WO2023074380A1 - ウェアラブルデバイス - Google Patents

ウェアラブルデバイス Download PDF

Info

Publication number
WO2023074380A1
WO2023074380A1 PCT/JP2022/038149 JP2022038149W WO2023074380A1 WO 2023074380 A1 WO2023074380 A1 WO 2023074380A1 JP 2022038149 W JP2022038149 W JP 2022038149W WO 2023074380 A1 WO2023074380 A1 WO 2023074380A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
heat
housing
heat storage
heat source
wearable device
Prior art date
Application number
PCT/JP2022/038149
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
健一 藤崎
Original Assignee
Dic株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dic株式会社 filed Critical Dic株式会社
Priority to JP2023556305A priority Critical patent/JPWO2023074380A1/ja
Publication of WO2023074380A1 publication Critical patent/WO2023074380A1/ja
Priority to JP2024023563A priority patent/JP2024069236A/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09K—MATERIALS FOR MISCELLANEOUS APPLICATIONS, NOT PROVIDED FOR ELSEWHERE
    • C09K5/00—Heat-transfer, heat-exchange or heat-storage materials, e.g. refrigerants; Materials for the production of heat or cold by chemical reactions other than by combustion
    • C09K5/02—Materials undergoing a change of physical state when used
    • C09K5/06—Materials undergoing a change of physical state when used the change of state being from liquid to solid or vice versa
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/36—Selection of materials, or shaping, to facilitate cooling or heating, e.g. heatsinks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/34—Arrangements for cooling, heating, ventilating or temperature compensation ; Temperature sensing arrangements
    • H01L23/42—Fillings or auxiliary members in containers or encapsulations selected or arranged to facilitate heating or cooling
    • H01L23/427—Cooling by change of state, e.g. use of heat pipes
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K7/00—Constructional details common to different types of electric apparatus
    • H05K7/20—Modifications to facilitate cooling, ventilating, or heating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the present invention relates to wearable devices, which are small and lightweight electronic devices that can be worn on the human body.
  • wearable devices that are expected to become popular worldwide include smartphone-like functions such as reading received emails and checking messages posted on SNS, and recording exercise such as jogging and swimming. Also known are those that have a function of capturing heartbeat, pulse, sleep time, etc. to help maintain health, and a function of superimposing and displaying information in a virtual space on objects in the real world.
  • Various types of wearable devices such as watch type, bracelet type, glass type, earphone type, wear type, and ring type are put into practical use.
  • wearable devices such as those described above are worn by users for a long period of time, they are required to be even smaller and lighter than information terminals such as smartphones.
  • contains heat sources such as processors, IC chips, and batteries. Therefore, part of the heat generated by the heat source is transferred to the human body through the housing. In this case, if the temperature of the heat transferred to the human body exceeds the body temperature, for example, exceeds 44° C., the user feels very uncomfortable.
  • Patent Literature 1 describes a head-mounted display worn on the head by a user, in which a frame (a right extension portion of the display portion and a A configuration has been proposed in which a thermally conductive material is used for the extension portion), and heat generated in the display portion (image display unit) is absorbed by the thermally conductive material.
  • Patent Document 2 in an electronic device in which a control circuit and a battery are accommodated in a housing, a heat storage material is provided between the control circuit and the battery, and a gap (air insulation layer) is provided between the control circuit and the battery. is proposed.
  • the head-mounted display proposed in Patent Document 1 conducts heat generated by the display unit, which is a heat source, to frame portions (display unit right extension and display unit left extension) with high thermal conductivity.
  • the user since the user receives the heat transmitted to the frame part as it is, it may cause discomfort to the user.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and its object is to provide a wearable device that effectively suppresses the conduction of heat emitted from a heat source to the human body and does not cause discomfort to the user. It is in.
  • a first invention is a wearable device configured by housing at least a heat source inside a housing that can be worn on a human body, wherein, inside the housing, the human body of the housing and a heat insulating material for suppressing conduction of heat generated by the heat source to the human body.
  • an air layer may be formed between the heat insulating material and the heat source.
  • a heat diffusion sheet may be arranged on the surface of the heat insulating material on the heat source side.
  • an air layer may be formed between the heat diffusion sheet and the heat source.
  • a second invention is a wearable device configured by housing at least a heat source inside a housing that can be worn on a human body, wherein a wall of the housing that contacts the human body and the heat source are provided inside the housing. and a heat storage member for storing heat generated by the heat source.
  • the heat storage member may be a heat storage foam or a heat storage sheet containing a latent heat storage material that liquefies and stores heat at a temperature equal to or higher than the melting point.
  • the latent heat storage material preferably has a melting point of 37°C to 44°C and a freezing point of 32°C to 40°C, more preferably a melting point of 40°C to 44°C and a freezing point of 37°C to 40°C. .
  • an air layer may be formed between the heat storage member and the heat source.
  • a heat diffusion sheet may be arranged on the surface of the heat storage member on the heat source side.
  • an air layer may be formed between the heat diffusion sheet and the heat source.
  • the thermal conduction of part of the heat generated from the heat source to the body is suppressed by the heat insulating effect of the heat insulating material. , Even if the user wears the wearable device for a long time, the user does not feel discomfort.
  • the air layer functions as a heat insulating layer. Heat conduction to the body is more effectively suppressed, and the user does not feel uncomfortable.
  • a heat diffusion sheet is placed on the heat source side surface of the heat insulating material, part of the heat generated by the heat source is radiated into the housing through the heat diffusion sheet, and the amount of heat conducted to the heat insulating material is reduced by that amount. Since it is suppressed, the user does not feel discomfort.
  • part of the heat generated from the heat source is stored in the heat storage member (heat storage foam or heat storage sheet) while the user wears the wearable device on the body and uses it.
  • the heat conduction to the body of the wearable device is suppressed, and even if the user wears the wearable device for a long time, the user does not feel discomfort.
  • part of the heat generated by the heat source is stored (absorbed) by the heat storage member, and the heat storage member functions as a cooling means. protection, increasing the durability of these electronic devices.
  • the latent heat storage material contained in the heat storage foam or heat storage sheet as the heat storage member has a melting point of 37°C to 44°C and a freezing point of 32°C to 40°C
  • the body surface temperature of the user for example, 32°C Since the latent heat storage material melts and stores heat at a temperature of 37 ° C to 44 ° C, which is higher than ⁇ 33 ° C
  • the temperature of the heat received by the user from the wearable device is the limit temperature (minimum temperature at which the user feels discomfort) 44 °C can be suppressed.
  • the latent heat storage material solidifies (from liquid to solid). ) and releases the stored heat, the latent heat storage material returns to its initial state (no heat storage state).
  • the air layer functions as a heat insulating layer. Combined with the heat storage effect, heat conduction from the heat source to the user's body is more effectively suppressed, and the user does not feel uncomfortable.
  • a heat diffusion sheet is placed on the surface of the heat storage member on the heat source side, part of the heat generated by the heat source is radiated from the heat diffusion sheet into the housing, and the amount of heat conducted to the heat storage member is reduced by that amount. Since it is suppressed, the user does not feel discomfort.
  • FIG. 1 is a perspective view of a main part of a smart watch as one form of a wearable device according to the present invention
  • FIG. FIG. 2 is a longitudinal sectional view schematically showing the internal configuration of the housing of the smart watch according to Embodiment 1 of the first invention
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view schematically showing the internal structure of the housing of the smart watch according to Embodiment 2 of the first invention
  • FIG. 10 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration inside the housing of the smartwatch according to Embodiment 3 of the first invention
  • FIG. 10 is a vertical cross-sectional view schematically showing the internal configuration of the housing of the smart watch according to Embodiment 4 of the first invention
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration inside the housing of the smart watch according to Embodiment 1 of the second invention.
  • FIG. 10 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration inside the housing of a smart watch according to Embodiment 2 of the second invention;
  • FIG. 10 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration inside the housing of a smart watch according to Embodiment 3 of the second invention;
  • FIG. 11 is a vertical cross-sectional view schematically showing the internal configuration of the housing of a smart watch according to Embodiment 4 of the second invention;
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between elapsed time and temperature obtained by a thermal cycle test on the heat storage foam, the heat insulating material, and the SUS plate.
  • FIG. 1 is a perspective view of the main part of the smart watch, and the illustrated smart watch 1 has the same functions as a smartphone, such as reading received mail and checking messages posted on SNS, and jogging, swimming, etc. It has functions such as recording exercise, capturing heart rate, pulse, sleep time, etc. to help maintain health.
  • a smartphone such as reading received mail and checking messages posted on SNS, and jogging, swimming, etc. It has functions such as recording exercise, capturing heart rate, pulse, sleep time, etc. to help maintain health.
  • the housing 2 is composed of a rectangular container-shaped case 2A with an open top and a transparent cover 2B covering the top opening of the case 2A, and a sealed space is formed inside.
  • the case 2A is made of metal such as stainless steel (SUS), aluminum, or titanium
  • the cover 2B is made of transparent glass or transparent resin.
  • the case 2A that constitutes part of the housing 2 includes a bottom wall 2a that contacts a part of the body of the user wearing the smartwatch 1 (specifically, the wrist), and a vertical wall from the bottom wall 2a.
  • a part of the side wall 2b is provided with push buttons 4 and 5 for performing operations such as mode switching.
  • a heat source 10 such as a processor, an IC chip, and a battery is accommodated as described later. is transmitted to the body (wrist) through part of the housing 2 (specifically, the bottom wall 2a of the case 2A). In this case, if the temperature of the heat transferred to the body (wrist) is higher than the body temperature, for example, 44° C. or higher, the user feels very uncomfortable as described above.
  • a heat insulating structure is provided inside the housing 2 for blocking or suppressing heat conduction from the heat source 10 to the user's body (wrist).
  • An embodiment of the heat insulating structure will be described below.
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration inside the housing of the smart watch according to Embodiment 1 of the first invention.
  • a processor and A heat source 10 such as an IC chip or battery is accommodated.
  • the heat generated by the heat source 10 is placed on the user's wrist.
  • a flat plate-shaped heat insulating material 11 is arranged for suppressing conduction to.
  • the heat insulating material 11 is arranged over the entire inner surface of the bottom wall 2a of the housing 2 (case 2A).
  • foamed plastics such as rigid urethane foam, rigid polystyrene foam, phenolic foam, and acrylic foam are preferably used.
  • Fig. 10 shows the thermal cycle test results for a heat insulating material (thickness 3 mm) and a SUS plate (thickness 1 mm).
  • the horizontal axis is the elapsed time (min) and the vertical axis is the temperature (° C.). It was carried out by measuring the surface temperatures of the heat insulating material and the SUS plate repeatedly at intervals.
  • the SUS plate repeatedly increases and decreases in temperature within the temperature range of 30° C. to 50° C., as indicated by the dashed line C in FIG.
  • the change is suppressed within the range of 32.5° C. to 44° C. as indicated by the two-dot chain line B in FIG.
  • the case 2A of the housing 2 is made of stainless steel (SUS) and the heat insulating structure as in the present embodiment is not provided, the user's wrist will be exposed to the limit temperature of 44°C. I feel the heat of 50 degrees Celsius, which exceeds the temperature, and I feel very uncomfortable.
  • SUS stainless steel
  • the smart watch 1 which has a heat insulating structure in which the heat insulating material 11 is arranged between the heat source 10 and the bottom wall 2a of the case 2A inside the housing 2, as shown in FIG.
  • the amount of heat conducted from the heat source 10 through the heat insulating material 11 and the bottom wall 2a of the case 2A can be kept small, the user feels heat below the limit temperature of 44° C. on the wrist. is not very uncomfortable.
  • the smart watch 1 can be easily assembled. ensured.
  • FIG. 3 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration inside the housing of the smart watch according to Embodiment 2 of the first invention.
  • the same elements as those shown in FIG. are attached, and a re-explanation thereof will be omitted hereafter.
  • This embodiment is characterized in that a gap ⁇ is formed between the heat insulating material 11 and the heat source 10 in the heat insulating structure of the first embodiment, and an air layer 12 is formed in the gap ⁇ .
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the air layer 12 since the air layer 12 is formed between the heat insulating material 11 and the heat source 10, the air layer 12 functions as a heat insulating layer. Therefore, the heat insulation effect of the air layer 12 and the heat insulation effect of the heat insulating material 11 are combined to further effectively suppress heat conduction from the heat source 10 to the user's wrist, thereby preventing the user from feeling uncomfortable. effect is obtained.
  • FIG. 4 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration inside the housing of the smart watch according to Embodiment 2 of the first invention. are attached, and a re-explanation thereof will be omitted hereafter.
  • This embodiment is characterized in that a heat diffusion sheet 13 is arranged on the surface (upper surface) of the heat insulating material 11 on the side of the heat source 10 in the heat insulating structure according to the first embodiment. is the same as form 1 of
  • a heat diffusion sheet 13 a graphite film, an aluminum foil, a composite of both, or the like is preferably used.
  • the heat diffusion sheet 13 is arranged on the surface of the heat insulating material 11 on the side of the heat source 10, part of the heat generated by the heat source 10 is radiated in the housing 2, and the heat insulating material 11 The amount of heat transferred to is kept small. As a result, the temperature felt by the user's wrist is kept low, and the user's wrist does not feel uncomfortable.
  • FIG. 5 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration inside the housing of the smart watch according to Embodiment 4 of the first invention. are denoted by the same reference numerals, and a repetitive description thereof will be omitted below.
  • This embodiment is characterized in that an air layer 12 is formed between the heat diffusion sheet 13 and the heat source 10 in the heat insulating structure according to the third embodiment. is the same as the configuration shown in
  • the air layer 12 is formed between the heat diffusion sheet 13 and the heat source 10
  • the heat dissipation effect of the heat diffusion sheet 13 and the heat insulating effect of the air layer 12 and the heat insulating material 11 are combined. An effect of more effectively suppressing heat conduction to the user's body can be obtained.
  • the smartwatch 1 shown in FIG. 1 will be described as an example of the wearable device according to the second invention, as in the case of the first invention. Therefore, re-explanation of the configuration of the smartwatch 1 will be omitted here, and only the embodiment of the heat storage structure of the smartwatch 1 will be described.
  • Embodiment 1 of the second invention will be described below with reference to FIG.
  • FIG. 6 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration inside the housing of the smart watch according to Embodiment 1 of the second invention. are attached, and a re-explanation thereof will be omitted hereafter.
  • heat generated by the heat source 10 is stored in the interior of the housing 2, between the bottom wall 2a of the housing 2 that contacts the human body (user's wrist) and the heat source 10, heat generated by the heat source 10 is stored. It is characterized by disposing a heat storage foam 14, and other configurations are the same as those of the smart watch 1 (see FIG. 2) according to the first embodiment of the first invention.
  • the heat storage foam 14 is a member containing a latent heat storage material that liquefies at a temperature equal to or higher than the melting point and stores heat.
  • the binder for mechanical foaming is applied to a PET film, it is obtained by heat-treating with a drier to cure and mold.
  • Polyurethane foam, polyethylene foam, melamine foam, acrylic foam, etc. are used for the base foam, and polyurethane resin, polyolefin resin, vinyl chloride resin, polyamide resin, acrylic resin, etc. are used for the binder resin. is used.
  • Fatty acid esters such as methyl decanoate and ethyl decanoate, and alkanes (paraffins) such as decane, undecane, and dodecane are used as latent heat storage materials.
  • the latent heat storage material has the property of absorbing the heat of fusion (latent heat) during the phase change from solid to liquid, and releasing the heat of solidification (latent heat) during the phase change from liquid to solid.
  • the latent heat storage material used has a melting point of 37° C. to 39° C. and a freezing point of 33° C. to 35°.
  • the heat storage foam 14 is used as the heat storage member in this embodiment, a heat storage sheet may be used as the heat storage member.
  • the heat storage sheet is obtained by uniformly blending a particulate latent heat storage material in a resin such as vinyl chloride, and coating and forming a thick film.
  • the heat generated from the heat source 10 causes the internal temperature of the housing 2 to change to that of the latent heat storage material contained in the heat storage foam 14.
  • the latent heat storage material melts and liquefies, and the heat storage foam 14 absorbs the heat of fusion (latent heat) from the surroundings and stores the heat. Therefore, the heat storage foam 14 functions as a cooling means, and the heat storage by the heat storage foam 14 suppresses the temperature rise in the housing 2, and the amount of heat conducted to the user's wrist through the bottom wall 2a of the housing 2 (case 2A). can be kept small. As a result, even if the user wears the smartwatch 1 for a long time, the user does not feel discomfort.
  • Fig. 10 shows the thermal cycle test results for the heat storage foam (thickness 3 mm, melting point 38°C) and SUS plate (thickness 1 mm). This thermal cycle test was carried out by using a Peltier device to repeat the temperature rise and fall in the temperature range of 30°C to 50°C at predetermined time intervals, and to measure the surface temperatures of the heat storage foam and the SUS plate. .
  • the SUS plate repeatedly increases and decreases in temperature within the temperature range of 30° C. to 50° C., as indicated by the dashed line C in FIG.
  • the change changes with a small amplitude around the melting point of the latent heat storage material, 38° C., as indicated by the solid line A in FIG. can be kept lower than
  • the case 2a of the housing 2 is made of stainless steel (SUS) and the heat storage structure as in the present embodiment is not provided, the user's wrist will be exposed to the limit temperature of 44°C. I feel the heat of 50 degrees Celsius, which exceeds the temperature, and I feel very uncomfortable.
  • SUS stainless steel
  • the smart watch 1 which has a heat storage structure in which the heat storage foam 14 is arranged between the heat source 10 and the bottom wall 2a of the case 2A inside the housing 2, as shown in FIG.
  • the amount of heat conducted from the heat source 10 through the heat storage foam 14 and the bottom wall 2a of the case 2A can be kept small, the user feels heat below the limit temperature of 44° C. on the wrist. is not very uncomfortable.
  • the smart watch 1 when the smart watch 1 is not used and the user removes the smart watch 1 from the wrist, when the temperature of the smart watch 1 drops below the freezing point of 33 ° C. to 35 ° C., it is included in the heat storage form 14 As the latent heat storage material solidifies (changes phase from liquid to solid) and releases the stored heat, the heat storage foam 14 returns to its initial state (no heat storage).
  • the heat generation of the smart watch 1 decreases while the user wears the smart watch 1 on the wrist, the temperature of the latent heat storage material drops below the freezing point due to the user's body surface temperature (32 ° C to 33 ° C).
  • the latent heat storage material When lowered, the latent heat storage material similarly solidifies (changes phase from liquid to solid) and releases the stored heat, so that the heat storage foam 14 returns to its initial state (no heat storage state). Since the heat of fusion and the heat of solidification are latent heat, the temperature of the heat storage foam 14 hardly changes due to heat storage and heat release.
  • the heat storage foam 14 functions as a cooling means, and as described above, heat storage in the heat storage foam 14 suppresses an increase in the internal temperature of the housing 2. Therefore, the processor constituting the heat source 10 , an IC chip, a battery, etc., are prevented from being degraded by heat, and their durability is enhanced.
  • the heat storage structure according to the present embodiment is easily configured by simply incorporating the heat storage foam 14 between the heat source 10 in the housing 2 and the bottom wall 2a of the case 2A. High assemblability is ensured.
  • FIG. 7 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration inside the housing of a smart watch according to Embodiment 2 of the second invention.
  • the same elements as those shown in FIG. are attached, and a re-explanation thereof will be omitted hereafter.
  • This embodiment is characterized in that, in the heat storage structure of the first embodiment, a gap ⁇ is formed between the heat storage foam 14 and the heat source 10, and an air layer 12 is formed in the gap ⁇ .
  • Other configurations are the same as those of the first embodiment.
  • the air layer 12 since the air layer 12 is formed between the heat storage foam 14 and the heat source 10, the air layer 12 functions as a heat insulating layer. Therefore, the heat insulation effect of the air layer 12 and the heat storage effect of the heat storage foam 14 are combined to more effectively prevent heat conduction from the heat source 10 to the user's wrist, which may cause discomfort to the user. You can get the effect of no.
  • FIG. 8 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration inside the housing of a smart watch according to Embodiment 3 of the second invention. are attached, and a re-explanation thereof will be omitted hereafter.
  • the present embodiment is characterized in that a heat diffusion sheet 13 is arranged on the surface (upper surface) of the heat storage foam 14 on the side of the heat source 10 in the heat storage structure (see FIG. 6) according to the first embodiment.
  • the configuration is the same as that of the first embodiment.
  • the heat diffusion sheet 13 a graphite film, an aluminum foil, a composite of both, or the like is preferably used.
  • the heat diffusion sheet 13 is arranged on the surface (upper surface) of the heat storage foam 14 on the side of the heat source 10, part of the heat generated by the heat source 10 is dissipated in the housing 2, and only the heat dissipated The amount of heat conducted to the heat storage foam 14 is kept small.
  • the heat of the heat source 10 is dispersed by the heat diffusion sheet 13, and part of the heat is absorbed by the heat storage foam 14, so the smart watch 1 does not become locally hot. As a result, the temperature felt by the user's wrist is kept low, and the user's wrist does not feel uncomfortable.
  • FIG. 9 is a vertical cross-sectional view schematically showing the configuration inside the housing of a smart watch according to Embodiment 4 of the second invention.
  • the same elements as those shown in FIG. are attached, and a re-explanation thereof will be omitted hereafter.
  • This embodiment is characterized in that an air layer 12 is formed between the heat diffusion sheet 13 and the heat source 10 in the heat storage structure according to the third embodiment. is the same as the configuration shown in
  • the air layer 12 is formed between the heat diffusion sheet 13 and the heat source 10
  • the heat dissipation effect of the heat diffusion sheet 13, the heat insulation effect of the air layer 12, and the heat storage effect of the heat storage foam 14 are compatible.
  • the effect of more effectively suppressing heat conduction to the user's body can be obtained.
  • the upper limit is preferably 5 mm or less, 4 mm or less, or 3.5 mm or less, and the lower limit is preferably 0.01 mm or more, 0.1 mm or more, or 0.5 mm or more.
  • heat insulating materials generally tend to reduce their heat insulating effect as their thickness decreases.
  • heat storage foams and heat storage sheets which have both heat insulation and heat storage functions, are required for wearable devices more than heat insulation materials (foamed plastic foams and air layers) that have only heat insulation functions. As a result, it is difficult to cause discomfort to the human body. This can also be understood from the thermal cycle test shown in FIG.
  • heat storage materials such as heat storage foams and heat storage sheets causes discomfort to the human body even if they are thin. It is more suitable than using heat insulating materials such as expanded plastic foams and air layers.
  • the thermal cycle test whose results are shown in FIG. Even if the thickness is made thinner than 3 mm, it is considered that optimal heat insulation performance can be ensured for the wearable device.
  • the thickness is more preferably 3 mm or less, 2 mm or less, or 1.5 mm or less, and a lower limit of 0.01 mm. Above, it is desirable to be 0.05 mm or more or 0.1 mm or more.
  • the present invention is applied to a smart watch as one form of a wearable device, but the present invention can be applied to any other wearable device such as smart glasses, smart earphones, smart caps, smart watches, etc. It is equally applicable to rings, smartwear and the like.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electric Clocks (AREA)

Abstract

熱源から発せられる熱の人体への伝導を効果的に抑制してユーザーに不快感を与えることがないウェアラブルデバイスを提供すること。 人体に装着可能な筐体２の内部に少なくとも熱源１０を収容して構成されるスマートウォッチ（ウェアラブルデバイス）１は、前記筐体２の内部において、前記筐体２の前記人体に接触する壁２ａと前記熱源１０との間に、前記熱源１０が発生する熱の前記人体への伝導を抑制する断熱材１１、または前記熱源１０が発生する熱を蓄熱する蓄熱部材（蓄熱フォーム１４または蓄熱シート）を配置している。

Description

ウェアラブルデバイス
　本発明は、人体に装着可能な小型・軽量な電子機器であるウェアラブルデバイスに関する。
　今後、世界的な普及が予測されるウェアラブルデバイスとしては、受信したメールを読んだり、ＳＮＳに投稿したメッセージをチェックするなどのスマートフォンと同様の機能を備えたもの、ジョギングやスイミングなどの運動を記録したり、心拍や脈拍、睡眠時間などを捕捉して健康維持に役立てる機能、現実世界のモノに仮想空間の情報を重ね合わせて表示するなどの機能を有するものが知られている。そして、このようなウェアラブルデバイスの形態としては、ウォッチ型、ブレスレット型、グラス型、イヤホン型、ウェア型、リング型などの種々のものが実用に供されている。
　上記のようなウェアラブルデバイスは、ユーザーが長時間に亘って装着するものであるため、スマートフォンなどの情報端末に比して一層の小型・軽量化が求められているが、その筐体の内部には、プロセッサやＩＣチップ、バッテリなどの熱源が収容されている。このため、熱源が発生する熱の一部が筐体を経て人体に伝わる。この場合、人体に伝わる熱の温度が体温以上、例えば、４４℃を超えると、ユーザーは、非常な不快感を覚えるという問題が発生する。
　例えば、特許文献１には、ユーザーが頭部に装着して使用するヘッドマウントディスプレイにおいて、発熱源である表示部（画像表示ユニット）から左右に延びるフレーム（表示部右延出部と表示部左延出部）に熱伝導性材料を使用し、この熱伝導性材料によって表示部（画像表示ユニット）における発熱を吸熱するようにした構成が提案されている。
　また、特許文献２には、筐体内に制御回路やバッテリを収容した電子機器において、制御回路とバッテリとの間に蓄熱材を設けるとともに、制御回路とバッテリとの間に空隙（空気断熱層）を設ける構成が提案されている。
特開２０１７－１５２９５５号公報 ＷＯ２０１７／０８１８３３号公報
　しかしながら、特許文献１において提案されたヘッドマウントディスプレイは、発熱源である表示部が発生する熱を熱伝導率の高いフレーム部分（表示部右延出部と表示部左延出部）へと伝導させて表示部の温度上昇を抑えるようにしているが、フレーム部分に伝わる熱をユーザーがそのまま受けることになるため、ユーザーに不快感を与える可能性がある。
　また、特許文献２において提案された電子機器は、ユーザーが身体に装着して使用するウェアラブルなものではないため、ユーザーの身体への熱伝導に関する考慮はなされていない。
　本発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、その目的は、熱源から発せられる熱の人体への伝導を効果的に抑制してユーザーに不快感を与えることがないウェアラブルデバイスを提供することにある。
　上記目的を達成するため、第１発明は、人体に装着可能な筐体の内部に少なくとも熱源を収容して構成されるウェアラブルデバイスであって、前記筐体の内部において、前記筐体の前記人体に接触する壁と前記熱源との間に、前記熱源が発生する熱の前記人体への伝導を抑制する断熱材を配置したことを特徴とする。
　ここで、前記断熱材と前記熱源との間に空気層を形成しても良い。また、前記断熱材の前記熱源側の表面に熱拡散シートを配置しても良い。さらに、前記熱拡散シートと前記熱源との間に空気層を形成しても良い。
　第２発明は、人体に装着可能な筐体の内部に少なくとも熱源を収容して構成されるウェアラブルデバイスであって、前記筐体の内部において、前記筐体の前記人体に接触する壁と前記熱源との間に、前記熱源が発生する熱を蓄熱する蓄熱部材を配置したことを特徴とする。
　ここで、前記蓄熱部材は、融点以上の温度で液状化して蓄熱する潜熱蓄熱材料を含む蓄熱フォームまたは蓄熱シートであっても良い。この場合、前記潜熱蓄熱材料として、融点が３７℃～４４℃、凝固点が３２℃～４０℃、より好ましくは融点が４０℃～４４℃、凝固点が３７℃～４０℃のものを用いることが望ましい。
　そして、前記蓄熱部材と前記熱源との間に空気層を形成しても良い。また、前記蓄熱部材の前記熱源側の表面に熱拡散シートを配置しても良い。さらに、前記熱拡散シートと前記熱源との間に空気層を形成しても良い。
　第１発明によれば、ユーザーがウェアラブルデバイスを身体に装着して使用している状態において、熱源から発生する熱の一部の身体への熱伝導は、断熱材による断熱効果によって抑制されるため、ユーザーが当該ウェアラブルデバイスを長時間に亘って身に付けていても、ユーザーが不快感を覚えることがない。
　ここで、断熱材と熱源との間に空気層を形成すれば、空気層が断熱層として機能するため、この空気層による断熱効果と断熱材による断熱効果とが相俟って熱源からユーザーの身体への熱伝導が一層効果的に抑制され、ユーザーに不快感を及ぼすことがない。また、断熱材の熱源側の表面に熱拡散シートを配置すれば、熱源が発生する熱の一部が熱拡散シートから筐体内に放熱され、その放熱分だけ断熱材へと伝導する熱量が小さく抑えられるため、ユーザーが不快感を覚えることがない。この場合、熱拡散シートと熱源との間に空気層を形成すれば、熱拡散シートの放熱効果と空気層及び断熱材の断熱効果とが相俟ってユーザーの身体への熱伝導が一層効果的に抑えられる。
　第２発明によれば、ユーザーがウェアラブルデバイスを身体に装着して使用している状態において、熱源から発生する熱の一部は、蓄熱部材（蓄熱フォームまたは蓄熱シート）に蓄熱されるため、ユーザーの身体への熱伝導が抑制され、ユーザーが当該ウェアラブルデバイスを長時間に亘って身に付けていても、ユーザーが不快感を覚えることがない。
　また、熱源が発生する熱の一部が蓄熱部材によって蓄熱（吸熱）され、蓄熱部材が冷却手段として機能するため、筐体内の温度上昇が防がれて熱源を構成する各種電子機器が熱的に保護され、これらの電子機器の耐久性が高められる。
　ここで、蓄熱部材としての蓄熱フォームまたは蓄熱シートに含まれる潜熱蓄熱材料として、融点が３７℃～４４℃、凝固点が３２℃～４０℃のものを用いれば、ユーザーの体表温（例えば３２℃～３３℃）よりも高い３７℃～４４℃の温度で潜熱蓄熱材料が融解して蓄熱するため、ユーザーが当該ウェアラブルデバイスから受ける熱の温度が限界温度（ユーザーが不快感を覚える最低温度）４４℃を超えることを抑制することができる。なお、ウェアラブルデバイスの不使用時においてユーザーが当該ウェアラブルデバイスを身体から取り外している状態において、当該ウェアラブルデバイスの温度が３２℃～４０℃の凝固点以下に下がると、潜熱蓄熱材が固化（液体から固体に相変化）し、蓄熱していた熱を放出するため、潜熱蓄熱材料は、初期の状態（蓄熱していない状態）に復帰する。
　そして、第２発明においても、第１発明と同様に、蓄熱部材と熱源との間に空気層を形成すれば、空気層が断熱層として機能するため、この空気層による断熱効果と蓄熱部材による蓄熱効果とが相俟って発熱源からユーザーの身体への熱伝導が一層効果的に抑制され、ユーザーに不快感を及ぼすことがない。また、蓄熱部材の熱源側の表面に熱拡散シートを配置すれば、熱源が発生する熱の一部が熱拡散シートから筐体内に放熱され、その放熱分だけ蓄熱部材へと伝導する熱量が小さく抑えられるため、ユーザーが不快感を覚えることがない。この場合、熱拡散シートと熱源との間に空気層を形成すれば、熱拡散シートの放熱効果と空気層の断熱効果及び蓄熱部材の蓄熱効果とが相俟ってユーザーの身体への熱伝導が一層効果的に抑えられる。
本発明に係るウェアラブルデバイスの一形態としてのスマートウォッチ要部の斜視図である。 第１発明の実施の形態１に係るスマートウォッチの筐体内部の構成を模式的に示す縦断面図である。 第１発明の実施の形態２に係るスマートウォッチの筐体内部の構成を模式的に示す縦断面図である。 第１発明の実施の形態３に係るスマートウォッチの筐体内部の構成を模式的に示す縦断面図である。 第１発明の実施の形態４に係るスマートウォッチの筐体内部の構成を模式的に示す縦断面図である。 第２発明の実施の形態１に係るスマートウォッチの筐体内部の構成を模式的に示す縦断面図である。 第２発明の実施の形態２に係るスマートウォッチの筐体内部の構成を模式的に示す縦断面図である。 第２発明の実施の形態３に係るスマートウォッチの筐体内部の構成を模式的に示す縦断面図である。 第２発明の実施の形態４に係るスマートウォッチの筐体内部の構成を模式的に示す縦断面図である。 蓄熱フォームと断熱材及びＳＵＳ板に対する熱サイクル試験によって得られた経過時間と温度との関係を示す図である。
　以下に第１発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
　［第１発明］
　まず、本発明に係るウェアラブルデバイスの一形態としてのスマートウォッチの概略構成を図１に基づいて説明する。
　すなわち、図１はスマートウォッチ要部の斜視図であり、図示のスマートウォッチ１は、受信したメールを読んだり、ＳＮＳに投稿したメッセージをチェックするなどのスマートフォンと同様の機能、ジョギングやスイミングなどの運動を記録したり、心拍や脈拍、睡眠時間などを捕捉して健康維持に役立てる機能などを備えるものであって、筐体２と、該筐体２の両側から延びるバンド３を備えている。
　上記筐体２は、上面が開口する矩形容器状のケース２Ａと、該ケース２Ａの上面開口部を覆う透明なカバー２Ｂとで構成されており、内部には密閉された空間が形成されている。ここで、ケース２Ａは、例えば、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、アルミニウム、チタニウムなどの金属によって構成されており、カバー２Ｂは、透明ガラスまたは透明樹脂によって構成されている。
　筐体２の一部を構成するケース２Ａは、当該スマートウォッチ１を装着したユーザーの身体の一部（具体的には、手首）に接触する底壁２ａと、該底壁２ａの四周から垂直に立ち上がる側壁２ｂとを備えており、側壁２ｂの一部には、モードを切り替えるなどの操作を行うためのプッシュボタン４，５が設けられている。
　ところで、当該スマートウォッチ１の筐体２の内部には、後述のようにプロセッサやＩＣチップ、バッテリなどの熱源１０（図２参照）が収容されているため、この熱源１０が発生する熱の一部が筐体２の一部（具体的には、ケース２Ａの底壁２ａ）を経て身体（手首）に伝わる。この場合、身体（手首）に伝わる熱の温度が体温以上、例えば、４４℃以上となると、ユーザーは、非常な不快感を覚えるという問題が発生することは前述の通りである。
　そこで、本発明においては、筐体２の内部に、熱源１０からユーザーの身体（手首）への熱伝導を遮断または抑制するための断熱構造を設けている。以下、その断熱構造の実施の形態について説明する。
　＜実施の形態１＞
　図２は第１発明の実施の形態１に係るスマートウォッチの筐体内部の構成を模式的に示す縦断面図であり、同図に示すように、筐体２の内部中央には、プロセッサやＩＣチップ、バッテリなどの熱源１０が収容されている。そして、本実施の形態では、筐体２の内部において、筐体２（ケース２Ａ）のユーザーの手首に接触する底壁２ａと熱源１０との間に、熱源１０が発生する熱のユーザーの手首への伝導を抑制するための平板状の断熱材１１が配置されている。この場合、断熱材１１は、筐体２（ケース２Ａ）の底壁２ａの内面全面に亘って配置されている。なお、断熱材１１としては、例えば、硬質ウレタンフォーム、硬質ポリスチレンフォーム、フェノールフォーム、アクリルフォームなどの発泡プラスチック系のものが好適に用いられる。
　以上の断熱構造を備えたスマートウォッチ１をユーザーが手首に装着して使用している状態において、熱源１０から発生する熱の一部のユーザーの手首への熱伝導は、断熱材１１による断熱効果によって抑制されるため、ユーザーが当該スマートウォッチ１を長時間に亘って身に付けていても、ユーザーが手首に不快感を覚えることがない。
　ここで、図１０に断熱材（厚さ３ｍｍ）とＳＵＳ板（厚さ１ｍｍ）に対する熱サイクル試験結果を示す。なお、図１０の横軸は経過時間（ｍｉｎ）、縦軸は温度（℃）であり、試験は、ペルチェ装置を用い、温度を３０°～５０℃の範囲で昇温と降温を所定の時間間隔で繰り返し、断熱材とＳＵＳ板の各表面温度を測定することによって行われた。
　図１０に示す試験結果から明らかなように、ＳＵＳ板は、図１０に破線Ｃにて示すように３０℃～５０℃の温度範囲で昇温と降温を繰り返すのに対して、断熱材の温度変化は、図１０に二点鎖線Ｂにて示すように３２．５℃～４４℃の範囲に抑えられる。
　したがって、例えば、筐体２のケース２Ａがステンレス鋼（ＳＵＳ）で構成されている場合において、本実施の形態のような断熱構造が設けられていないと、ユーザーは、手首に限界温度の４４℃を超える温度５０℃の熱を感じ、非常な不快感を覚えてしまう。
　これに対して、筐体２の内部において熱源１０とケース２Ａの底壁２ａとの間に断熱材１１を配置した断熱構造を備える本実施の形態に係るスマートウォッチ１においては、図１０に示す結果から明らかなように、熱源１０から断熱材１１及びケース２Ａの底壁２ａを経て伝導する熱量を小さく抑えることができるため、ユーザーが手首に限界温度４４℃未満の熱を感じることとなり、ユーザーは、非常な不快感を覚えることがない。
　また、本実施の形態に係る断熱構造は、筐体２内の熱源１１と底壁２ａとの間に断熱材１１を単に組み込むだけで簡単に構成されるため、当該スマートウォッチ１に高い組付性が確保される。
　＜実施の形態２＞
　次に、第１発明の実施の形態２を図３に基づいて以下に説明する。
　図３は第１発明の実施の形態２に係るスマートウォッチの筐体内部の構成を模式的に示す縦断面図であり、本図においては、図２において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
　本実施の形態は、前記実施の形態１における断熱構造において、断熱材１１と熱源１０との間に隙間δを形成し、この隙間δの部分に空気層１２を形成したことを特徴としており、他の構成は、前記実施の形態１と同じである。
　本実施の形態においては、断熱材１１と熱源１０との間に空気層１２を形成したため、該空気層１２が断熱層として機能する。このため、この空気層１２による断熱効果と断熱材１１による断熱効果とが相俟って熱源１０からユーザーの手首への熱伝導が一層効果的に抑制され、ユーザーに不快感を及ぼすことがないという効果が得られる。
　＜実施の形態３＞
　次に、第１発明の実施の形態３を図４に基づいて以下に説明する。
　図４は第１発明の実施の形態２に係るスマートウォッチの筐体内部の構成を模式的に示す縦断面図であり、本図においても、図２において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
　本実施の形態は、前記実施の形態１に係る断熱構造において、断熱材１１の熱源１０側の表面（上面）に熱拡散シート１３を配置したことを特徴としており、他の構成は、前記実施の形態１と同じである。ここで、熱拡散シート１３としては、グラファイトフィルムやアルミ箔、或いは両者の複合体などが好適に用いられる。
　本実施の形態においては、断熱材１１の熱源１０側の表面に熱拡散シート１３を配置したため、熱源１０が発生する熱の一部が筐体２内で放熱され、その放熱分だけ断熱材１１へと伝導する熱量が小さく抑えられる。このため、ユーザーが手首に感じる温度が低く抑えられ、ユーザーが手首に不快感を覚えることがない。
　＜実施の形態４＞
　次に、第１発明の実施の形態４を図５に基づいて以下に説明する。
　図５は第１発明の実施の形態４に係るスマートウォッチの筐体内部の構成を模式的に示す縦断面図であり、本図においても、図２～図４において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
　本実施の形態は、前記実施の形態３に係る断熱構造において、熱拡散シート１３と熱源１０との間に空気層１２を形成したことを特徴としており、他の構成は、前記実施の形態３において示した構成と同じである。
　本実施の形態によれば、熱拡散シート１３と熱源１０との間に空気層１２を形成したため、熱拡散シート１３の放熱効果と空気層１２及び断熱材１１の断熱効果とが相俟ってユーザーの身体への熱伝導が一層効果的に抑えられるという効果が得られる。
　［第２発明］
　次に、第２発明について説明するが、以下、第２発明に係るウェアラブルデバイスとして第１発明と同様に図１に示すスマートウォッチ１を例として説明する。したがって、ここではスマートウォッチ１の構成についての再度の説明は省略し、該スマートウォッチ１の蓄熱構造についての実施の形態についてのみ説明する。
　＜実施の形態１＞
　第２発明の実施の形態１を図６に基づいて以下に説明する。
　図６は第２発明の実施の形態１に係るスマートウォッチの筐体内部の構成を模式的に示す縦断面図であり、本図においても、図２において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
　本実施の形態は、筐体２の内部において、筐体２の人体（ユーザーの手首）に接触する底壁２ａと熱源１０との間に、熱源１０が発生する熱を蓄熱する蓄熱部材としての蓄熱フォーム１４を配置したことを特徴としており、他の構成は、第１発明の実施の形態１に係るスマートウォッチ１（図２参照）の構成と同じである。
　ここで、蓄熱フォーム１４は、融点以上の温度で液状化して蓄熱する潜熱蓄熱材料を含む部材であって、例えば、水分散アクリルエマルジョン樹脂に、蓄熱性粒子を攪拌混合し、機械発泡用バインダを作製し、この機械発泡用バインダをＰＥＴフィルムに塗布した後、ドライヤーで熱処理して硬化成形することによって得られる。なお、基材フォームには、ポリウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、メラミンフォーム、アクリルフォームなどが用いられ、バインダ樹脂には、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、塩化ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂などが使用される。また、潜熱蓄熱材料には、デカン酸メチルやデカン酸エチルなどの脂肪酸エステル、デカン、ウンデカン、ドデカンなどのアルカン（パラフィン）などが用いられる。なお、潜熱蓄熱材料は、固体から液体へと相変化する際に融解熱（潜熱）を吸収する一方、液体から固体へと相変化する際に凝固熱（潜熱）を放出する特性を有しており、本実施の形態においては、潜熱蓄熱材料には、融点が３７℃～３９℃、凝固点が３３℃～３５°のものが使用されている。
　なお、本実施の形態では、蓄熱部材として蓄熱フォーム１４を使用しているが、蓄熱部材として蓄熱シートを用いても良い。ここで、蓄熱シートは、粒子状の潜熱蓄熱材料を塩化ビニルなどの樹脂に均一に配合し、厚膜で塗工成形することによって得られる。
　以上のような蓄熱構造を備えるスマートウォッチ１をユーザーが手首に装着して使用している状態において、熱源１０から発生する熱によって筐体２の内部温度が蓄熱フォーム１４に含まれる潜熱蓄熱材料の融点である３７℃～３９℃を超えると、潜熱蓄熱材料が融解して液状化し、蓄熱フォーム１４は、融解熱（潜熱）を周囲から吸収して蓄熱する。このため、蓄熱フォーム１４が冷却手段として機能し、蓄熱フォーム１４による蓄熱によって筐体２内の温度上昇が抑えられ、筐体２（ケース２Ａ）の底壁２ａを経てユーザーの手首に伝導する熱量が小さく抑えられる。この結果、ユーザーが当該スマートウォッチ１を長時間に亘って身に付けていても、ユーザーが不快感を覚えることがない。
　ここで、図１０に蓄熱フォーム（厚さ３ｍｍ、融点３８℃）とＳＵＳ板（厚さ１ｍｍ）に対する熱サイクル試験結果を示す。この熱サイクル試験は、ペルチェ装置を用い、温度を３０°～５０℃の範囲で昇温と降温を所定の時間間隔で繰り返し、蓄熱フォームとＳＵＳ板の各表面温度を測定することによって行われた。
　図１０に示す試験結果から明らかなように、ＳＵＳ板は、図１０に破線Ｃにて示すように３０℃～５０℃の温度範囲で昇温と降温を繰り返すのに対して、蓄熱フォームの温度変化は、図１０に実線Ａにて示すように潜熱蓄熱材料の融点３８℃を中心として小さな振幅で推移し、蓄熱フォームの最大温度は、図１０に二点鎖線Ｂで示す断熱材の最大温度よりも低く抑えられる。
　したがって、例えば、筐体２のケース２ａがステンレス鋼（ＳＵＳ）で構成されている場合において、本実施の形態のような蓄熱構造が設けられていないと、ユーザーは、手首に限界温度の４４℃を超える温度５０℃の熱を感じ、非常な不快感を覚えてしまう。
　これに対して、筐体２の内部において熱源１０とケース２Ａの底壁２ａとの間に蓄熱フォーム１４を配置した蓄熱構造を備える本実施の形態に係るスマートウォッチ１においては、図１０に示す結果から明らかなように、熱源１０から蓄熱フォーム１４及びケース２Ａの底壁２ａを経て伝導する熱量を小さく抑えることができるため、ユーザーが手首に限界温度４４℃未満の熱を感じることとなり、ユーザーは、非常な不快感を覚えることがない。
　なお、スマートウォッチ１の不使用時においてユーザーが当該スマートウォッチ１を手首から取り外している状態において、当該スマートウォッチ１の温度が３３℃～３５℃の凝固点以下に下がると、蓄熱フォーム１４に含まれる潜熱蓄熱材料が固化（液体から固体へと相変化）し、蓄熱していた熱を放出するため、蓄熱フォーム１４は、初期の状態（蓄熱していない状態）に復帰する。或いはユーザーがスマートウォッチ１を手首に装着している状態で当該スマートウォッチ１の発熱が小さくなった場合は、ユーザーの体表温（３２℃～３３℃）によって潜熱蓄熱材料の温度が凝固点以下に下がると、同様に潜熱蓄熱材料が固化（液体から固体へと相変化）し、蓄熱していた熱を放出するため、蓄熱フォーム１４は、初期の状態（蓄熱していない状態）に復帰する。なお、融解熱や凝固熱は潜熱であるため、蓄熱フォーム１４は、蓄熱や放熱によって温度変化は殆んどしない。
　また、本実施の形態では、蓄熱フォーム１４が冷却手段として機能し、前述のように、該蓄熱フォーム１４への蓄熱によって筐体２の内部温度の上昇が抑えられるため、熱源１０を構成するプロセッサやＩＣチップ、バッテリなどの熱劣化が防がれてこれらの耐久性が高められるという効果が得られる。
　さらに、本実施の形態に係る蓄熱構造は、筐体２内の熱源１０とケース２Ａの底壁２ａとの間に蓄熱フォーム１４を単に組み込むだけで簡単に構成されるため、当該スマートウォッチ１に高い組付性が確保される。
　＜実施の形態２＞
　次に、第２発明の実施の形態２を図７に基づいて以下に説明する。
　図７は第２発明の実施の形態２に係るスマートウォッチの筐体内部の構成を模式的に示す縦断面図であり、本図においては、図６において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
　本実施の形態は、前記実施の形態１における蓄熱構造において、蓄熱フォーム１４と熱源１０との間に隙間δを形成し、この隙間δの部分に空気層１２を形成したことを特徴としており、他の構成は、前記実施の形態１と同じである。
　本実施の形態においては、蓄熱フォーム１４と熱源１０との間に空気層１２を形成したため、該空気層１２が断熱層として機能する。このため、この空気層１２による断熱効果と蓄熱フォーム１４による蓄熱効果とが相俟って熱源１０からユーザーの手首への熱伝導が一層効果的に防がれ、ユーザーに不快感を及ぼすことがないという効果が得られる。
　＜実施の形態３＞
　次に、第２発明の実施の形態３を図８に基づいて以下に説明する。
　図８は第２発明の実施の形態３に係るスマートウォッチの筐体内部の構成を模式的に示す縦断面図であり、本図においても、図６において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
　本実施の形態は、前記実施の形態１に係る蓄熱構造（図６参照）において、蓄熱フォーム１４の熱源１０側の表面（上面）に熱拡散シート１３を配置したことを特徴としており、他の構成は、前記実施の形態１と同じである。ここで、熱拡散シート１３としては、グラファイトフィルムやアルミ箔、或いは両者の複合体などが好適に用いられる。
　本実施の形態においては、蓄熱フォーム１４の熱源１０側の表面（上面）に熱拡散シート１３を配置したため、熱源１０が発生する熱の一部が筐体２内で放熱され、その放熱分だけ蓄熱フォーム１４へと伝導する熱量が小さく抑えられる。また、熱拡散シート１３によって熱源１０の熱が分散され、その熱の一部が蓄熱熱フォーム１４に吸熱されるため、スマートウォッチ１が局所的に熱くなることがない。このため、ユーザーが手首に感じる温度が低く抑えられ、ユーザーが手首に不快感を覚えることがない。
　＜実施の形態４＞
　次に、第２発明の実施の形態４を図９に基づいて以下に説明する。
　図９は第２発明の実施の形態４に係るスマートウォッチの筐体内部の構成を模式的に示す縦断面図であり、本図においては、図８において示したものと同一要素には同一符号を付しており、以下、それらについての再度の説明は省略する。
　本実施の形態は、前記実施の形態３に係る蓄熱構造において、熱拡散シート１３と熱源１０との間に空気層１２を形成したことを特徴としており、他の構成は、前記実施の形態３において示した構成と同じである。
　本実施の形態によれば、熱拡散シート１３と熱源１０との間に空気層１２を形成したため、熱拡散シート１３の放熱効果と空気層１２の断熱効果及び蓄熱フォーム１４の蓄熱効果とが相俟ってユーザーの身体への熱伝導が一層効果的に抑えられるという効果が得られる。
　なお、第２発明の実施の形態１～４においては、蓄熱部材として蓄熱フォーム１４を用いた場合について説明したが、蓄熱部材として蓄熱シートを用いた場合においても前記と同様に構成することによって同様の効果が得られる。
　ところで、以上の実施の形態において例示したスマートウォッチを含むウェアラブルデバイスの小型化、薄肉化、内部の狭小化に伴い、断熱材や蓄熱フォーム（蓄熱シート）を含めた実装部品にも薄型化が求められている。そのため、本発明で使用する断熱材としても、厚さの薄いものを使用することが望ましい。断熱材の厚さとしては、上限値が５ｍｍ以下、４ｍｍ以下若しくは３．５ｍｍ以下が望ましく、下限値が０．０１ｍｍ以上、０．１ｍｍ以上若しくは０．５ｍｍ以上が望ましい。
　一方、断熱材は、一般的に、その厚さが薄くなるとその断熱効果が低下する傾向にある。
　ところが、同じ厚さである場合、断熱機能と蓄熱機能を兼備する蓄熱フォームや蓄熱シートの方が、断熱機能のみを備える断熱材（発泡プラスチック系フォームや空気層）よりも、ウェアラブルデバイスに要求されるレベルの断熱効果を発揮し易く、結果的に人体に不快感を与えにくい。このことは、図１０に示す熱サイクル試験からも理解することができる。
　そのため、厚さの薄い断熱材の使用が求められるウェアラブルデバイスにおいては、前記断熱材のうち、蓄熱フォームや蓄熱シートなどの蓄熱部材を使用することが、薄型であっても人体に不快感を与えにくいという点で、発泡プラスチック系フォームや空気層などの断熱材を使用するよりも好適である。
なお、以上の実施の形態では、図１０に結果を示す熱サイクル試験を厚さが共に３ｍｍの蓄熱フォームと断熱材に対して行ったが、この試験結果に鑑みれば、蓄熱フォームや蓄熱シートの厚さを３ｍｍよりも薄くした場合であっても、ウェアラブルデバイスに最適な断熱性能を担保することができるものと思われる。
　上記観点から、断熱材として蓄熱フォームや蓄熱シートなどの蓄熱部材を使用する場合、その厚さは、より好ましくは、上限値が３ｍｍ以下、２ｍｍ以下若しくは１．５ｍｍ以下、下限値が０．０１ｍｍ以上、０．０５ｍｍ以上若しくは０．１ｍｍ以上であることが望ましい。
　ところで、以上は本発明をウェアラブルデバイスの一形態としてのスマートウォッチに対して適用した形態について説明したが、本発明は、その他の任意のウェアラブルデバイス、例えば、スマートグラス、スマートイヤホン、スマートキャップ、スマートリング、スマートウェアなどに対しても同様に適用可能である。
　その他、本発明は、以上説明した実施の形態に適用が限定されるものではなく、特許請求の範囲及び明細書と図面に記載された技術的思想の範囲内で種々の変形が可能であることは勿論である。
　１　　　　スマートウォッチ（ウェアラブルデバイス）
　２　　　　筐体
　２Ａ　　　ケース
　２ａ　　　ケースの底壁
　２ｂ　　　ケースの側壁
　２Ｂ　　　カバー
　３　　　　バンド
　４，５　　プッシュボタン
　１０　　　熱源
　１１　　　断熱材
　１２　　　空気層
　１３　　　熱拡散シート
　２４　　　蓄熱フォーム（蓄熱部材）
　δ　　　　隙間

Claims (10)

  1. 　人体に装着可能な筐体の内部に少なくとも熱源を収容して構成されるウェアラブルデバイスであって、
    　前記筐体の内部において、前記筐体の前記人体に接触する壁と前記熱源との間に、前記熱源が発生する熱の前記人体への伝導を抑制する断熱材を配置したことを特徴とするウェアラブルデバイス。
  2. 　前記断熱材と前記熱源との間に空気層を形成したことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブルデバイス。
  3. 　前記断熱材の前記熱源側の表面に熱拡散シートを配置したことを特徴とする請求項１に記載のウェアラブルデバイス。
  4. 　前記熱拡散シートと前記熱源との間に空気層を形成したことを特徴とする請求項３に記載のウェアラブルデバイス。
  5. 　人体に装着可能な筐体の内部に少なくとも熱源を収容して構成されるウェアラブルデバイスであって、
    　前記筐体の内部において、前記筐体の前記人体に接触する壁と前記熱源との間に、前記熱源が発生する熱を蓄熱する蓄熱部材を配置したことを特徴とするウェアラブルデバイス。
  6. 　前記蓄熱部材は、融点以上の温度で液状化して蓄熱する潜熱蓄熱材料を含む蓄熱フォームまたは蓄熱シートであることを特徴とする請求項５に記載のウェアラブルデバイス。
  7. 　前記潜熱蓄熱材料として、融点が３７℃～４４℃、凝固点が３２℃～４０℃のものを用いることを特徴とする請求項６に記載のウェアラブルデバイス。
  8. 　前記蓄熱部材と前記熱源との間に空気層を形成したことを特徴とする請求項５～７の何れかに記載のウェアラブルデバイス。
  9. 　前記蓄熱部材の前記熱源側の表面に熱拡散シートを配置したことを特徴とする請求項５～７の何れかに記載のウェアラブルデバイス。
  10. 　前記熱拡散シートと前記熱源との間に空気層を形成したことを特徴とする請求項９に記載のウェアラブルデバイス。
PCT/JP2022/038149 2021-10-25 2022-10-13 ウェアラブルデバイス WO2023074380A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2023556305A JPWO2023074380A1 (ja) 2021-10-25 2022-10-13
JP2024023563A JP2024069236A (ja) 2021-10-25 2024-02-20 ウェアラブルデバイス

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021-174179 2021-10-25
JP2021174179 2021-10-25

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2023074380A1 true WO2023074380A1 (ja) 2023-05-04

Family

ID=86158008

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2022/038149 WO2023074380A1 (ja) 2021-10-25 2022-10-13 ウェアラブルデバイス

Country Status (2)

Country Link
JP (2) JPWO2023074380A1 (ja)
WO (1) WO2023074380A1 (ja)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0536892U (ja) * 1991-10-15 1993-05-18 三菱電機株式会社 電子機器の放熱構造
JP2014229654A (ja) * 2013-05-20 2014-12-08 富士重工業株式会社 電子機器の収容ケース
WO2017073010A1 (ja) * 2015-10-27 2017-05-04 ソニー株式会社 電子機器
JP2017108235A (ja) * 2015-12-08 2017-06-15 コニカミノルタ株式会社 ウェアラブルデバイス
WO2021070562A1 (ja) * 2019-10-07 2021-04-15 富士フイルム株式会社 積層体、電子デバイス

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0536892U (ja) * 1991-10-15 1993-05-18 三菱電機株式会社 電子機器の放熱構造
JP2014229654A (ja) * 2013-05-20 2014-12-08 富士重工業株式会社 電子機器の収容ケース
WO2017073010A1 (ja) * 2015-10-27 2017-05-04 ソニー株式会社 電子機器
JP2017108235A (ja) * 2015-12-08 2017-06-15 コニカミノルタ株式会社 ウェアラブルデバイス
WO2021070562A1 (ja) * 2019-10-07 2021-04-15 富士フイルム株式会社 積層体、電子デバイス

Also Published As

Publication number Publication date
JP2024069236A (ja) 2024-05-21
JPWO2023074380A1 (ja) 2023-05-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20110255244A1 (en) Self-cooling electrical device
US10772236B2 (en) Heat dissipation device and method, and electronic device
US7324340B2 (en) Conductive cooling pad for use with a laptop computer
JP2018531441A (ja) ヒートシンクとしてリストバンドを使用することによるウェアラブルデバイスのための熱に関する解決策
US6222114B1 (en) Portable wrist device
JPWO2008126444A1 (ja) 放熱構造、及び携帯機器
US20040211189A1 (en) Personal heat control device and method
TWI658779B (zh) 用於改善行動裝置熱效能的熱屏蔽罐與方法
JP2009123769A (ja) 断熱シート及び筐体
US10606083B2 (en) Perspiration dissipating support assembly for head-mounted display devices
JP6392015B2 (ja) 電子機器
WO2023074380A1 (ja) ウェアラブルデバイス
TW201240591A (en) Portable electronic device and manufacturing method of casing for the same
JP2014220371A (ja) 放熱部材および電子機器
JP2008025052A (ja) 電子冷暖房服
US7708009B1 (en) Reusable personal heating system
JP3242612U (ja) 充電装置
CN210781807U (zh) 一种相变手机壳及相变贴片
EP1660822A1 (en) Personal heat control device and method
JP2023073981A (ja) 電池と保護モジュールを備える電子デバイス
EP3117174B1 (en) Skin material design to reduce touch temperature
US20190086158A1 (en) Cooling Sticker For Cooling Hot Spots In Cellular Telephones
JP3228763U (ja) 持続冷感帽子
JP5842798B2 (ja) 電子機器
JP2017028039A (ja) 電子機器および撮像装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 22886709

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2023556305

Country of ref document: JP