JP5243722B2 - 発電機を備えた時計 - Google Patents

Description

本発明は、運動エネルギーを、時計に電力を供給するのに使用できる電気エネルギーに変換するための発電モジュール(generator module)を備える時計に関する。

電子式の腕時計へのエネルギー供給に関する困難性が知られている。特に、専門的な技術者によってなされるバッテリの定期的な交換が、ユーザにとってどれほど不快で、束縛となるか、ということは誰もが知っている。

バッテリの取り替えのために、製作者は、例えばバッテリを取り替えることができるようにするために、時計の底面に多くの場合防水である開口部を設けることが必要である。これらの開口部や追加の部品のために、時計に追加の費用が必要となる。

自立し、電気的なエネルギーの発生器ないしは発電機を備えた、いくつかの時計は、例えば特許文献１，２において提案されている。これらの時計において、発電機は多くの場合、自動の機械式時計の巻き戻し体（rewinding mass）に似た振動体（oscillating mass）によって作動され、公知のタイプのクォーツ時計の作動機構ないしはムーブメント（movement）に電力を与える、蓄電池を充電する。

しかし、このタイプの時計にはいくつかの不利な点があり、とりわけ以下の不利な点がある。
・典型的なクォーツ時計に比べて非常に厚い。
・時計が適切に充電されているかどうかをいつでも確認すること、および蓄電池の充電状態を知ることは困難である。
・時計を長期間身につけないと、蓄電池が完全に放電して、時計の始動が困難性となるだけである。

米国特許第６１５５６２１号 欧州特許第０９２７９１７号

よって、本発明はこれらの問題を解決し、前記不利な点のない発電機によって電力を供給される時計を提案することを目的とする。

本発明の他の目的は、充電状態を簡単に確認できる時計を提案することである。

本発明の他の目的は、簡素化されたデザインと構造を備えた時計を提案することである。

これらの目的は、独立項の対象物である、特に、
・時計に対して、固定された回転軸の周りを回転自在な振動体と、
・振動体の回転によって駆動される発電機と、
・発電機の出力に電気的に接続された、電気的なエネルギーを貯蔵するための要素と、
・貯蔵要素によって電力を供給されるムーブメントと表面上で視認できる表示モジュールとを備えた腕時計であって、
前記振動体は時計の表面側で視認できることを特徴とする腕時計によって達成される。

本出願の中で、時計の”表面（face）”側とは、時間表示器ないしはタイムインジケータ(time indicator)が配置されている上面をいう。

本発明の実施例は、添付図面によって図示された説明中で例示される。

図１は、デジタルクォーツ時計のムーブメントとガラス４０を通して視認できる数字を表示する装置とをケース２０内に有する、本発明にかかる時計１０を示す。

図の中で表すように、ケース２０は例えば金属性であり、使用者の手首の湾曲に従う、勾配のある形状である。しかし、本発明はこれらの特性に制限されず、セラミック、プラスチック、またはいかなる他の適した材料からなる、勾配のあるまたは平底のケースが考えられることが理解される。

表示装置ないしは文字盤は、文字と数字の組み合わせ、および/または他の何らかの図形記号からなる２列の配列を備えることが好ましい。例えば上側の列としての一列は、好ましくは時間を表示するようにし、一方で他の表示列は時計の他の機能、例えばストップウオッチ、アラーム、時間帯、カレンダー、温度計、高度計、気圧計、簡易メッセージ、計算機、電話、日記の機能、またはその他の何らかの機能を表示するために使用される。

更にまた、本発明には、例えばアナログの針の表示装置やアナログと数字が混じった表示装置であるさまざまな表示装置を有するさまざまな実施例を含む。

時計は、例えば中央部のブッシュボタン２４である入力および制御の装置を有し、この装置によってユーザは、時計が機能していることを確認し、さまざまな機能を作動させ、通常の方法で時間を合わせることができる。

好ましくは、この時計はその中央部に表面を部分的に占める、”イージースクロールシステム（easySKroll（登録商標））”２２型の、制御用の円筒型スイッチ(control roll)も有し、この円筒型スイッチは指の先で回転させ、押すことができる。この装置は、参照することにより本説明に組み込まれる本出願人にかかる欧州特許出願第１４２２５８３号中で説明されている。

他の入力装置も可能で、本発明の体系の中に配置される。入力装置の非限定的な例としては、表面のボタンや、典型的なタイプのりゅうず（crown）、磁気的な接点、または触れることができるガラスがある。

ガラス３０によって振動体を視認することができ、振動体は固定された回転軸の周りを回転自在であり、図１では見えない発電機を駆動し、後に示されるように、発電機がムーブメントの電力供給を確保する。この例によればガラス３０は、表示部のガラス４０から分離される。この配置によって、発電機と表示部との間の電気的な要素を中央部の下に隠すことが可能になる。しかし、表示部と、振動体および発電機を備える発電モジュールとを保護し、適切な形状である湾曲状または平坦状の単一のガラスにより、本発明を実行することもできる。

振動体として選択した形状に応じて、本発明の１つの実施例では、前者の下に配置される発電機が、部分的にまたは全体的に視認できてもよい。

振動体が視認できることにより、動的で審美的な興味のひかれる外観が時計に追加されている。更にまた、ユーザはこの振動体を観察することで、時計が効率的な態様で充電されているかどうかを直接的に認識することもできる。

図２を参照して、本発明の時計の要素の可能な配置を説明する。この時計は、使用者の動きに追従してそれ自体の中心軸周りに回転自在である振動体５０を備える。この振動体５０は、伝達装置（図示せず）を介して発電機５５を駆動する。

１つの実施例（図示せず）によれば、発電モジュールは、振動体の動きによって引っ張られるばねと、ばねの張力があらかじめ決められた閾値を超えたときに発電機を作動させるための、自動連結装置(automatic coupling device)とを備える。一旦、ばねが解放されると、発電機は停止し、装着者が非常に活動的であれば１分あたり数回繰り返される、この周期が再び始まる。

発電機は非常に早く回転することができ、これによって回転が低速過ぎる場合に発生するエネルギーロスの一部を削減できるので、この変形の実施例は有利である。しかし、振動体５０が好適な減速比を有する同調伝達装置（synchronous transmission）を有することにより、直接に発電機５５を駆動できる。

発電機５５は、例えば永久磁石ロータを有する極小のマイクロオルタネータないしは交流発電機(micro−alternator)や、他の何らかの公知の発電機である。発電機５５の電気的な出力は、１つの実施例では、再充電可能な蓄電池と、例えば発電機からの交流電流を蓄電池に充電するのに適した直流へ変換する充電電子回路とを備える電気貯蔵モジュール６０へ導かれる。

蓄電池は例えば、状況に応じて、リチウムイオン電池、Li−Poly電池、またはニッケル水素（NiMH）電池であり、超コンデンサ（super-capacitor）または他の何らかの蓄電池である。

ムーブメント８０は数字の表示器を有するクォーツムーブメントであり、例えば電気貯蔵モジュール６０内に貯蔵されたエネルギーによって電力を供給される。

変形の実施例（図示せず）では、時計は、適切な伝動装置を介して手動での発電機の回転を可能にし、これにより例えば、電気貯蔵モジュール６０内に時計を始動するために十分な充電量を貯蔵するためのりゅうずを備えている。

この時計には３つの要素が認められる。すなわち、振動体５０と発電機５５と伝動装置を備える発電モジュール、電気貯蔵モジュール６０、およびムーブメント８０は機械的には互いに独立しており、時計の動作を確保するためのほんの少しの電気的な相互接続しか必要としない。

表示モジュール８８と振動体５０は並んで配置され、概ね同じ面に配置されている。この仕組みにより時計の厚さを薄くすることができ、審美的に興味ある結果が得られる。有利なことには、ムーブメント８０と、振動体５０および発電機５５を備える発電モジュールとは、独立した別個の態様で、ケース２０内に組み込まれている。図示された実施例においては、振動体５０と発電機５５とは重ね合わされて互いに平行ではあるが、ムーブメント８０の平面や、その厚板に対しては平行ではない。更にまた、図２の中で詳細に示されているように、電気貯蔵モジュール６０はムーブメントの厚板や発電機のどちらに対しても平行ではない。この有利な配置により３つの要素を、手首の形に沿った円形の弓形に沿って並置することが可能である。

しかし、電気貯蔵モジュールとして、時計のムーブメント中にバッテリのためにそうするように設けられた場所を占める貯蔵要素を使用することも可能である。

発電モジュールとムーブメントの間を分離するという、これら独特な特徴のおかげで、典型的な平面上の構造の場合よりも、この時計の構造やデザインはより容易になる。この時計の要素は最大の自由度をもって配置することができ、最適な形態で利用可能な空間を使用する合理的で経済的な構造にすることができる。

更にまた、振動体を備えた発電モジュールは時計のケースの中に既存のムーブメントの隣に配置することができる。ムーブメントは、低コストで利用可能である既存の電子的なクォーツムーブメントにより構成でき、必要であれば、ソフトウェアを適応することで、発電モジュールなしで機能することができる。この既存のムーブメントを稼動備蓄（run reserve）にまで拡張するための本質的な改変は、発電モジュールへ電気的に接続することと、場合によってはバッテリを再充電可能なバッテリに交換することのみである。

図３を参照すると、ムーブメント８０は、その作動割合がクォーツ発振器８４によって精密に調整される、例えばマイクロプロセッサ、専用のＡＳＩＣロジック回路、ＦＰＧＡ、または均等なプログラム可能な論理集積回路である、制御装置ないしはコントロールユニット８２を備えている。制御装置８２は、例えば時計のさまざまな機能を作動させ、好適な態様で表示モジュール８８を制御するため、電気貯蔵モジュール６０によるエネルギーで電力供給され、時計の入力装置２２および２４から指令を受け取る。

制御装置は、電気貯蔵モジュール６０のバッテリの充電状況と、発電機５５によって供給されてムーブメント８０で消費される電力を確認するエネルギー監視モジュール８６を備えることが好ましい。エネルギー監視モジュール８６は例えば、専用の電子回路や制御装置８２のマイクロプログラム内に配置されたソフトウェアモジュールであってもよい。エネルギー監視モジュールはまた、部分的にまたは全体的に電気貯蔵モジュール６０内に配置できる。

バッテリの充電状況は、その電力や温度から公知の方法でなされ、または充電電流と放電電流の時間積分と、電池の自発放電の時間積分とにより得られる。バッテリの充電状況は高機能電池管理システム（Smart Battery System）により得られることが好ましく、この高機能の電池管理システムは、充電状況を信頼性をもって最適に測定できるように利用可能な電気的、熱的、および履歴データを統合する。

本発明の変形の実施例によれば、エネルギー監視モジュールは、時計の消費量の最適な管理を確実にし、もしバッテリの充電量があらかじめ決められた水準を下回れば、例えば多量の電力を必要とする時計の本質ではない機能を動作させないことによって、例えば１つ以上の低消費モードを作動することができる。本質ではないが多量に消費する機能の例としては、表示板を点灯することと、ベルを鳴らすことを挙げることができる。

しかし、低消費モードにより、全体としては、多量に消費するこれらの機能全体を不作動とするのではなく、これらの機能で消費される電力を削減することもできる。例えば、点灯の強さを弱くし、ベルの音量と鳴っている時間を制限することが可能である。

一方で低消費モードは、すべての相互作用のある機能や表示を作動させない機能を備えることもできる。この場合には、低消費モードにおいて、電気貯蔵モジュール６０が十分な貯蔵レベルに達するまで、時計の内部で時間を維持することに時計自体を制限する。

最終的には、残りの電気がもはやムーブメントの規則的な動作を維持できないときには、低消費モードが全体的にムーブメント８０を不作動とし、および／または放電終了を示す表示をすることも含むことができる。

１つの実施例によれば、１つ以上の低消費モードは、例えば入力装置２２、２４のうちの１つを作動させることによって、装着者が主導して始動できる。

本発明の変形の実施例によれば、低消費モードの作動は、バッテリの充電状況以外のパラメータの評価から導くことが出来る。低消費モードは、例えば時計を着用しないことを示す、長期間にわたる発電電力の平均が低い、ないしはゼロの時に、作動できる。

本発明の他の態様によれば、時計は、充電状況、および/または生成、消費される電力に関する情報であって、エネルギー監視モジュール８６で利用できる情報が表示モジュール８８上で示される、エネルギーバランスの表示部を備えている。

バッテリの充電状況は、例えば平均的な消費量の予知に基づいて、自立して稼働出来る時間に変換されることが好ましい。このようにして、時計の瞬間の稼働備蓄、すなわち発電機５５による再充電がないときの時計の自律性を、数字でまたは図表で表示することができる。代案では、最大充電パーセンテージの形で、数字または図表でバッテリの充電を簡単に表示してもよい。

発電および消費した電力を表示することで、ユーザが時計の自律性を判断できる。変動の著しい瞬間の電力を表示しない方が、有用である、例えば数時間である適切な期間を基準として計算された平均電力を表示することが好ましいであろう。

本発明の一態様にかかる時計の外観を示す。 本発明にかかる時計の内部要素の可能な配置を図式的かつ非限定的に示す。 本発明の時計の要素間の関係を図式的に例示する。

１０ 時計
５０ 振動体
５５ 発電機
６０ 電気エネルギー貯蔵要素
８０ ムーブメント
８２ 制御装置
８４ 電子式クオーツ発振器
８６ エネルギー監視モジュール
８８ 数字表示モジュール

Claims (3)

1. 時計（１０）において、
   前記時計に対して、固定された回転軸の回りに回転自在な振動体（５０）と、
   前記振動体によって回転駆動される発電機（５５）と、
   前記発電機（５５）の出力に電気的に接続された電気エネルギー貯蔵要素（６０）と、
   前記電気エネルギー貯蔵要素（６０）によって電力が供給され、前記時計の表面上で視認できる表示モジュール（８８）を有するムーブメント（８０）と
   を備え、前記振動体（５０）と前記発電機（５５）は、前記ムーブメント（８０）から独立して、前記時計のケース中に配設されており、さらに前記振動体（５０）は、前記表示モジュール（８８）と円弧に沿った本質的に同じ面上にかつ前記表示モジュール（８８）と隣り合って位置していると共に前記時計の表側で視認できることを特徴とする時計。
2. 前記ムーブメント（８０）は、電子式のクォーツ発振器（８４）を有し、前記表示モジュール（８８）は、２列の文字と数字を組み合わせた、および／または図形の文字を有する、数字表示モジュールであることを特徴とする請求項１に記載の時計。
3. 前記振動体（５０）と前記発電機（５５）は、前記ムーブメント（８０）から機械的に独立していることを特徴とする請求項１に記載の時計。

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