(57)【要約】【課題】静電誘導発電器付き電子時計などの発電装置において装置外部からの充電を可能にした発電装置、それを備えた時計、及び充電システムを提供する。【解決手段】ハウジングと、ハウジングに対して相対運動する錘と、錘の運動による動力に基づいて発電する発電機構と、発電機構で発生した電力が充電される電池と、錘の運動による動力を発電機構に伝達する動力伝達機構と、を有し、錘又は動力伝達機構の少なくとも一方は、ハウジング内に備えられると共に、ハウジングの外部から印加される磁場によって作動する磁力結合部材が設けられていることを特徴とする発電装置。【選択図】図４
2018159571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、
前記ハウジングに対して相対運動する錘と、
前記錘の運動による動力に基づいて発電する発電機構と、
前記発電機構で発生した電力が充電される電池と、
前記錘の運動による動力を前記発電機構に伝達する動力伝達機構と、を有し、
前記錘又は前記動力伝達機構の少なくとも一方は、前記ハウジング内に備えられると共に、前記ハウジングの外部から印加される磁場によって作動する磁力結合部材が設けられていることを特徴とする発電装置。
【請求項２】
前記発電機構は、
前記ハウジングに対して回転自在な回転部材と、
前記ハウジングに固定された対向基板と、
前記回転部材と前記対向基板の両者のいずれか一方に設置された帯電膜と、
前記両者のうちの他方に、前記帯電膜に対向して設置された対向電極と、を有し、
前記錘又は前記動力伝達機構の少なくとも一方の作動により、前記帯電膜と前記対向電極との間で電力を発生させることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記ハウジングは、非磁性体の裏蓋を有し、該裏蓋を通して外部から磁場が印加されることを特徴とする請求項１又は２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記動力伝達機構は歯車輪列であり、該歯車輪列を構成する歯車の内、少なくとも１つは非磁性体であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項５】
前記動力伝動機構がワンウェイクラッチ又はツウウェイクラッチを含むことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項６】
前記錘は前記ハウジングに対して回転自在な回転錘であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の発電装置。
【請求項７】
前記回転錘が扇形であり、前記ハウジングの外部から磁場が印加されると揺動運動することを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
【請求項８】
前記回転錘の回転軸と重心位置とを結んだ線上に磁力結合部材を備え、前記回転錘が非磁性材料であることを特徴とする請求項６又は７に記載の発電装置。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載の発電装置を備えることを特徴とする時計。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか一項に記載の発電装置と、前記錘又は前記動力伝達機構の少なくとも一方が作動するように前記ハウジングの外部から磁場を印加する外部充電機と、からなる充電システム。
【請求項１１】
前記外部充電機が、Ｓ極とＮ極を回転軸に関し概ね対称に設けた回転体と、回転体を回転又は揺動させるモータとを有することを特徴とする請求項１０に記載の充電システム。
【請求項１２】
前記外部充電機が、少なくとも二個の電磁石を有し、二個の前記電磁石への印加を、一方がＯＮの時は他方がＯＦＦとなるように制御したことを特徴とする請求項１１に記載の充電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電誘導発電器付き電子時計などの発電装置において装置外部からの充電を可能にした発電装置、それを備えた時計、及び充電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
電磁誘導式による自動巻き発電時計は良く知られている。このような磁界で発電する時計が、時計売り場などで２次電池の充電容量が減少したとき、外部より磁場を印加して急速充電を行うことは、特許文献１に開示されている。
【０００３】
一方、近年エレクトレット材料による静電誘導を利用した実用的発電装置が、特許文献２、３に開示されているように、開発されてきている。静電誘導とは、帯電した物体を導体に接近させると、帯電した物体とは逆の極性の電荷が引き寄せられる現象のことである。静電誘導現象を利用した発電装置とは、「電荷を保持する膜」（以下、帯電膜という）と「対向電極」を配置した構造において、この現象を利用して、両者を相対移動させて誘導された電荷を取り出す発電のことである。エレクトレット材料による場合を例にとると、エレクトレットは、誘電体に電荷を打ち込んだものであり、半永久的に静電場を発生させるものである。このエレクトレットによる発電では、エレクトレットと対向電極とを近接させ、エレクトレットにより形成される静電場によって対向電極に誘導電荷が生じ、エレクトレットと対向電極の重なりの面積を変化（振動等）させれば、外部電気回路において交流電流として取り出すことができる。このエレクトレットによる発電は、構造が比較的簡単で、電磁誘導によるものより、低周波領域において高い出力が得られ有利であって、近年いわゆる「環境発電（Energy Harvesting）」として注目されている。
【０００４】
磁界で発電する時計は時計売り場などで２次電池の充電容量が減少したとき、外部より磁場を印加して急速充電を行うことが可能である。しかしながら、エレクトレットによる発電は、電磁誘導式発電時計とは異なり、電場で発電しているため、外部から磁場を印加しても発電しないという、エレクトレット発電時計に特有の事情がある。また、外部から正電場を印加しても時計部材が金属であるため、発電部に電場を印加することが難しいばかりでなく、仮に基材を金属製にして直接回そうとしても、配置上の理由（回転体が筐体から遠い位置にある、ガラスエポキシ基板がある等）により直接回すことは困難であった。
【０００５】
このため、エレクトレット発電時計においては、急速充電しようとしても、急速充電することができなかった。さらに、従来からよく知られたウォッチワインダーのように、時計自体を回転させて回転錘を回転しエレクトレットを回転させて充電する機構では、ウォッチワインダーが動作中は時計の視認が困難であるとともに、充電に余りにも時間がかかり過ぎて役に立たなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平０９−１０５７８６号公報
【特許文献２】特開２０１３−５９１４９号公報
【特許文献３】特開２０１３−１３５５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記課題を解決するために、静電誘導発電器付き電子時計などの発電装置において装置外部からの充電を可能にした発電装置、それを備えた時計、及び充電システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ハウジングと、前記ハウジングに対して相対運動する錘と、前記錘の運動による動力に基づいて発電する発電機構と、前記発電機構で発生した電力が充電される電池と、前記錘の運動による動力を前記発電機構に伝達する動力伝達機構と、を有し、前記錘又は前記動力伝達機構の少なくとも一方は、前記ハウジング内に備えられると共に、前記ハウジングの外部から印加される磁場によって作動する磁力結合部材が設けられていることを特徴とする発電装置である。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態を示す模式的断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態の対向電極２と帯電膜３のパターンを示す図である。
【図３】本発明の第１実施形態の裏蓋４２における断面平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態の充電システムを説明するための模式的側面図である。
【図５】本発明の第１実施形態の外部充電機を示す斜視図である。
【図６】時計内部の概略レイアウトである。
【図７】本発明の第２実施形態の裏蓋４２における断面平面図である。
【図８】本発明の第２実施形態の充電システムを説明するための模式的側面図である。
【図９】本発明の第２実施形態の外部充電機を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第２実施形態の充電システムの作動を示す説明図である。
【図１１】ワンウェイクラッチの一例を説明する説明図である。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は、側方断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態の裏蓋４２における断面平面図である。
【図１３】（ａ）は、本発明の第３実施形態の充電システムを示す模式的側面図であり、（ｂ）は、第３実施形態の外部充電機を示す斜視図である。
【図１４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３実施形態の充電システムの作動を示す説明図である。
【図１５】ツーウェイクラッチの一例を説明する説明図である。（ａ）は、入力軸の歯車１５が図面上で反時計回りの場合を示す図であり、（ｂ）は、入力軸の歯車１５が図面上で時計回りの場合を示す図である。
【図１６】（ａ）は、本発明の第４実施形態の充電システムを示す模式的側面図であり、（ｂ）は、第４実施形態の外部充電機を示す斜視図である。
【図１７】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４実施形態の充電システムの作動を示す説明図である。
【図１８】本発明の第５実施形態の充電システムを示す模式的側面図である。
【図１９】本発明の第５実施形態の外部充電機を示す斜視図である。
【図２０】本発明の第５実施形態の磁力印加部の出力磁界パターンを示す。
【図２１】本発明の第５実施形態の充電システムの作動を示す説明図である。
【図２２】本発明の第５実施形態の充電システムを示すブロック図である。（ａ）は発電装置であり、（ｂ）は、外部充電機である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、各図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。各実施態様について、同一構成の部分には、同一の符号を付してその説明を省略する。以下の各実施形態では、腕時計で実施形態を説明するが、必ずしも腕時計に限定されるものではない。携帯用の静電誘導発電器付き電子電気機器であれば、本発明が適用可能なものである。
【００１１】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る発電装置１００を示す模式的断面図である。図２は、本発明の第１実施形態に係る発電装置１００の対向電極２と帯電膜３のパターンを示す図である。図３は、本発明の第１実施形態に係る発電装置１００の裏蓋４２で切断したときの断面平面図である。図４は、本発明の第１実施形態の充電システムを説明するための模式的側面図である。（「模式的」とは、分かり易く明示するために、一部点線にすべきところを実線で表記している点を指す。以下の図８、１３、１６、１８においても同様である。）。図５は、本発明の第１実施形態の充電システムを示す説明図である。図６は、時計内部の概略レイアウトである。図１の断面図において、風防２４側を上部、上側、上方といい、裏蓋４２側を下部、下側、下方と称す。
【００１２】
以下、第１実施形態を、各図面を参照して説明する。
本実施形態は、腕時計など携帯用電子時計に適用した場合の実施形態である。携帯用電子時計は、風防２４を含む外装ケーシング４１、４２（裏蓋４２、外装ケーシングもハウジングに含むものとしてもよい）と、文字盤２５と、ハウジング３３、３４と、このハウジング３３、３４内に配置されたクオーツムーブメントと、ハウジング３３、３４内に配置された静電誘導発電器とを有している。風防２４は、パッキン４３を介して外装ケーシング４１に嵌め込まれている。風防２４は、透明材料で形成されている。ハウジング３３、３４は、以下において腕時計の場合によくつかわれる呼称、すなわち、地板３３、受け板３４として説明する。地板３３は、ハウジングの一種であって、様々なパーツを組み込む土台、支持板、内装ケーシングなどを意味している。また、受け板３４とは、回転体の軸を支えたり、部品を固定・保持する役割を果たす場合に良くつかわれる用語である。
【００１３】
クオーツムーブメントは、ここでは、水晶振動子と、回路基板５と、ステップモータ３５と、歯車駆動部２１と、２次電池２２などを含むものとして定義される。回路基板５には、発振回路、分周回路、ステップモータ３５の駆動回路、整流回路、電源回路などが組み込まれている。図６は、時計内部構造の概略図を示している。図６の符号１４は、静電誘導発電器（エレクトレット発電器）と同軸の軸８に設置された歯車を表す。符号２７は、リュウズ２８がねじ込まれた巻き芯２７を示し、符号３７はリュウズ２８による切り換え手段を示している。図１にみられるように、歯車駆動部２１からは、指針軸が文字盤２５の上方に突き出て、時針、分針、秒針（秒針図示せず）などの指針２３が取り付けられている。運針用のステップモータ３５の代わりに、磁力で駆動しない静電モータ、圧電モータを使用することもできる。この場合には、後述する外部充電機の磁場の影響を受けない。
【００１４】
次に、図１を参照して静電誘導発電器の構成について述べる。
軸８には回転部材４が固定されている。回転部材４の下面には帯電膜３が配置されている。一方、帯電膜３に対向するように、上部表面に対向電極２が配置された対向基板１が、地板３３に設置固定されている。なお、回転部材４の下面に、帯電膜３の代わりに、対向電極２を設置し、対向基板１の上面に、対向電極２の代わりに、帯電膜３が設置しても良い。クオーツムーブメントの回路基板５も、対向基板と同様に地板３３に設置固定されている。
【００１５】
回転部材４が回転すると、静電誘導発電が引き起こされ、帯電膜３と対向電極２間で発生した電力を、回路基板５に出力する。回転部材４の下面には帯電膜３が配置され、帯電膜３に対向するように、対向電極２が配置されている。本実施形態では、上部から下部に向かって、文字盤２５、地板３３、回転部材４、帯電膜３、対向電極２、対向基板１、受け板３４の順序で配置されている。
【００１６】
回転部材４、及び、その下面の帯電膜３は、図２に示すように、それぞれ、放射状に形成され、放射状の各一片との間にはブランク部（透し孔、貫孔）が形成されている。軸８は、地板３３、受け板３４に設けられたそれぞれ設けた上下耐震装置（一例としてパラショック）などの軸受５０で軸支されている。軸８は、軸受５０で軸支されるとともに、対向基板１を貫通して、受け板３４において、軸受５０で軸支されている。回転錘１７は腕の動きなどを捉えて回転する。軸８の対向基板１の下側において、軸９に固定された回転錘１７から軸８への歯車伝動機構として、軸９に固定された歯車１５と、軸８に固定された歯車１４とが設けられている。なお、本実施形態では、軸９に固定された回転錘１７から軸８への歯車伝動機構が設けられているが、これを省略して、回転錘１７は、軸９ではなく、直接軸８に回転錘１７を取り付けても良い。
【００１７】
回転錘１７の回転を歯車伝動により増速させて軸８を回転させると、回転部材に設置された帯電膜（エレクトレット膜）３を、地板上に静止した対向電極２に対して、増速回転させることができる。帯電膜３と対向電極の回転数が高まると、発電効率を上昇させることができる。なお、歯車伝動機構としては、２枚の歯車に限らず、３枚以上の歯車列を構成しても良い。特殊歯車、カム、リンク、ワンウェイクラッチ（一方向クラッチ）、ツーウェイクラッチ等を途中に介在させたものも、ここでの歯車伝動機構に含まれる。軸９は、ここでは、受け板３４にベアリング１６を介して軸支されている。軸９の軸支については、地板３３と受け板３４で軸支することも可能である。
【００１８】
軸９に固定された回転錘１７から軸８への歯車伝動機構としては、機械式腕時計においてこれまで公知の自動巻きの回転駆動技術を転用することが可能である。たとえば、腕の運動などの振動による、軸９に固定された回転錘１７の正逆両方向の回転を、歯車伝動機構に内在した変換クラッチ機構によって、常に一方向の回転に変換するようにすれば、発電効率を一層高めることができる。このような変換クラッチ機構は、ツーウェイクラッチ機構として機械式自動巻き腕時計の公知技術として、よく知られているので、これらの公知技術などを適用することが可能である。また、回転錘１７による軸９の回転や揺動の正逆一方向のみを、ワンウェイクラッチで軸８に伝動しても良い。以上述べた回転部材４と回転錘１７との歯車伝動機構は、以下に述べる実施形態においても適宜適用することができる。ワンウェイクラッチ、ツーウェイクラッチの一例は、後述する。
【００１９】
続いて、本実施形態の詳細について以下に説明する。
本発明で帯電膜として用いられるエレクトレット材料には、帯電しやすい材料を用い、例えばマイナスに帯電する材料としてはシリコン酸化物（ＳｉＯ2）や、フッ素樹脂材料などを用いる。具体的には一例としてマイナスに帯電する材料として旭硝子製のフッ素樹脂材料であるＣＹＴＯＰ（登録商標）などがある。
【００２０】
さらに、その他にもエレクトレット材料としては、高分子材料としてポリプロピレン（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）、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）などがあり、無機材料としては前述したシリコン酸化物（ＳｉＯ2）やシリコン窒化物（ＳｉＮ）なども使用することができる。その他、周知の帯電膜を使用することができる。
【００２１】
図２を参照して、帯電膜３と対向電極２を説明する。
帯電膜３（エレクトレット膜）の内面には、負電荷が保持されているので、対向電極２には、静電誘導により正電荷が引き寄せられる。対向基板１に設けられた対向電極２、回転部材４に設けられた帯電膜３は、図２に示すようなパターンである。対向電極２および帯電膜３において、中心から等しい角度の放射部２’、３’が等間隔で形成されている。このパターンでは、放射部３’、３’相互間はそれぞれブランク部（透し孔）となっている。一方、対向基板１上の対向電極２については、対向電極２の放射部２’を、１つおきにそれぞれ独立させ、とびとびに接続配線した放射部２’を、２端子としてそれぞれ整流回路２０の入力側に接続させている。図２の上部の帯電膜３のパターンは、出力端子が不要となっている。（特許文献３の図９、１０の実施例の原理説明を参照。特許文献３を引用補充する。）この場合には、静止する対向基板１上の対向電極２のみから電流を取り出せばよいので、回転する回転部材の電気的接続が不要になって便利である。
【００２２】
回転錘１７によって、軸８に固定された回転部材４が回転すると、帯電膜（エレクトレット膜）３と対向電極２間との重なり面積が増減し、対向電極２に引き寄せられる正電荷が増減して、飛び飛びの接続した片方の対向電極２の放射部２’（第１放射部２’）と、他方の対向電極２の放射部２’（第２放射部２’）との間に交流電流を発生させる。第１、第２放射部２’、２’間の電流を、出力部として、整流回路２０を通し直流変換して、クオーツムーブメントに出力させるものである。
【００２３】
整流回路２０は、ブリッジ式であり、４個のダイオードを備え、入力側には、第１、２放射部２’、２’がそれぞれ接続されている。出力側には平滑回路を介して、所定電圧に変換する図示しない電源回路が接続されており、この直流変換された発電電流は、クオーツムーブメントに電力として供給されるとともに、２次電池２２に蓄電される。本実施形態における帯電膜および対向電極は放射形状にパターニングされていたが、対向基板１、回転部材４に対して相対回動したときに、重なり面積が周期的に増減するのであれば、他の形状にパターニングされていても良い。
【００２４】
また、帯電膜３および対向電極２は、図２のパターンに限定されるものではなく、帯電膜３の配置を図２の上側と同じにして、下側の対向電極２を、帯電膜３の配置と同じように、放射部２’、２’を飛び飛びに配置して、放射部２’、２’の相互間には電極が設けないようにしても良い。この場合には、回転部材４の下面の帯電膜３は、導電部材の軸８に電気接点を介して接続されて、１端子として出力する。一方、対向基板１の対向電極２も、飛び飛びの放射部２’が全て連結されて、外周側の電極部から１端子として出力が取り出される。両出力端子は、整流回路２０に接続される。
【００２５】
次に、本実施形態における、外部充電を可能にした発電装置１００と、外部充電機１０１からなる充電システムについて述べる。まず、外部充電を可能にした発電装置１００から述べる。
【００２６】
本実施形態においては、発電装置１００は、図１に示すように、腕時計などの携帯用電子時計に適用したエレクトレット発電時計である。本実施形態のエレクトレット発電時計は、急速充電するために、回転錘１７の一部に磁場で外部と磁力結合して連動できる磁力結合部材（強磁性体、軟磁性体）を設け、外部から磁場を、回転させながら印加することによって回転錘１７が回転し、帯電膜３（エレクトレット）を有する回転部材４が回転して発電できるようにしている。
【００２７】
磁性体には、強磁性体、常磁性体、反磁性体の３種がある。これらを大雑把に定義すれば、強磁性体とは磁界を取り除いても磁石の性質が残るものを指し、外部磁場がない時は磁性を持たないものが、常磁性体である。反磁性体とは、磁場とは逆向きに磁化されるものをいう。強磁性体の中でも比較的簡単に磁極が消えたり反転したりする磁性体は、軟磁性体（鉄、パーマロイなど）と呼ばれ、そうでないものは硬磁性体（永久磁石など）と呼ばれる。非磁性体とは、その物質が磁化されないものを指す。例えば、チタン、ステンレス、ゴム、プラスチック、布などが代表例である。
【００２８】
図３にみられるように、図１のエレクトレット発電時計１００の裏蓋４２を外すと、回転錘１７が露出する。回転錘１７は、本実施形態では円板に形成されている。ここでは、円板は、磁力結合部材に相当し、パーマロイなどの保磁力の小さい軟磁性体で構成されているが、磁力結合部材は、強磁性体や常磁性体であっても良い。軟磁性体や常磁性体で磁力結合部材を形成すると、ステップモータ３５への影響がないため好ましい。磁場の影響を避けるために、磁場から保護すべき部材の周りには耐磁板を設置して磁場を遮蔽することも一案である。
【００２９】
本実施形態では、回転錘１７は、円板に形成したが、これに限定されるものではなく任意の形状でよい。円板の一部が欠けた形状、扇形、半月形の場合は片錘を形成する上で好都合である。１１は片錘である。強磁性体、軟磁性体は比重が小さいので片錘として機能させるには円板１０、片錘１１が大型になってしまう。このため、片錘１１としては、円板１０と一体に形成するよりは、タングステン、鉛のような常磁性体を円板１０に取り付けた方がよい。
【００３０】
外部から磁場を回転させながら印加することによって回転錘１７を回転させる必要があるので、裏蓋４２は、磁場が通過しやすい材料で形成されていることが必要である。このため、裏蓋４２は、非磁性体（真鍮、アルミ、ガラス、セラミックなど）で形成されていることが好ましい。
【００３１】
次に、図４を参照して、外部充電機１０１を説明し、発電装置１００と外部充電機１０１からなる充電システムについて述べる。図４は、外部充電機１０１の内部がわかるように模式的に表示している。
【００３２】
外部充電機１０１は、磁力回転部１０３と、それを回転させる回転駆動モータ１０２を有している。磁力回転部１０３には、本実施形態では、少なくとも１対のＮ極とＳ極（永久磁石）が、回転軸Ｏ2の周りに設けられている。Ｎ極とＳ極の組は１対に限らず複数であっても良い。
【００３３】
本実施形態の充電システムは、次のように作動される。
回転駆動モータ１０２が回転すると、磁力回転部１０３の１対のＮ極とＳ極が、回転軸Ｏ2の周りに回転する。エレクトレット発電時計１００（発電装置）が、図５の溝Ｕをガイドにして、図４のように外部充電機１０１に載置される。この時、Ｕ溝に合わせて発電時計１００を載置すると、回転錘の回転軸Ｏ1と磁力回転部１０３のＯ2が概ね同軸になるように設定されている。回転錘の回転軸Ｏ1と磁力回転部１０３のＯ2が同軸になるにするためには、Ｕ溝以外にも、目印、各種載置形状に合わせた枠型、逆ネジ作動の把持爪対などを設けて芯出ししても良い。
【００３４】
裏蓋４２は、磁場が通過する非磁性材で形成されているので、図３の回転錘１７の軟磁性材の円板１０には、磁力回転部１０３の１対のＮ極とＳ極のそれぞれに対応して、Ｓ極、Ｎ極が発生し、磁力回転部１０３のＮ極とＳ極と、円板１０のＳ極とＮ極とがそれぞれ吸引する。磁力回転部１０３のＮ極とＳ極が回転すると、回転錘１７の円板１０を連れ回りさせる。回転駆動モータ１０２の回転数は、磁力回転部１０３と円板１０とが脱調しないように、うまく同期して連れ回りするような回転数を選定する。
【００３５】
本実施形態の回転錘１７は回転部材４と兼用することもできる。この場合には、下面に帯電膜３が配置されている回転部材４に、片錘１１を設置し、回転部材４の中央などを磁力結合部材からなる軟磁性体にする（全体を磁性体にしても良い）。この場合にも、外部充電機１０１の磁力回転部１０３の回転により、回転部材４を回転させることができる。
【００３６】
本実施形態によれば、時計売り場などで２次電池２２の充電容量が減少したとき、時計を振ったり、リューズを巻いて発電する必要がなくなり、外部充電機１０１により外部より磁場を印加して、外部充電機１０１に急速充電を行うことが可能となる。回転錘１７が、片錘１１のついた円板の場合には、円板が時計全面を裏側から覆って耐磁板となるため、回転錘全面に外部磁界をかけても、運針用モータに影響が出ない。
【００３７】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態の裏蓋４２で切断したときの断面平面図である。図８は、本発明の第２実施形態の充電システムを説明するための模式的側面図である。図９は、本発明の第２実施形態の外部充電機を示す斜視図である。図１０は、本発明の第２実施形態の充電システムの作動を示す説明図である。図１１は、ワンウェイクラッチの一例を説明する説明図である。（ａ）は平面図であり、（ｂ）は、側方断面図である。図６は、本実施態様の内部概略レイアウトでもある。
【００３８】
第２実施形態では、外部充電機１０１が、軸９を有する回転錘１７ではなく、歯車伝動機構の１つの歯車１４を回転させるようにした実施形態である。この１つの歯車１４は、軸９に固定された回転錘１７から回転部材４の軸８へ至る、歯車伝動機構に含まれる歯車である。本実施形態では、外部充電機１０１が回転させる歯車は歯車１４であるが、これに限定されるものではなく、回転錘１７から回転部材４の軸８へ至る歯車伝動機構のいずれであっても良い。
【００３９】
本実施形態では、図７に示すように、好ましくは、回転錘１７は扇形である。外部充電機１０１が回転させる対象が、歯車１４であり、歯車１４が、磁力結合部材に相当し、パーマロイなどの保磁力の小さい軟磁性体で構成されている。回転錘１７は扇形であれば、回転錘１７を介在させることなく、外部から磁場を回転させながら印加することによって、歯車１４を回転させることができるためである。
ここで、歯車伝動機構における磁力結合性を有する歯車１４以外の歯車は、非磁性体にすることが好ましい。これにより、外部充電機１０１から伝達される動力の影響を受けなくなり、歯車同士の磁気的な干渉がなくなるため、外部充電機１０１から歯車伝動機構へ伝達される動力伝達効率を高めることができる。
【００４０】
第２実施形態には、次のような特徴を有している。第２実施形態においても、第１実施形態と同様な外部充電機１０１を有しているが、図８にみられるように、エレクトレット発電時計１００（発電装置）を載置する、外部充電機１０１’の時計の載置面は、水平面に対して傾斜している。そして、磁力回転部１０３と、それを回転させる回転駆動モータ１０２は傾斜面の上部に設置されている。図８に示すように、エレクトレット発電時計１００内部の回転錘１７は、自重によって下方向に来るので（重力によって重心が最下位に位置）、時計を載置したときに、磁力結合部材の歯車１４は、回転錘１７と重ならない。
【００４１】
これにより、回転錘１７を介在させることなく、外部から磁場を回転させながら印加することによって、歯車１４を回転させることができる。この場合、歯車１４の軸８と磁力回転部１０３のＯ2が概ね同軸になるようにする。なお、本実施形態では、歯車１４の軸は、回転部材４の軸８と同一であるが、歯車１４の軸は、回転部材４の軸８と異なっていても良い。したがって、歯車１４の軸は必ずしも回転部材４と同軸でない場合であっても本実施形態に含まれる。また、図８に示すように、磁場の発生位置を斜面の上部にしているので、図６に示すように、ステップモータ３５は、磁場の影響を受けない下側に位置させることができる。回転錘１７の位置も下側に安定しやすいので、磁力結合部材の歯車１４を、回転錘１７を介在させることなく、外部から磁場を印加できる。
【００４２】
第２実施形態の特徴には次の点も含まれていても良い。
本実施形態においては、軸９に固定された回転錘１７から軸８への歯車伝動機構として、軸９に固定された歯車１５と、軸８に固定された歯車１４とが設けられている。この歯車１４と歯車１５の間に、一例として図１１に示すようなワンウェイクラッチを介在させている。
【００４３】
ワンウェイクラッチによって回転錘１７の伝達方向Ｙ（図１０）は一定になる。外部充電機１０１からの伝達方向Ｘを同一にすることによって、外部充電機１０１により歯車１４を回転しても、ワンウェイクラッチにより回転の伝動を切り離して、回転錘１７を回すことなく、エレクトレット発電器の回転部材４に動力を伝達できる。通常回転錘１７は重たいので、外部充電機１０１により歯車１４を回転する際に、外部充電機１０１に無駄な動力を使用しないようにしなければならない。ワンウェイクラッチにより回転の伝動を切り離した点は、本実施形態の特徴の１つである。また、磁力結合部材は、本実施形態では歯車１４であったが、エレクトレット発電器の回転部材４、ワンウェイクラッチの歯車の１つであっても良い。本実施形態ではワンウェイクラッチを使用したが、ツーウェイクラッチを使用することも可能である。
【００４４】
図１１のワンウェイクラッチは、一例として挙げたものであるが、次のような構造になっている。以下は、回転錘１７から歯車１５、歯車１４の順に伝動する場合の動作である。歯車１５と、１４の間には、入力側の歯車１５に噛合う歯車６１が、軸６０回りに、回転自在に嵌合して軸６０とは無関係に回転する。歯車６１には星形歯車６４が、歯車６１の突起軸６５に回転自在に嵌めこまれている。歯車６１は、特殊歯車６３に対して、Ｓ方向の回転には両歯車の相互関係が不動状態に固定されて、歯車６１に固定された突起軸６５が軸６０の回りに公転すると、その回転を特殊歯車６３に伝動することになる。特殊歯車６３は軸６０に固定されているので、カナ歯車６２から、歯車１５の回転が、出力側の歯車１４に伝動されることになる。
【００４５】
一方、Ｔ方向の回転時には、歯車６１が回転して、星形歯車６４が軸６０回りに公転しても、星形歯車６４は、突起軸６５に回転自在に嵌めこまれているので、特殊歯車６３に対して空回りしてしまう。したがって、入力側の歯車１５の回転は、出力側の歯車１４に伝動されない。逆に、入力側と出力側を入れ替えて、歯車１４からの回転がＴ方向の場合には、ワンウェイクラッチは、滑って回転錘１７には回転が伝動されない。このような時計用のワンウェイクラッチは、図１１の機構に限定されず周知のものを適用しても良い。第２実施形態においても、以上述べた点以外の構成は、第１実施形態と同じであり、作用効果を同様である。
【００４６】
（第３実施形態）
図１２は、本発明の第３実施形態の裏蓋４２における断面平面図である。図１３（ａ）は、本発明の第３実施形態の充電システムを示す模式的側面図であり、（ｂ）は、第３実施形態の外部充電機を示す斜視図である。図１４（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第３実施形態の充電システムの作動を示す説明図である。図１５は、ツーウェイクラッチの一例を説明する説明図である。（ａ）は、入力軸の歯車１５が図面上で反時計回りの場合を示す図であり、（ｂ）は、入力軸の歯車１５が図面上で時計回りの場合を示す図である。
【００４７】
第３実施形態では、外部充電機１０１が、回転錘１７を外部から磁場で左右に吸引して揺動回転させる。本実施形態では、図１２に示すように、好ましくは、回転錘１７は扇形である。回転錘１７の回転軸である軸９と回転錘１７の重心点を結んだ線上に、軟磁性体でできた吸引部１３が回転錘１７に一体形成されている。吸引部１３が、磁力結合部材に相当し、パーマロイなどの保磁力の小さい軟磁性体で構成されている。吸引部１３を除いて回転錘１７のその他の部分は、非磁性体で形成されている。回転錘１７は扇形に限定されず、その他の形状であっても良い。
【００４８】
図１３、１４に示すように、載置された時計における吸引部１３の揺動位置に対応して、外部充電機１０１には電磁石１０４が、水平に間隔を置いて１対設置されている。外部充電機１０１の時計の載置面は、水平面に対して傾斜している。図１３に示すように、エレクトレット発電時計１００内部の回転錘１７は、自重によって下方向に来るので、時計を載置したときに、ステップモータ３５が上部に配置されるようにすれば、外部充電機１０１には電磁石１０４と重ならない。これにより、ステップモータ３５には磁場の影響が受けなくなる。ステップモータ３５の位置は、必ずしも上部に限定されるものではなく、電磁石１０４の影響の少ない位置であればよい。
【００４９】
図１４（ａ）〜（ｃ）を参照して、本実施形態の作動を説明する。なお、図１４（ａ）〜（ｃ）は実際には傾斜面上にある。図１４（ａ）は、左右の電磁石１０４が励磁されていない状態を示し、回転錘１７は、自重によって下方向位置で静止している。図１４（ｂ）では、右側の電磁石１０４のみがＯＮにされて励磁された状態である。これにより、吸引部１３が電磁石に吸引されるので、回転錘１７は右側への振り子運動を行う。回転錘１７は右側の上死点に近づくと、右側の電磁石１０４はＯＦＦとなり、今度は、図１４（ｃ）に示すように左側の電磁石１０４が励磁され、回転錘１７は左側への振り子運動を行う。左右の電磁石１０４の励磁を繰り返して、回転錘１７に振り子運動させる。この揺動運動は、回転部材４を回転して発電するので、２次電池２２に充電することができる。
【００５０】
軸９に固定された回転錘１７の正逆両方向の揺動運動を、歯車伝動機構に内在したツーウェイクラッチによって、常に回転部材４が一方向の回転になるように変換すると、発電効率が良くなる。もちろんワンウェイクラッチ、クラッチ機構がない伝達機構でも実施可能であるが、ユーザーが携帯して発電するときの充電効率を考慮した場合、歯車１４の慣性力が働きやすいツーウェイクラッチ、ワンウェイクラッチ、クラッチ機構がない伝達機構の順に伝達効率が良い。ツーウェイクラッチの一例は、図１５（ａ）、（ｂ）に示されているが、これに限定されるものではない。
【００５１】
このツーウェイクラッチは良く知られた機構であるが、図１５（ａ）、（ｂ）を参照して、簡単に作動を解説する。回転錘１７の回転軸である軸９には歯車１５が設けられている。これに噛合う歯車７２は、Ｚ軸まわりの揺動アーム７１に回転自在に設けられている。歯車１５が、図１５（ａ）のように反時計回りに回転するときは、揺動アーム７１が反時計回りに回転して、歯車７２が歯車７４に噛合う。歯車７４と噛合う歯車７５は時計回りである。一方、歯車１５が、図１５（ｂ）のように時計回りに回転するときは、揺動アーム７１が時計回りに回転して、歯車７２が、歯車７４に噛合うことなく歯車７５に噛合う。歯車７２と噛合う歯車７５は時計回りである。歯車１５が反時計回りに回転するか時計回りに回転するかにかかわらず、いずれの場合も、中間歯車７６、７７、７８を経て、歯車１４を時計回りに回転させる。中間歯車７６、７７、７８は省略されても良い。
【００５２】
本実施形態によれば、軸９に固定された回転錘１７の正逆両方向の揺動運動が、歯車伝動機構に内在したツーウェイクラッチによって、常に回転部材４を一方向に回転させるので、発電効率が良くなる。また、回転錘１７が揺動運動しており、電磁石１０４の位置が特定位置に限定できるので、ステップモータなどへの磁界の影響を限定的にすることができる。その他の構成、作用効果は、第１実施形態と同じである。
【００５３】
（第４実施形態）
図１６（ａ）は、本発明の第４実施形態の充電システムを示す模式的側面図であり、（ｂ）は、第４実施形態の外部充電機を示す斜視図である。図１７（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第４実施形態の充電システムの作動を示す説明図である。
【００５４】
第３実施形態では、軸９に固定された回転錘１７の揺動運動を発生させるために、外部充電機１０１には電磁石１０４が、水平に間隔を置いて１対設置されていた。第４実施形態では、電磁石１０４の代わりに、両端部にＮ、Ｓ極を有する揺動腕としての磁力回転部１０３が、軸９に固定された回転錘１７の揺動運動を発生させる。揺動腕としての磁力回転部１０３は、回転駆動モータ１０２で、リンク機構などによって揺動運動させるか、又は、揺動モータを使用しても良い。その他の構成、作用効果は、第３実施形態と同じである。
【００５５】
図１７（ａ）〜（ｃ）を参照して、本実施形態の作動を説明する。なお、図１７（ａ）〜（ｃ）は実際には傾斜面上にある。図１７（ａ）は、駆動モータ１０２が駆動されていない初期位置を示している。回転錘１７は、自重によって下方向位置で静止している。回転錘１７の静止位置に合わせて、駆動モータ１０２の初期位置が設定されている。図１７（ｂ）では、揺動腕としての磁力回転部１０３が右側に揺動した状態である。これにより、吸引部１３がＳ極に吸引されるので、回転錘１７は右側への振り子運動を行う。図１７（ｃ）に示すように、今度は、磁力回転部１０３が左側に揺動して、回転錘１７は左側への振り子運動を行う。左右の電磁石１０４の励磁を繰り返して、回転錘１７に振り子運動させる。この揺動運動は、第３実施形態と同様に、ツーウェイクラッチにより一方向の回転運動に変換されて回転部材４を回転して発電するので、２次電池２２に充電することができる。吸引部１３のＮ、Ｓ極は逆であっても良い。
【００５６】
（第５実施形態）
図１８は、本発明の第５実施形態の充電システムを示す模式的側面図である。図１９は、本発明の第５実施形態の外部充電機を示す斜視図である。図２０は、本発明の第５実施形態の磁力印加部の出力磁界パターンを示す。図２１は、本発明の第５実施形態の充電システムの作動を示す説明図である。図２２は、本発明の第５実施形態の充電システムを示すブロック図である。
【００５７】
第５実施形態は、第３実施形態の左右の電磁石１０４に相当する磁力印加部Ａ、Ｅ以外にさらに磁力印加部Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆを設けたものである。磁力印加部Ａ、Ｅは、図２０に示すようにＯＮ、ＯＦＦ制御させて、回転錘１７を往復動させるものであり、第３実施形態のものと同じ機能を有している。図２１に示すように、磁力印加部Ａ、Ｅによる第５実施形態の充電システムの作動は、第３実施形態のものと同様である。一方、同時に、磁力印加部Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆは、図２０に示すように、時計部品の脱磁を行なう。これらの励磁を終了する時には電流をゼロに持って行く。その他の構成、作用効果は、基本的に第３実施形態と同じである。なお、時計の種類によって各印加磁力部の出力磁界パターンを切り換えるようにして複数種類の時計に対応できるようにしても良い。本実施形態を、エレクトレット発電時計、機械時計の双方に利用できるようにしても良い。この時、エレクトレット発電時計のような場合は、磁力印加部Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｆの印加が、５０Ｈｚ程度では、ステップモータが外部磁界によって駆動してしまうことがあるため、周波数を機械時計のときより早くしたりして、ステップモータの運針に影響を受けないようにする。
【００５８】
図２２に示すように、本実施形態では、発電装置と外部充電機との間に、通信手段を設け、充電量が所定値に達したら、磁力印加部Ａ〜Ｆの印加を停止するように構成しても良い。なお、磁力印加部Ａ〜Ｆは６個に限定されるものではなく、さらに個数を増やすことも可能である。時計の種類によっては、扇形の回転錘１７の大きさが異なるので、磁力印加部の個数が多ければ、時計の種類に応じて、回転錘１７を往復動させる磁力印加部の位置を選択することができる。
【００５９】
図２２において、（ａ）は発電装置であり、（ｂ）は、外部充電機である。両者は相互の通信回路で連結している。下側が外部充電機の入力回路において、時計の種類を選択し各磁力印加部で駆動する磁力の種類を決定する。外部充電機の制御回路は、通信回路を使って発電装置である時計の充電状態を確認し、充電量が一定値Ｂ以下であれば、磁力印加部Ａ〜Ｆの印加を開始する。発電装置の充電量が一定値Ａ以上になったら、磁力の印加を停止する。また、充電量が一定値Ｂ以下になったら再度、磁力印加を行なう。ここで、一定値Ａ、Ｂの関係はＡ＞Ｂとなる。
【００６０】
リュウズのよる切り換え手段は、周知の機構であり、リュウズを引くと、時分針の指針表示部の時刻合わせを行う。リュウズを引かずに回転させると、リュウズの手巻きによって歯車伝達機構を介して回転部材４を回転させ、発電器に発電を行うことができるようになっている。２次電池には、残容量測定回路が接続しており、発電装置の充電量が一定値Ａ以上か、一定値Ｂ以下かの判別を行うことができる。この結果を、通信回路で送信して外部充電機を上述のように制御することができる。図２２のシステム構成は、これまで述べた各実施形態に適用することができる。
【００６１】
なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的構成はほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
【符号の説明】
【００６２】
１    対向基板
２    対向電極
３    帯電膜
４    回転部材
８、９    軸
１０、１３    磁力結合部材
１４、１５    歯車伝動機構
１７    回転錘
２２    電池
３３、３４、４１、４２    ハウジング
【図１】
2018159571.tif 000003
【図２】
2018159571.tif 000004
【図３】
2018159571.tif 000005
【図４】
2018159571.tif 000006
【図５】
2018159571.tif 000007
【図６】
2018159571.tif 000008
【図７】
2018159571.tif 000009
【図８】
2018159571.tif 000010
【図９】
2018159571.tif 000011
【図１０】
2018159571.tif 000012
【図１１】
2018159571.tif 000013
【図１２】
2018159571.tif 000014
【図１３】
2018159571.tif 000015
【図１４】
2018159571.tif 000016
【図１５】
2018159571.tif 000017
【図１６】
2018159571.tif 000018
【図１７】
2018159571.tif 000019
【図１８】
2018159571.tif 000020
【図１９】
2018159571.tif 000021
【図２０】
2018159571.tif 000022
【図２１】
2018159571.tif 000023
【図２２】
2018159571.tif 000024