31とクリアランスをもって配置されるとともに、その中心部が錘カナ33の上部外周に固着されており、錘カナ33と一体的に作動する。この衝撃吸収用バネ34における一対のアーム34a,34bは、回転錘31の下方から回転錘31の直線状側面31aの外側に突出するようほぼ中央部が大きく曲折するとともに、回転錘31の直線状側面31aから突出した先端部はほぼＶ字状に曲折している。また、衝撃吸収用バネ34のアーム34a,34bの先端34c,34dは、上方に鉤形に曲折している。これにより、衝撃吸収用バネ34の一対のアーム34a,34bは、その鉤形の先端34c,34dが適度な付勢力をもって回転錘31の直線状側面31aに当接している。
このような構成からなる第３実施形態の回転錘ブロック30においては、回転錘31が左右のいずれかの方向に回転しても、衝撃吸収用バネ34の一対のアーム34a,34bのいずれかを介して錘カナ33へ伝わり、錘カナ33と回転錘31と衝撃吸収用バネ34は一体的に回転することになる。
すなわち、回転錘31の回転運動又は往復運動による機械的エネルギは、衝撃吸収用バネ34を介して錘カナ33へ伝達され、該錘カナ33から第12図に示す発電用伝エ車12で増速されて発電ロータ13へ伝達される。これにより、該発電ロータ13が高速回転して機械的エネルギが電気的エネルギに変換される。
なお、第３実施形態においても、衝撃吸収用バネ34のバネ定数は、電子腕時計を腕に装着した通常の携帯時における回転錘31の回転力によって、衝撃吸収用バネ34がわずかしか変形しないように設定されている。
一方、何らかの原因で回転錘31が急速回転した場合には、前記衝撃吸収用バネ34の回転力を受けるアーム34a,34bがたわんで前記回転錘31の回転エネルギを吸収し、回転錘31の衝撃がそのまま錘カナ33及び錘カナ33以降の動力伝達部に伝達されないようになっている。
［第４実施形態］
第13図は、本発明の第４実施形態を示す回転錘ブロックの平面図である。
この第４実施形態における回転錘ブロック40は、回転錘41,カナ体42,錘カナ43及び衝撃吸収用バネ44とで構成されており、回転錘41とカナ体42、錘カナ43と衝撃吸収用バネ44の取り付け態様は前記第３実施形態のものと同じとなっている。
衝撃吸収用バネ44は、その中心部からほぼ180度対向した両側に一対のアーム44a,44bが突設している。また、一対のアーム44a,44bの先端44c,44dは上方に鉤形に曲折している。そしてこの一対のアーム44a,44bは、その鉤形の先端44c,44dが適度な付勢力をもって回転錘41の直線状側面41aに当接している。
この第４実施形態の回転錘ブロックも、第３実施形態の回転錘ブロックと同様に作用する。
［第５実施形態］
第14図は本発明の第５実施形態の回転錘ブロックを示す平面図であり、第15図は第14図のＨ−Ｈ断面図を示す。
この第５実施形態の回転錘ブロック50における回転錘51とカナ体52,錘カナ53と衝撃吸収用バネ54の取り付け態様は第３実施形態の回転錘ブロックと同様になっている。
衝撃吸収用バネ54の形状は渦巻状となっており、その中心部は錘カナ53に一体的に固定され、先端54aはピン55により回転錘51の長孔状をした小孔51aに回転かつ移動自在に取り付けられている。
したがって、本実施形態における回転錘ブロックは、回転錘51の回転が衝撃吸収用バネ54を介して錘カナ53に伝達される。また、電子腕時計の落下等によって回転錘51に大きな衝撃が加わり回転錘51が急速回転したときには、衝撃吸収用バネ54がたわむとともに、バネ54の先端54aが長孔状をした小孔51aの中を移動して衝撃トルクを吸収する。
［第６実施形態］
第６実施形態は衝撃吸収用バネを発電用伝エ車の下部に取り付けたものであり、第16図は発電用伝エ歯車と衝撃吸収用バネの関係を示す発電用伝エ車の平面図、第17図は第16図のＩ−Ｉ断面図、第18図は本実施形態の発電用伝エ車を用いた電子腕時計内部の断面図である。
回転錘ブロック60は、第18図に示すように、回転錘61と錘カナ62とで構成され、両者は固着されて一体的に回転する構造となっている。発電用伝エ車64は、発電用伝エ歯車64aと、前記錘カナ62と噛み合う伝エカナ64bと、伝エカナ座64cより構成され、前記発電用伝エ車64aは発電用ロータ68のロータカナ68aと噛み合っている。発電用伝エ歯車64aの下部には衝撃吸収用バネ63が取り付けてある。
すなわち、発電用伝エ歯車64aは、伝エカナ64bと一体固定されている伝エカナ座64cの鍔部64dと衝撃吸収用バネ中心部63aに適当なクリアランスをもって挟持されている。また、発電用伝エ歯車64aの中心穴65は伝エカナ座64cと回転自在に遊合している。また、ピン67は発電用伝エ歯車64aの小穴66と回転自在に遊合して、衝撃吸収用バネ63の端部63bに固着されている。
したがって、回転錘61の回転は錘カナ62から伝エカナ64bに伝達され、該伝エカナ64bから衝撃吸収用バネ63を介して発電用伝エ歯車64aに伝達されて、ロータカナ68aを介して発電用ロータ68に伝達される。また、電子腕時計の落下あるいは激しく腕を振る等、何らかの原因錘61が急速回転した場合は、前記発電用伝エ車64に一体の衝撃吸収用バネ63がたわんで回転エネルギを吸収する。
なお、本においては、回転錘とカナ錘の間のいずれかに衝撃吸収用バネを配設するとともに、発電用伝エ車に衝撃吸収用バネを設け、複数の衝撃用吸収バネを回転錘と発電用ロータの間に介在させてもよい。このようにすると、耐衝撃性がさらに向上する。
産業上の利用可能性
以上のように本発明の発電装置付小型電子機器は、電子腕時計をはじめ携帯形ページャ，万歩計等のような腕や体に取り付けて持ち歩ける各種小型電子機器に応用することができる。

Claims (7)

1. 回転錘から得られる機械的エネルギを電気的エネルギに変換する電子機器用発電装置において、
   前記回転錘の回転を増速する動力伝達部と、該動力伝達部により駆動される発電用ロータと、該発電用ロータの駆動に応じ誘起電圧を発生する発電用コイルブロックを有し、
   前記動力伝達部の一部を構成する錘カナに、前記回転錘 を回転自在に取り付けるとともに、前記錘カナと前記回 転錘とを衝撃吸収用バネで連係したことを特徴とする発電装置付小型電子機器。
2. 回転錘から得られる機械的エネルギを電気 的エネルギに変換する電子機器用発電装置において、
   前記回転錘の回転を増速する動力伝達部と、該動力伝達 部により駆動される発電用ロータと、該発電用ロータの 駆動に応じ誘起電圧を発生する発電用コイルブロックを 有し、
   前記動力伝達部の一部を構成するカナ体に錘カナを回転 自在に取り付けるとともに、前記カナ体に前記回転錘を 固着し、かつ、前記錘カナと前記回転錘とを衝撃吸収用 バネで連係したことを特徴とする発電装置付小型電子機器。
3. 前記衝撃吸収用バネの中心部を前記錘カナ に固着するとともに、前記衝撃吸収用バネの先端を前記 回転錘に固定したことを特徴とする請求項１又は２記載の発電装置付小型電子機器。
4. 回転錘から得られる機械的エネルギを電気 的エネルギに変換する電子機器用発電装置において、
   前記回転錘の回転を増速する動力伝達部と、該動力伝達 部により駆動される発電用ロータと、該発電用ロータの 駆動に応じ誘起電圧を発生する発電用コイルブロックを 有し、
   前記動力伝達部の一部を構成する伝エ車の伝エカナと伝 エ歯車とを回転自在に取り付けるとともに、前記伝エカ ナと前記伝エ歯車とを衝撃吸収用バネで連係したことを 特徴とする発電装置付小型電子機器。
5. 前記衝撃吸収用バネの中心部を前記伝エカ ナに固着するとともに、前記衝撃吸収用バネの先端を前 記発電用伝エ歯車に固定したことを特徴とする請求項４記載の発電装置付小型電子機器。
6. 前記衝撃吸収用バネが渦巻状となっており、前記衝撃吸収用バネの先端を、前記回転錘又は前記 発電用伝エ歯車に対してピンにより回転自在に固定した ことを特徴とする請求項３又は５項記載の発電装置付小型電子機器。
7. 前記衝撃吸収用バネが、中心部からアームを突出するとともに、前記アームの先端を前記回転錘の側縁に当接させて固定したことを特徴とする請求項３項記載の発電装置付小型電子機器。

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