JP7292182B2 - 電気機械変換器および電子時計 - Google Patents

Description

本発明は、電気機械変換器および電子時計に関する。

相対移動する帯電部と対向電極との間の静電誘導により発電する発電器や、帯電部と対向電極との間で発生する静電気力により駆動力を得るモータなどの電気機械変換器が知られている。

例えば、特許文献１には、電池ケース内に発電部と電池部とが収納された電池装置が記載されている。発電部は、平板状の基板と、基板の平面に対面して回転する回転部材と、回転部材にその回転中心部から放射状に形成された放射部を備えた第１電極と、第１電極の放射部と対向するように平板状の基板上に形成された放射部を備えた第２電極と、第１電極と第２電極との一方に設けられた電荷保持体とを備える。電池部は、第１電極と第２電極との相対的な回転により発生する電荷を蓄電する蓄電部を備える。

特許文献２には、ハウジングと、ハウジングに固定された第１基板と、ハウジングに回転自在に軸支された軸を有する円板状の第２基板と、帯電膜と、対向電極と、帯電膜および対向電極間で発生した電力を出力する出力部とを有する静電誘導型発電器が記載されている。この発電器では、対向電極は第１基板の第１対向面に設置され、帯電膜は第１対向面に対向する第２基板の第２対向面に設置され、第２基板の第２対向面には、所定角度毎に、帯電膜と、帯電膜が設置されていない間隔部とが交互に配置され、第１基板、帯電膜、第２基板、対向電極および出力部からなる１組の発電部が複数組設置されている。

特開２０１０－２７９２０１号公報 特開２０１７－０６９９９９号公報

従来、こうした電気機械変換器を有する電子時計などの電子機器では、電気機械変換器の固定基板や回転部材、回転軸、電子機器との間で動力を伝達する輪列などは、製造時に電子機器の筐体内で直接組み立てられている。しかしながら、これらの部材を電子機器内に直接組み立てるのでは、組立て時に、例えば基板の反りや軸振れによる回転部材と固定基板とのスレなどを確認することが難しく、作業性が悪くなる。帯電部と対向電極との間の静電的な相互作用を利用する電気機械変換器では、帯電部と対向電極が配置される回転部材と固定基板とを近接させてその隙間を高精度に調整することが重要であるため、作業性の低さは品質の低下につながるおそれがある。

そこで、本発明は、電子機器内に組み込む際の作業性に優れ、品質確保が容易な電気機械変換器、およびそれを有する電子時計を提供することを目的とする。

電子機器に対して着脱可能な電気機械変換器であって、第１の受け板と、第２の受け板と、第１および第２の受け板の間に配置された回転軸の周りに回転する回転部材と、回転部材に対向して第１および第２の受け板の間に配置された固定基板と、回転部材の固定基板との対向面に、回転部材の回転方向に間隔を空けて配置された帯電部と、固定基板の回転部材との対向面に配置された対向電極と、第１および第２の受け板の少なくとも一方に配置された、回転軸の摺動性を調整するためのあがき調整部と、回転軸に連結された輪列とを有し、輪列は、電子機器からの電力により回転部材が回転することで得られる動力を電子機器に伝達するか、または電子機器の姿勢変化により得られる動力を回転部材に伝達することを特徴とする電気機械変換器が提供される。

電気機械変換器は、第１および第２の受け板の間に配置された第３の受け板をさらに有し、輪列は第１および第３の受け板の間に配置され、回転部材および固定基板は第２および第３の受け板の間に配置されていることが好ましい。

あがき調整部は、回転軸の長手方向における回転軸の位置を調整するためのあがき調整ねじと、あがき調整ねじを取り囲んで配置され、あがき調整ねじが組み込まれることで形成されたねじ山によりあがき調整ねじを固定する樹脂部とを有することが好ましい。あがき調整部は第１および第２の受け板の両方に配置されていることが好ましい。

帯電部と対向電極との間の静電的な相互作用を利用して電力と動力の間の変換を行う電気機械変換器であって、第１の受け板と、第２の受け板と、第１および第２の受け板の間に配置された第３の受け板と、第２および第３の受け板の間に配置された固定基板と、固定基板に対向して配置され、回転軸の周りに回転する回転部材と、回転部材の固定基板との対向面に、回転部材の回転方向に間隔を空けて配置された帯電部と、固定基板の回転部材との対向面に配置された対向電極と、第１および第３の受け板の間に配置され、回転軸に連結された輪列とを有することを特徴とする電気機械変換器が提供される。

電気機械変換器は、第２および第３の受け板の間において回転部材を挟んで固定基板とは反対側に配置された第２の固定基板と、回転部材の第２の固定基板との対向面に、回転方向に間隔を空けて配置された第２の帯電部と、第２の固定基板の回転部材との対向面に配置された第２の対向電極とをさらに有することが好ましい。

輪列は、回転軸とは異なる第２の回転軸の周りに回転し、第２の回転軸は、第１および第３の受け板に軸支され、平面視で回転部材の回転領域に重なる位置に配置されていることが好ましい。

回転部材の回転軸は、第３の受け板を貫通し、第１および第２の受け板に軸支されていることが好ましい。

電気機械変換器は、回転部材の周囲を取り囲みかつ固定基板および第２の固定基板の間に挟まれた少なくとも一部が透光性のスペーサをさらに有し、第１および第３の受け板の側方からスペーサを通して回転部材を視認可能であることが好ましい。

上記のいずれかの電気機械変換器と、極性が交互に切り替わる電圧を対向電極に印加して帯電部と対向電極との間で発生する静電気力により回転部材および輪列を回転させるための回路を含む回路基板と、輪列に連結し、回転部材の回転による動力を受けて指針を駆動するムーブメントとを有することを特徴とする電子時計が提供される。

重量バランスに偏りがあり、外部から働く力により回転する回転錘と、輪列が回転錘の回転軸に直接または間接に連結された上記のいずれかの電気機械変換器と、回転錘の回転エネルギーにより回転部材を回転させたときに帯電部と対向電極との間の静電誘導により発生する電力を蓄積するための回路を含む回路基板と、蓄積された電力を用いて指針を駆動するムーブメントとを有することを特徴とする電子時計が提供される。

電子時計は、回路基板を電子時計の裏蓋に接地するための導通部材であって、第３の受け板に配置された剛体部と、電子時計の内部の外周側において剛体部から裏蓋に延びる腕部と、剛体部から回路基板の導体部に延び回路基板を押さえる保持導通部とを有する導通部材をさらに有することが好ましい。

剛体部は第３の受け板にねじで固定され、第３の受け板、ならびに第３の受け板の表面上で突出する剛体部およびねじの頭部は、電子時計の厚さ方向において、回路基板の裏蓋との対向面よりも裏蓋から離れた位置にあることが好ましい。

ねじは、導通部材を電気機械変換器に固定するとともに、電気機械変換器をムーブメントに固定していることが好ましい。

上記の電気機械変換器は、電子機器内に組み込む際の作業性に優れ、上記の電気機械変換器およびそれを有する電子時計は、品質確保が容易である。

静電変換モジュール１の平面図である。 静電変換モジュール１の分解斜視図である。 静電変換モジュール１の断面図である。 上側基板５の上面５１および下面５２を示す平面図である。 ロータ６の上面６１および下面６２を示す平面図である。 下側基板８の上面８１および下面８２を示す平面図である。 電子時計２０の内部構造を示す平面図である。 電子時計２０の内部構造を示す平面図である。 電子時計２０の内部構造を示す平面図である。 電子時計２０の模式的な平面図および断面図である。 裏蓋２１が取り除かれた電子時計２０の一部を示す斜視図である。 静電変換モジュール１と回路基板２５との電気的な接続経路を説明するための斜視図である。

以下、図面を参照しつつ、電気機械変換器および電子時計について説明する。ただし、本発明は図面または以下に記載される実施形態には限定されないことを理解されたい。

図１～図３は、静電変換モジュール１の平面図、分解斜視図および断面図である。図３は、図１のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った静電変換モジュール１の断面を示す。

静電変換モジュール１は、電子機器に対して着脱可能な電気機械変換器の一例であり、互いに平行に配置された上受２、中受３および下受４を有する。静電変換モジュール１は、中受３と下受４の間に、静電気力による動力や静電誘導による電力を発生させる静電変換機構を有し、その帯電部と対向電極との間の静電的な相互作用を利用して電力と動力の間の変換（静電変換）を行う。また、静電変換モジュール１は、上受２と中受３の間に、静電変換機構と外部との間で動力を伝達する輪列機構を有する。すなわち、静電変換モジュール１は、発電器またはモータとして機能する静電変換機構と、それを外部から働く力により駆動またはそこで発生する動力を外部に伝達する輪列機構とが一体化（ユニット化）された２層構造のモジュールである。

上受２、中受３および下受４は、第１、第３および第２の受け板の一例であり、互いに平行になるように重ねて配置された３枚の板状部材である。上受２と下受４は静電変換モジュール１の厚さ方向の上下にそれぞれ配置され、中受３は上受２と下受４の間に配置されている。３つの受け板のうちでは中受３が最も大きく、下受４はそれよりもやや小さく、上受２が最も小さい。上受２は、図１に示すように平面視で中受３からはみ出さない位置に配置され、ねじ１６で中受３の上面側の支持部１７に固定されている。上受２と中受３の間には支持部１７の高さ分だけ隙間が空いており、この部分に輪列機構が配置されている。下受４は、静電変換機構を間に挟んで、ねじ１９で中受３の下面側に固定されている。符号１８ａは、静電変換モジュール１を電子時計などの電子機器内に組み込むときのねじ止め用の穴である。

図２に示すように、静電変換モジュール１は、静電変換機構として、上側基板５、ロータ６、スペーサ７、下側基板８および回転軸１１を有する。上側基板５、ロータ６および下側基板８は、中受３側からこの順序で互いに平行に配置されている。

図４（Ａ）および図４（Ｂ）は、それぞれ、上側基板５の上面５１および下面５２を示す平面図である。上側基板５は、固定基板（第１の固定基板）の一例であり、例えばガラスエポキシ基板などの周知の基板材料で構成され、中受３と下受４の間における中受３側に配置されている。ロータ６との対向面である上側基板５の下面５２には、図４（Ｂ）に示すように、対向電極５４～５６が形成されている。

対向電極５４～５６は、第１の対向電極の一例であり、それぞれ、略台形の同じ形状および大きさを有する複数の部分領域で構成される。これらの部分領域は、下面５２におけるロータ６と平面視で重なる円形領域内に、対向電極５４，５５，５６の順で、円周方向に交互かつ放射状に配置されている。対向電極５４の部分領域同士および対向電極５６の部分領域同士は、それぞれ下面５２上で互いに接続され、対向電極５５の部分領域同士は、個々の部分領域に設けられたスルーホールと上面５１に形成された円形の配線パターン５９とを介して互いに接続されている。対向電極５４～５６は、それぞれ、下面５２側の３本の引出線５８ａおよび上面５１側の３本の引出線５８ｂを介して、上面５１側における上側基板５の突出部５３に設けられた３個の接続端子５７に接続されている。接続端子５７は、静電変換モジュール１が組み込まれる電子機器内の回路基板に接続される（電子時計に組み込まれる場合の例を、後述する図１２に示す）。

第１の対向電極の個数は対向電極５４～５６の３個に限らず何個でもよい。図示した形態とは異なり、例えば対向電極５５，５６を省略し、第１の対向電極を対向電極５４のみとしてもよい。

図５（Ａ）および図５（Ｂ）は、それぞれ、ロータ６の上面６１および下面６２を示す平面図である。ロータ６は、回転部材の一例であり、例えばアルミニウムもしくはその合金などの金属か、ガラスまたはシリコンなどの材料で構成された略円板状の部材であり、上側基板５と下側基板８の間に配置されている。ロータ６は、その中心が回転軸１１に固定されており、回転軸１１とともに時計回りまたは反時計回りに回転する。軽量化のために、図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示すように、ロータ６の外周部には等間隔に溝部６４が形成されており、溝部６４を無視すれば、ロータ６は円板形状を有する。個々の溝部６４はロータ６の外周部から中心（回転軸１１）に向かって径方向に延びており、ロータ６の外周部には、溝部６４でない部分に相当する突出部６３と溝部６４とが円周方向に交互に配置されている。同じ円周上では、突出部６３と溝部６４は互いに同じ幅を有する。

ロータ６の上面６１および下面６２における突出部６３の表面には、帯電部６５が形成されている。溝部６４があることで、帯電部６５は、上側基板５および下側基板８との対向面である上面６１および下面６２において、円周方向に互いに間隔を空けて配置されている。帯電部６５は、エレクトレット材料で構成された薄膜であり、静電荷を保持し、すべて同一の極性（例えば負）に帯電している。このエレクトレット材料としては、例えば、ＣＹＴＯＰ（登録商標）などの樹脂材料、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリビニルクロライド（ＰＶＣ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリビニルデンジフルオライド（ＰＶＤＦ）もしくはポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）などの高分子材料、またはシリコン酸化物（ＳｉＯ_２）もしくはシリコン窒化物（ＳｉＮ）などの無機材料が用いられる。

エレクトレット材料は、突出部６３のみに形成してもよいし、突出部６３だけでなくロータ６上で突出部６３および溝部６４よりも中心側の円環部分に形成してもよい。後者の場合、突出部６３のみにエレクトレット材料を形成することが不要となるため、ロータ６の製造が容易になる。この場合、ロータ６の中心側の円環部分は帯電されていてもよい。

回転軸１１は、ロータ６の回転中心となる軸であり、中受３、上側基板５、ロータ６および下側基板８を貫通し、上受２と下受４に軸支されている。ロータ６は中受３よりも下側（下受４側）で回転するが、中受３と下受４ではなく上受２と下受４で回転軸１１を軸支して上下の軸支丈を長くする方が、回転軸１１やロータ６の傾きを防ぐために有利であり、後述する輪列機構を構成する歯車間のかみ合わせが安定する。

図３に示すように、回転軸１１の上下のホゾ部には、回転軸１１の上下方向（長手方向）の位置を調整して回転軸１１の摺動性を調整するためのあがき調整部１３が設けられている。あがき調整部１３は、あがき調整ねじ１３ａ、調整ケース１３ｂ、穴石１３ｃ、受石１３ｄ、受けねじ１３ｅおよび樹脂部１３ｆを有する。あがき調整ねじ１３ａは、回転軸１１の上下方向の位置を調整するためのものであり、調整ケース１３ｂ内における回転軸１１の延長線上に配置されている。

調整ケース１３ｂは、あがき調整ねじ１３ａ、受石１３ｄ、受けねじ１３ｅおよび樹脂部１３ｆを収納する凹部を有し、その底部を中受３側に向けて上受２または下受４に固定されている。調整ケース１３ｂの底部中央には開口部が設けられており、穴石１３ｃはその開口部に嵌め込まれ、調整ケース１３ｂに固定されている。穴石１３ｃは、回転軸１１の先端を通す中心穴を有し、回転軸１１の長手方向に垂直な面内において回転軸１１を位置決めする。受石１３ｄは、あがき調整ねじ１３ａの下端に固定されており、回転軸１１の先端面に接触することで回転軸１１を上下方向に位置決めする。回転軸１１の上下方向の位置は、あがき調整ねじ１３ａと調整ケース１３ｂとの相対位置、すなわち、調整ケース１３ｂ内におけるあがき調整ねじ１３ａの組込みの深さに応じて決まる。

受けねじ１３ｅおよび樹脂部１３ｆは、それぞれの外周面が調整ケース１３ｂの内壁面に接触するように調整ケース１３ｂに固定された環状の部材であり、あがき調整ねじ１３ａを調整ケース１３ｂに対して固定する。あがき調整ねじ１３ａ用のねじ山は、受けねじ１３ｅには予め設けられているが、あがき調整部１３の組立て前の樹脂部１３ｆには設けられておらず、あがき調整ねじ１３ａを組み込むことによって樹脂部１３ｆにねじ山が形成される。個々のあがき調整ねじ１３ａに合ったねじ山が樹脂部１３ｆに設けられるので、受けねじ１３ｅよりも樹脂部１３ｆの方があがき調整ねじ１３ａの固定力が大きい。また、樹脂部１３ｆがあることで、静電変換モジュール１を電子機器に組み込むときや、組込み後の電子機器の使用時に、衝撃によってあがき調整ねじ１３ａが緩んで静電変換機構の性能が低下するのを防ぐことができる。

あがき調整ねじ１３ａで回転軸１１の（したがってロータ６の）上下方向の位置を調整することで、上側基板５、ロータ６および下側基板８の隙間を調整して、ロータ６の回転中心を上側基板５と下側基板８との中間付近に合わせることができる。あがき調整部１３が上受２と下受４にあることで、ロータ６と上側基板５および下側基板８との距離を調整でき、静電変換モジュール１の姿勢が変化してもそれらの距離が変動しないため、安定した発電またはモータ駆動を行うことができる。あがき調整部１３は、上受２と下受４の両方に配置されていることが好ましいが、それらの一方のみに配置されていてもよい。あがき調整部１３が一方のみの場合でも、あがき調整部１３により回転軸１１の摺動性を調整することで不要な摺動負荷を減らせるため、静電変換モジュール１がモータの場合には低消費電流化および高トルク化を実現でき、発電器の場合には発電効率が向上する。

スペーサ７は、ロータ６の周囲を取り囲みかつロータ６の回転領域を除いて上側基板５と下側基板８の間を埋め尽くすように成形された樹脂製の部材である。図２に示すように、スペーサ７は中央に開口部７１を有し、この中にロータ６が配置されている。スペーサ７は、静電変換モジュール１の側方からスペーサ７を通してロータ６の位置を目視で確認できる程度の透光性を有することが好ましく、透明であることがより好ましい。ただし、スペーサ７は、周方向の少なくとも一部が透光性を有していればよく、その他の部分は非透光性であってもよい。あるいは、ロータ６の位置を確認できるようにするためには、スペーサ７の周方向の一部に切欠き部または凹部を形成してもよい。スペーサ７には、上側基板５と下側基板８との隙間が小さくなり過ぎるのを防いでその隙間を一定に保つ効果と、ロータ６の回転領域に外部からゴミが混入することを防ぐ効果もある。

図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、それぞれ、下側基板８の上面８１および下面８２を示す平面図である。下側基板８は、固定基板（第２の固定基板）の一例であり、上側基板５と同様に周知の基板材料で構成され、中受３と下受４の間における下受４側（すなわち、ロータ６を挟んで上側基板５とは反対側）に配置されている。ロータ６との対向面である下側基板８の上面８１には、図６（Ａ）に示すように、対向電極８４～８６が形成されている。

対向電極８４～８６は、第２の対向電極の一例であり、それぞれ、略台形の同じ形状および大きさを有する複数の部分領域で構成される。これらの部分領域は、上面８１におけるロータ６と平面視で重なる円形領域内に、対向電極８４，８５，８６の順で、円周方向に交互かつ放射状に配置されている。対向電極８４～８６を構成する部分領域同士は、それぞれ上面８１上で互いに接続されている。対向電極８４～８６は、それぞれ、３本の引出線８８を介して、上面８１側における下側基板８の突出部８３に設けられた３個の接続端子８７に接続されている。接続端子８７は、静電変換モジュール１が組み込まれる電子機器内の回路基板に接続される（図１２を参照）。

第２の対向電極の個数も対向電極８４～８６の３個に限らず何個でもよい。図示した形態とは異なり、例えば対向電極８５，８６を省略し、第２の対向電極を対向電極８４のみとしてもよい。

静電変換モジュール１では、ロータ６の上面６１に設けられた帯電部６５と、上側基板５の下面５２に設けられた対向電極５４～５６とが対向し、ロータ６の下面６２に設けられた帯電部６５と、下側基板８の上面８１に設けられた対向電極８４～８６とが対向する。しかしながら、ロータ６の一方の面にのみ帯電部６５を設け、帯電部６５が設けられた面側にのみ対向電極が配置されるように、上側基板５または下側基板８を配置してもよい。この場合、上側基板５と下側基板８のうちの一方を省略することができる。

図２および図３に示すように、静電変換モジュール１は、輪列機構として、カナ１２、歯車９，１０および回転軸１４，１５を有する。カナ１２は、回転軸１１における上受２と中受３の間の部分に取り付けられた歯車である。歯車９，１０も上受２と中受３の間に配置されており、それぞれ回転軸１４，１５の周りに回転する。歯車９はカナ１２に連結され、歯車１０は歯車９に連結されており、歯車１０の一部は、図１に示すように、上受２の端部よりも外側に位置している。回転軸１４，１５は、第２の回転軸の一例であり、両方とも、平面視でロータ６の回転領域に重なる位置で、上受２と中受３に軸支されている。歯車９，１０は回転軸１１に連結された輪列の一例である。

発電量または発生する駆動力が大きくなるように、静電変換モジュール１では、ロータ６の直径は比較的大きい。静電変換モジュール１の輪列を組込み先の電子機器内の輪列に接続するためには、回転軸１１に大きな歯車を付けることが考えられるが、それでは回転軸１１の慣性モーメントが大きくなり性能低下を招く。このため、静電変換モジュール１では、ロータ６の回転領域の直上（平面視で重なる位置）に別の回転軸１４，１５を設けて、ロータ６よりも直径が小さいカナ１２および歯車９，１０を介在させることで、ロータ６の回転領域の外側まで輪列が引き出されている。

静電変換モジュール１をモータとして使用するときには、静電変換モジュール１が組み込まれた電子機器から、接続端子５７，８７を介して対向電極５４，８４、対向電極５５，８５および対向電極５６，８６に互いに位相の異なる交流電圧が印加される。すると、帯電部６５が作る電界と対向電極５４～５６，８４～８６が作る電界との相互作用により、帯電部６５と対向電極５４～５６，８４～８６との間に引力または斥力が発生する。対向電極５４～５６，８４～８６に３相の交流電圧を印加することで、帯電部６５と対向電極５４～５６，８４～８６との間で発生する静電気力によりロータ６が回転するので、回転軸１１、カナ１２および歯車９，１０を介してその駆動力が取り出される。電子機器が電子時計であれば、その駆動力は指針に伝達される。

なお、上側基板５と下側基板８のそれぞれで、３組ではなく２組の対向電極を交互に配置してもよく、この場合には、極性が交互に切り替わる交番電圧をそれらの対向電極に印加すればよい。つまり、静電変換モジュール１をモータとして使用するときには、歯車９，１０は、静電変換モジュール１が組み込まれた電子機器からの電力によりロータ６が回転することで得られる動力をその電子機器に伝達する。

静電変換モジュール１を発電器として使用するときには、静電変換モジュール１が組み込まれた電子機器内で例えば外部から働く力により動力を発生させ、それにより歯車１０を駆動して、歯車１０に連結されている歯車９およびカナ１２を回転させる。すると、回転軸１１とともにロータ６が回転し、それに伴い、帯電部６５と対向電極５４～５６，８４～８６との重なり面積が増減する。例えば帯電部６５に負電荷が保持されているとすると、ロータ６の回転に伴い、対向電極５４～５６，８４～８６に引き寄せられる正電荷が増減する。こうして、対向電極５４～５６，８４～８６の間に交流電流を発生させることにより、静電誘導を利用した発電が行われる。つまり、静電変換モジュール１を発電器として使用するときには、歯車９，１０は、静電変換モジュール１が組み込まれた電子機器の姿勢変化などで得られる動力をロータ６に伝達する。

静電変換モジュール１は、静電変換機構と輪列機構とが一体化（ユニット化）されているので、電子機器内に組み込む際の作業性（組立作業性）に優れており、品質確保も容易である。一般に、電気機械変換器の組立て時には回転部材と固定基板との隙間を確認し調整する作業が必要であるが、静電変換モジュール１は単体での組立てが可能であるため、電気機械変換器を電子機器内に直接組み立てる場合と比べて組立工数が少なく済む。

仮に歯車９，１０がなかったとすると、静電変換モジュールを電子機器に取り付けてからモジュール上で電子機器との間の輪列を組む必要があり、モジュールの取外しが困難になるが、静電変換モジュール１は、それ自体が小型の歯車９，１０を含むため、電子機器に対する取付けと取外しも容易である。また、特に静電変換モジュール１をモータとして使用する場合には、ロータ６の回転が小型の歯車９，１０で減速されることで、組込み先の電子機器内の輪列との接続ばらつきによるトルク損失が最小限になる。

以下では、静電変換モジュール１を電子時計（腕時計）に組み込んだ場合の例を説明する。図７～図９は電子時計２０の内部構造を示す平面図であり、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）はそれぞれ電子時計２０の模式的な平面図および断面図であり、図１１は、裏蓋２１が取り除かれた電子時計２０の一部を示す斜視図である。図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）のＸＢ－ＸＢ線に沿った電子時計２０の断面を示す。

電子時計２０は、裏蓋２１、回転錘２２、受け板２３、支持台２４、回路基板２５、地板２６、文字板２７および風防ガラス２８を、厚さ方向にこの順に有する。図７～図９はいずれも裏蓋２１側から見た電子時計２０の平面図であり、図７は裏蓋２１が取り除かれた状態を、図８はさらに回転錘２２が取り除かれた状態を、図９はさらに受け板２３、支持台２４および回路基板２５が取り除かれた状態をそれぞれ示している。図９では、歯車同士の連結が分かるように、静電変換モジュール１の上受２が透明であるとして図示している。

電子時計２０は、厚さ方向における回転錘２２と地板２６の間であって、受け板２３、支持台２４および回路基板２５の側方（図７～図９における右下部分）に、静電変換モジュール１を有する。静電変換モジュール１は、上受２を裏蓋２１側に、下受４を文字板２７側に向けて、電子時計２０内に組み込まれている。図示した例では、静電変換モジュール１は指針駆動用のモータとして使用され、歯車１０は五番車３１に連結され、歯車９は六番車、歯車１０は五番中間車となっている。なお、図示しないが、電子時計２０は、静電変換モジュール１の静電変換機構と同様のもので構成される静電発電器を有している。

回転錘２２は、円板形状を有する電子時計２０の平面の半分程度を覆う略半円形の板材であり、図示しない静電発電器を駆動するために用いられる。回転錘２２は、電子時計２０の中央に設けられた回転軸２２Ｃに固定され、電子時計２０の円形領域の略全体を回転領域とする。回転錘２２は、重心が回転軸２２Ｃよりも外周側にずれていることで重量バランスに偏りを有し、例えば電子時計２０を携帯する使用者が体を動かすことで生じる振動を動力源として、回転軸２２Ｃの周りに時計回りまたは反時計回りに回転する。受け板２３は回転錘２２を、支持台２４は受け板２３をそれぞれ支持するための部材である。

回路基板２５は、極性が交互に切り替わる電圧を印加して静電変換モジュール１を駆動し、それにより歯車列を回転させるための回路を含む。地板２６ならびにその上に組み込まれた五番車３１およびそれに連結する他の歯車列３０などにより、電子時計２０のムーブメント（時計機構の本体部分）が構成される。静電変換モジュール１とムーブメントとは、歯車１０（五番中間車）と五番車３１とで連結される。電子時計２０は、静電変換モジュール１からの動力を受けて五番車３１や他の歯車列３０を回転させることで、指針を駆動して時刻を表示する。

図示した形態とは異なり、静電変換モジュール１を静電発電器として使用してもよい。この場合、静電変換モジュール１の歯車１０は、別の歯車列（輪列）を介して（または直接）回転錘２２の回転軸２２Ｃに連結され、回転錘２２の回転によって駆動される。回路基板２５は、回転錘２２の回転により静電変換モジュール１を駆動することで発生する交流電流を整流する回路や、得られた電力で電子時計２０内の充放電可能な電池３２を充電する回路、指針駆動用の図示しないモータを駆動する回路などを含む。電子時計２０のムーブメントは、こうして蓄積された電力を用いて指針を駆動することで、時刻を表示する。

以下では、電子時計２０の回路基板２５のアースを取るための機構を説明する。回路基板２５上にはＩＣなどの静電気に弱い回路部品が実装されているので、静電気を回路部品に伝えずに電子時計２０の外装ケース（胴体）や裏蓋２１から外部に逃がせるように、回路基板２５を外装ケースまたは裏蓋２１に電気的に接続する必要がある。ただし、一般に、時計の外装ケースと裏蓋の間には防水用のパッキンが挟まれているため、外装ケースと裏蓋の間の導通は確実ではなく、また、アース用の導通部材を外装ケースの側面に接触させると、ムーブメントを外装ケースに組み込むときの作業性が悪くなる。このため、アース（接地）する先は外装ケースよりも裏蓋２１が好ましい。

図１１に示すように、電子時計２０は、回路基板２５を裏蓋２１に接地するための導通部材として、アースばね４０を有する。アースばね４０は、電気を通すように金属材料で構成され、剛体部４１、腕部４２および保持導通部（接続部）４３の３つの部分を有する。

剛体部４１は、アースばね４０の本体部分であり、中受３における裏蓋２１側の面に載置され中受３にねじ１８で固定された平板状の部分である。剛体部４１を裏蓋２１側から見たときの形状は、図９に示している。電子時計２０の厚さ方向で裏蓋２１側を上と定義すると、図１０（Ｂ）および図１１に示すように、中受３は回路基板２５よりも低い（裏蓋２１から遠い）位置にあり、剛体部４１も、回路基板２５よりも低い位置にある。より正確には、中受３の表面上で突出する剛体部４１の上面およびねじ１８の頭部は、回路基板２５の上面（裏蓋２１との対向面）よりも低い位置に配置されている。

電子時計２０の厚さを極力薄くするために、回転錘２２は、ムーブメント上に固定された回路基板２５の直上を通過する。電子時計２０では裏蓋２１にアースが取られるので、回転錘２２にぶつからないように、回転錘２２を避けてアースばね４０を配置する必要がある。剛体部４１を回路基板２５上に配置すると、剛体部４１や固定用のねじ１８の頭部の厚さ分だけ、回路基板２５と回転錘２２とを厚さ方向に離すか、回転錘２２を薄くする必要がある。しかしながら、前者の場合には電子時計２０が余計に厚くなり、後者の場合には回転錘２２の回転エネルギーが小さくなって発電量が不足するという不都合がある。そこで、回路基板２５よりも上側（裏蓋２１側）を回転錘２２の通過領域にするために、剛体部４１は、その厚さとその上に突出するねじ１８の頭部の厚さ以上、電子時計２０の厚さ方向で回路基板２５よりも低い位置（文字板２７側）に配置されている。

静電変換モジュール１は、図１に示す中受３の３か所のねじ穴１８ａに差し込まれたねじ１８で、地板２６（ムーブメント）に固定されている。この３本のねじ１８のうちの１本が、アースばね４０の剛体部４１を固定するねじである。すなわち、ねじ１８は、アースばね４０を静電変換モジュール１に固定するとともに、静電変換モジュール１をムーブメントに固定している。このように、アースばね４０の固定用のねじと静電変換モジュール１の固定用のねじとを共通化する（兼用にする）ことで、電子時計２０の構成部品の個数を削減することができる。

腕部４２は、剛体部４１における回路基板２５から遠い側の端部から、電子時計２０の内部の外周側を裏蓋２１に向けて延びる棒状部分であり、回転錘２２に当たらないように、回転錘２２の回転領域の外側に配置されている。腕部４２は、長さを確保して折れにくくするために、電子時計２０の厚さ方向（図１０（Ｂ）や図１１における上下方向）に対して斜めに延びており、図１０（Ｂ）に示すように、その先端で裏蓋２１に接触している。

保持導通部４３は、剛体部４１における回路基板２５に近い側の端部から、中受３と回路基板２５との段差に沿って垂直に折れ曲がり、回路基板２５の端部にかかるように延びる部分である。保持導通部４３は、回路基板２５上の部分で回路基板２５の端部を押さえるとともに、その端部にある導体部２５ａに接触している。ただし、アースばね４０が回路基板２５の導体部２５ａに接触できれば、その接触位置は回路基板２５の端部に限らずどこでもよく、この場合、保持導通部（接続部）の形状は、図１１に示したものとは異なっていてもよい。保持導通部４３が導体部２５ａに接触し、腕部４２が裏蓋２１に接触することで、回路基板２５は裏蓋２１に接地される。

図１２は、静電変換モジュール１と回路基板２５との電気的な接続経路を説明するための斜視図である。図１２に示すように、静電変換モジュール１の上側基板５および下側基板８と回路基板２５とは、それぞれ３本のコイルばね４５を介して電気的に接続されている。すなわち、上側基板５の対向電極５４～５６は突出部５３における３個の接続端子５７（図４（Ａ）を参照）から、下側基板８の対向電極８４～８６は突出部８３における３個の接続端子８７（図６（Ａ）を参照）から、それぞれ３本のコイルばね４５で回路基板２５に接続されている。電子時計２０では静電変換モジュール１は指針駆動用のモータとして使用されるので、コイルばね４５を介して回路基板２５から対向電極５４～５６，８４～８６に駆動用のパルスが入力される。

コイルばね４５の反力により、回路基板２５には裏蓋２１側に浮き上がる力が働くが、アースばね４０の保持導通部４３が回路基板２５の端部を押さえることで、上側基板５および下側基板８と回路基板２５との接触が不安定になることを防ぐ効果も得られる。したがって、アースばね４０には、回転錘２２を避けた配置により裏蓋２１へのアースを実現することや、静電変換モジュール１と同時にムーブメントに固定されることに加えて、コイルばね４５の反力を押さえるという特徴もある。

なお、静電変換モジュール１における中受３は必須の部材ではなく、中受３を省略し、上受２と下受４の間に静電変換機構と輪列機構をまとめて配置してもよい。

１ 静電変換モジュール
２ 上受
３ 中受
４ 下受
５ 上側基板
６ ロータ
７ スペーサ
８ 下側基板
９，１０ 歯車
１１，１４，１５ 回転軸
１３ あがき調整部
２０ 電子時計
２１ 裏蓋
２２ 回転錘
２５ 回路基板
３１ 五番車
４０ アースばね
４５ コイルばね

Claims (13)

1. 電子機器に対して着脱可能な電気機械変換器であって、
   第１の受け板と、
   第２の受け板と、
   前記第１および第２の受け板の間に配置された回転軸の周りに回転する回転部材と、
   前記回転部材に対向して前記第１および第２の受け板の間に配置された固定基板と、
   前記回転部材の前記固定基板との対向面に、前記回転部材の回転方向に間隔を空けて配置された帯電部と、
   前記固定基板の前記回転部材との対向面に配置された対向電極と、
   前記第１および第２の受け板の少なくとも一方に配置された、前記回転軸の摺動性を調整するためのあがき調整部と、
   前記回転軸に連結された輪列と、
   前記第１および第２の受け板の間に配置された第３の受け板と、を有し、
   前記輪列は、前記電子機器からの電力により前記回転部材が回転することで得られる動力を前記電子機器に伝達するか、または前記電子機器の姿勢変化により得られる動力を前記回転部材に伝達し、
   前記輪列は前記第１および第３の受け板の間に配置され、前記回転部材および前記固定基板は前記第２および第３の受け板の間に配置されている、
   ことを特徴とする電気機械変換器。
2. 前記あがき調整部は、
   前記回転軸の長手方向における前記回転軸の位置を調整するためのあがき調整ねじと、
   前記あがき調整ねじを取り囲んで配置され、前記あがき調整ねじが組み込まれることで形成されたねじ山により前記あがき調整ねじを固定する樹脂部と、
   を有する、請求項１に記載の電気機械変換器。
3. 前記あがき調整部は前記第１および第２の受け板の両方に配置されている、請求項１または２に記載の電気機械変換器。
4. 前記輪列は、前記回転軸とは異なる第２の回転軸の周りに回転し、
   前記第２の回転軸は、前記第１および第３の受け板に軸支され、平面視で前記回転部材の回転領域に重なる位置に配置されている、請求項１～３のいずれか一項に記載の電気機械変換器。
5. 前記回転部材の回転軸は、前記第３の受け板を貫通し、前記第１および第２の受け板に軸支されている、請求項１～４のいずれか一項に記載の電気機械変換器。
6. 前記第２および第３の受け板の間において前記回転部材を挟んで前記固定基板とは反対側に配置された第２の固定基板と、
   前記回転部材の前記第２の固定基板との対向面に、前記回転方向に間隔を空けて配置された第２の帯電部と、
   前記第２の固定基板の前記回転部材との対向面に配置された第２の対向電極と、
   をさらに有する、請求項１～５のいずれか一項に記載の電気機械変換器。
7. 前記回転部材の周囲を取り囲みかつ前記固定基板および前記第２の固定基板の間に挟まれた少なくとも一部が透光性のスペーサをさらに有し、
   前記第１および第３の受け板の側方から前記スペーサを通して前記回転部材を視認可能である、請求項６に記載の電気機械変換器。
8. 請求項１～７のいずれか一項に記載の電気機械変換器が組み込まれた電子時計であって、
   極性が交互に切り替わる電圧を前記対向電極に印加して前記帯電部と前記対向電極との間で発生する静電気力により前記回転部材および前記輪列を回転させるための回路を含む回路基板と、
   前記輪列に連結し、前記回転部材の回転による動力を受けて指針を駆動するムーブメントと、
   を有することを特徴とする電子時計。
9. 請求項１～７のいずれか一項に記載の電気機械変換器が組み込まれた電子時計であって、
   重量バランスに偏りがあり、外部から働く力により回転する回転錘と、
   前記回転錘の回転エネルギーにより前記回転部材を回転させたときに前記帯電部と前記対向電極との間の静電誘導により発生する電力を蓄積するための回路を含む回路基板と、
   蓄積された前記電力を用いて指針を駆動するムーブメントと、を有し、
   前記輪列が前記回転錘の回転軸に直接または間接に連結されていることを特徴とする電子時計。
10. 前記回路基板を前記電子時計の裏蓋に接地するための導通部材であって、
    前記第３の受け板に配置された剛体部と、
    前記電子時計の内部の外周側において前記剛体部から前記裏蓋に延びる腕部と、
    前記剛体部から前記回路基板の導体部に延び前記回路基板を押さえる保持導通部と、
    を有する導通部材をさらに有する、請求項８または９に記載の電子時計。
11. 前記剛体部は前記第３の受け板にねじで固定され、
    前記第３の受け板、ならびに前記第３の受け板の表面上で突出する前記剛体部および前記ねじの頭部は、前記電子時計の厚さ方向において、前記回路基板の前記裏蓋との対向面よりも前記裏蓋から離れた位置にある、請求項１０に記載の電子時計。
12. 前記ねじは、前記導通部材を前記電気機械変換器に固定するとともに、前記電気機械変換器を前記ムーブメントに固定している、請求項１１に記載の電子時計。
13. 電子機器に対して着脱可能な電気機械変換器であって、
    第１の受け板と、
    第２の受け板と、
    前記第１および第２の受け板の間に配置された回転軸の周りに回転する回転部材と、
    前記回転部材に対向して前記第１および第２の受け板の間に配置された固定基板と、
    前記回転部材の前記固定基板との対向面に、前記回転部材の回転方向に間隔を空けて配置された帯電部と、
    前記固定基板の前記回転部材との対向面に配置された対向電極と、
    前記第１および第２の受け板の少なくとも一方に配置された、前記回転軸の摺動性を調整するためのあがき調整部と、
    前記回転軸に連結された輪列と、
    前記第１および第２の受け板の間に、前記回転部材の周囲を取り囲むように配置され、周方向の少なくとも一部が透光性を有するスペーサと、を有し、
    前記輪列は、前記電子機器からの電力により前記回転部材が回転することで得られる動力を前記電子機器に伝達するか、または前記電子機器の姿勢変化により得られる動力を前記回転部材に伝達し、
    側方から前記スペーサを通して前記回転部材を視認可能である、
    ことを特徴とする電気機械変換器。

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