(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
風防ガラスを固着した金属製時計ケースと裏蓋とによって形成される密閉空間内に、文字板とムーブメント及び熱伝導板を備え、該熱伝導板と前記裏蓋との間に前記ムーブメントの電源となる熱電素子を収納した構成を有する熱発電時計において、
前記裏蓋が、前記熱電素子に対面する箇所に該熱電素子の外形以上の大きさに形成された熱伝導率の高い熱伝導部と、その外側に形成された熱伝導率の低い断熱部とを有し、
前記裏蓋の断熱部が、その外周に向かい緩やかに傾斜する傾斜面を有することを特徴とする熱発電時計。
【請求項２】
前記裏蓋の熱伝導部が、前記傾斜面を被覆するように延出された鍔部を有することを特徴とする請求項１記載の熱発電時計。
【請求項３】
前記裏蓋は、前記熱伝導部が金属材料からなり、前記断熱部がプラスチックからなり、該熱伝導部を構成する金属材料と該断熱部を構成するプラスチックとのインサート成型により形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱発電時計。
【請求項４】
前記裏蓋は、前記熱伝導部と前記断熱部とがねじ止めにより一体化されていることを特徴とする請求項１記載の熱発電時計。
【請求項５】
前記裏蓋は、前記熱伝導部と前記断熱部とが互いの接合面に設けられたねじ溝同士を螺合して一体化されていることを特徴とする請求項１記載の熱発電時計。
【請求項６】
前記裏蓋は、前記断熱部がプラスチックからなり、該断熱部の前記時計ケースと接面する部分に金属製係合部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の熱発電時計。
【請求項７】
風防ガラスを固着した金属製時計ケースと裏蓋とによって形成される密閉空間内に文字板及びムーブメントを備え、該ムーブメントと前記裏蓋との間に該ムーブメントの電源となる熱電素子を、該ムーブメントに接触する上保護板及び前記裏蓋に接触する下保護板を介して収納した構成を有する熱発電時計において、
前記熱電素子の外形よりも大きい孔部を有する円環状の熱伝導板が、前記上保護板の前記熱電素子と接触する側の面に接触し、かつ前記時計ケースと前記裏蓋とに挟まれて配置されていることを特徴とする熱発電時計。
【請求項８】
前記熱伝導板が金属材料からなることを特徴とする請求項７記載の熱発電時計。
【請求項９】
請求項７記載の熱発電時計において、
前記下保護板と前記裏蓋との間に弾性部材が配置されていることを特徴とする熱発電時計。
【請求項１０】
請求項７記載の熱発電時計において、
前記上保護板と前記ムーブメントとの間に弾性部材が配置されていることを特徴とする熱発電時計。
【請求項１１】
請求項７項記載の熱発電時計において、
前記時計ケースと前記熱伝導板との間に弾性部材が配置されていることを特徴とする熱発電時計。
【請求項１２】
請求項７項記載の熱発電時計において、
前記上保護板と前記熱伝導板との間に弾性部材が配置されていることを特徴とする熱発電時計。
【請求項１３】
請求項７記載の熱発電時計において、
前記上保護板と前記ムーブメントとの間にスペーサが配置されていることを特徴とする熱発電時計。
【請求項１４】
請求項７記載の熱発電時計において、
前記下保護板と前記裏蓋との間に第１の弾性部材が配置され、
前記上保護板と前記ムーブメントとの間に第２の弾性部材が配置され、
前記時計ケースと前記熱伝導板との間に第３の弾性部材が配置され、
前記上保護板と前記熱伝導板との間に第４の弾性部材が配置され、
前記上保護板と前記ムーブメントとの間にスペーサが配置されていることを特徴とする熱発電時計。
【請求項１５】
前記弾性部材が圧縮可能な熱伝導率の高い熱伝導シートであることを特徴とする請求項９記載の熱発電時計。
【請求項１６】
前記スペーサが金属材料からなることを特徴とする請求項１３記載の熱発電時計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、多数の熱電対により構成される熱電素子をその電源として利用する熱発電時計及びそれに用いられる裏蓋の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種金属材料を利用した電子部品は、年々微小化が進められている。その代表的な電子部品として熱電素子があげられる。熱電素子はその両端に温度差を与えることにより電圧を発生する。この電圧を電気エネルギーとして利用するのが熱電発電である。熱電発電に用いられる熱電素子は、構造が簡単なため他の発電機や発電素子に比べて微小化に有利であり、酸化還元電池のように電力を消耗したり、電解液が漏洩するといった問題もないことから、電子時計のような携帯型電子機器の動力源としての応用が注目されている。
一方、最近の傾向として、製品開発は環境問題を考慮して行なうことが前提となっている。携帯型電子機器の場合、小型及び薄型にするため、動力源にはボタン型の銀電池やリチウム電池が用いられている。これらの電池は電力を消耗して交換された後に廃棄されると環境汚染を引き起こす要因となりかねない。そのため、従来から電池交換が不要の携帯型電子機器の実現が要望されており、熱電素子はそれを実現する上で重要な役割を担うものとされている。
【０００３】
その熱電素子は、ｐ型熱電半導体とｎ型熱電半導体からなる熱電対が複数個直列に配列されており、従来からこれを動力源に用いた腕時計である熱発電時計が知られている。従来の熱発電時計では、例えば外気温が２５℃であり、それを装着している腕の皮膚温が３２℃であることによって、双方に７℃の温度差があっても、熱電素子の冷接点と温接点には、１．３℃程度の温度差しか得られない。そのため、１対あたり約４００μｖ／℃の熱起電力が得られ、性能が高いとされるＢｉＴｅ系の熱電対を直列に２０００対接続しても、熱起電力は１ｖ程度しか得られないので、できるだけ多くの熱電対を接続しなければならなかった。しかも、熱電素子は、時計内の限られたスペースに収納する必要があるため、小さいものから高い熱起電力が得られるように、微細化及び高密度化が避けられないが、その微細化及び高密度化にも限界がある。そこで、熱電素子から高い熱起電力が得られるように、その温接点と冷接点の温度差を拡大することが必要とされ、それを熱発電時計の構造の工夫により実現することが必要とされている。
【０００４】
ここで、従来の熱発電時計の構造について具体的に説明する。図２０は、従来の熱発電時計２００を示す断面図である。この熱発電時計２００は、風防ガラス２０を固着した金属製の時計ケース１５と、断熱ケース１８０及び裏蓋１８５とからなる密閉された時計本体内に、文字板３０と、ムーブメント４０と、熱伝導板５０及び熱電素子６０を備え、裏蓋１８５と時計ケース１５との間に発生する温度差を熱電素子６０により電気エネルギーに変換し、時計を駆動させるための動力源としている。熱電素子６０は、下保護板６２を介してその片面を裏蓋１８５に接触させ、もう一方の面を上保護板６１を介して熱伝導板５０に接触させて配置されている。熱伝導板５０はムーブメント４０と上保護板６１との間に配置され、その端部が時計ケース１５に接触するように配置されている。
【０００５】
この熱発電時計２００を腕に装着すると、裏蓋１８５が体温により温められ、時計ケース１５が外気温により冷やされる。このとき、裏蓋１８５から時計ケース１５に向かう直接的な熱の伝達がプラスチック等からなる断熱ケース１８０によって遮断され、裏蓋１８５が高温側、時計ケース１５が低温側となっている。そして、その裏蓋１８５の熱は下保護板６２を介して熱電素子６０に伝わり、時計ケース１５の熱は熱伝導板５０と上保護板６１を介して熱電素子６０に伝わるから、熱電素子６０の下面が温接点、上面が冷接点となって熱電素子６０に温度差が与えられる。この温度差が電圧に変換されることによりムーブメント４０に給電され、熱発電時計２００が作動する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、熱電素子６０に与えられる温度差が電圧に変換されるのは熱電素子６０に含まれる熱電対のゼーベック効果に起因している。熱電対により得られる電圧はゼーベック係数と温度差の関数であるため、熱電素子６０にできるだけ大きな温度差を与えることが熱起電力を大きくし、熱発電時計２００を安定して駆動するために必要である。したがって、熱発電時計２００では裏蓋１８５と時計ケース１５の温度差の拡大が非常に重要な要素である。
熱発電時計で温度差を拡大するための方法として、断熱ケース１８０の熱伝導を極力低下させて裏蓋１８５から時計ケース１５への熱の伝達を抑制することが考えられる。一般に、部材を伝わる熱量は、その素材の熱伝導率をＱ、断面積をＳ、長さをＬとしたときに、（Ｑ×Ｓ）／Ｌで求まる値に比例するから、熱の伝達を抑制するには素材の熱伝導率を低下させればよい。
【０００７】
しかし、一般に断熱ケース１８０は熱伝導率の低いプラスチックをその材料に使用しているが、そのプラスチック材料よりも熱伝導率が低く、しかも、断熱ケース１８０を構成できるような材料には適切なものが見当たらない。
また、断熱ケース１８０の半径方向の幅を狭めて断面積を縮小することも考えられる。ところが、プラスチック製の断熱ケース１８０の幅を狭めると強度の点で問題になるし、断熱ケース１８０には裏蓋１８５をねじ止めすることができるように、ある一定以上の大きさの幅を確保しなければならないから、断面積の縮小という考え方は適切ではない。
さらには、断熱ケース１８０を軸方向に長くすることも考えられる。しかし、断熱ケース１８０を長くするとしても、熱の伝達を抑制するには、熱を吸収する部分と、放出する部分との距離をとらねばならず、そのためには熱伝導板５０と裏蓋１８５の間の距離を長くしなければない。こうすると、熱発電時計２００の全体の厚さが大きくなりすぎてしまう。しかも、熱伝導板５０と裏蓋１８５の間の距離を長くするのに対応して、熱電素子６０のサイズも変えねばならない。そうすると、熱電素子６０の素子特性が変化してしまい、最適な状態では動作させることができなくなってしまう。
【０００８】
このように、従来の熱発電時計２００では、断熱ケース１８０の構造を工夫することによって、熱電素子６０に与えられる温度差を拡大して熱起電力を向上させることは困難であり、これを実現するには時計全体を大きくして時計ケース１５の放熱効率を上げざるを得なかった。
一方、熱電素子６０に与えられる温度差を拡大するためには、熱発電時計２００の内部構造を熱伝達の効率が向上するような構造にすることも大切である。熱伝達の効率を向上させるための条件として、裏蓋１８５と熱電素子６０の温接点及び時計ケース１５と熱電素子６０の冷接点が、それぞれ確実に接触して熱の伝達が確実に行なわれ、損失が少ないことが必要である。
熱電素子から時計ケースへの熱の伝達を確実にする手段は、例えば日本特許第２９９８０８８号公報に記載されている。その手段は、熱電素子を有する熱発電ユニットの冷接点と接触する第２伝熱板の上面に熱伝導体を配置する方法であるが、これによれば、熱電ユニットから第２伝熱板、熱伝導体、時計ケースへの熱の流れができ、時計ケースに放熱用のケースとしての役割を持たせることができる。しかし、その熱伝導体が第２伝熱板の上に重ねて配置されているため、その熱伝導体の厚さの分だけ時計全体の厚さにも影響を及ぼしてしまう。
【０００９】
また、ムーブメントと熱伝導体の間に空間があるため、その空間の分だけ時計の厚さが厚くなってしまう。しかも、熱伝導体からムーブメントへ熱を伝達して逃がすこともできなくなってしまい、熱伝達の効率が悪化してしまう。
このように、従来から、時計の厚さなど外観への影響をできるだけ及ぼさないようにして、熱伝達の効率を高めることができるように、熱発電時計の構造を工夫することが必要とされていた。
この発明は、上記の問題を解決するためになされたもので、熱電素子を電源として備える熱発電時計において、全体の寸法を従来とほとんど同じにして時計全体の外観に影響を与えることなく、熱電素子に与えられる温度差を大きく確保することによって十分な熱起電力を得て、熱発電時計の性能を高めることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この発明による熱発電時計は、風防ガラスを固着した金属製時計ケースと裏蓋とによって形成される密閉空間内に、文字板とムーブメント及び熱伝導板を備え、該熱伝導板と上記裏蓋との間に上記ムーブメントの電源となる熱電素子を収納した構成を有する熱発電時計において、裏蓋が、上記熱電素子に対面する箇所にその熱電素子の外形以上の大きさに形成された熱伝導率の高い熱伝導部と、その外側に形成された熱伝導率の低い断熱部とを有し、上記裏蓋の断熱部が、その外周に向かい緩やかに傾斜する傾斜面を有することを特徴とする。
この熱発電時計は、上記裏蓋の熱伝導率の高い材料によって腕からの熱を効率的に熱電素子に伝えるとともに、熱伝導率の低い材料によって金属製時計ケースへの熱の伝達を阻止することができるから、熱電素子に大きな温度差を与えることができる。
上記裏蓋の熱伝導部は、上記傾斜面を被覆するように延出された鍔部を有するようにするとよい。
【００１１】
上記裏蓋は、上記熱伝導部が金属材料からなり、上記断熱部がプラスチックからなり、その熱伝導部を構成する金属材料とその断熱部を構成するプラスチックとのインサート成型により形成されていてもよい。
また、上記熱伝導部と上記断熱部とをねじ止めにより一体化してもよい。
さらに、上記熱伝導部と上記断熱部とを互いの接合面に設けられたねじ溝同士を螺合して一体化してもよい。
上記断熱部がプラスチックからなり、その断熱部の上記時計ケースと接面する部分に金属製係合部が設けられていてもよい。
【００１２】
また、この発明は、風防ガラスを固着した金属製時計ケースと裏蓋とによって形成される密閉空間内に文字板及びムーブメントを備え、該ムーブメントと上記裏蓋との間に該ムーブメントの電源となる熱電素子を、該ムーブメントに接触する上保護板及び上記裏蓋に接触する下保護板を介して収納した構成を有する熱発電時計において、上記熱電素子の外形よりも大きい孔部を有する円環状の熱伝導板が、上記上保護板の上記熱電素子と接触する側の面に接触し、かつ上記時計ケースと上記裏蓋とに挟まれて配置されているものも提供する。
この熱発電時計の場合、上記熱伝導板が金属材料からなるとよい。
また、上記下保護板と上記裏蓋との間、上記上保護板と上記ムーブメントとの間、上記時計ケースと上記熱伝導板との間、上記上保護板と上記熱伝導板との間の少なくとも１箇所以上に弾性部材を配置するとよい。
【００１３】
さらに、上記上保護板と上記ムーブメントとの間にスペーサを配置するとよい。
この場合、上記下保護板と上記裏蓋との間に第１の弾性部材を、上記上保護板と上記ムーブメントとの間に第２の弾性部材を、上記時計ケースと上記熱伝導板との間に第３の弾性部材を、上記保護板と上記熱伝導板との間に第４の弾性部材をそれぞれ配置し、上記上保護板と上記ムーブメントとの間にスペーサを配置するとなおよい。
以上の場合において、上記弾性部材は圧縮可能な熱伝導率の高い熱伝導シートとすることができる。また、上記スペーサは金属材料からなるとよい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、この発明による熱発電時計及びこの発明に関連する熱発電時計用裏蓋を実施するための最良の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、図２０に示した従来の熱発電時計２００と同様な部分については同じ符号を付して説明する。
〔第１の実施形態：図１〜図５，図１０〜図１２〕
図１は、この発明に関連する熱発電時計用裏蓋（以下「裏蓋」という）を用いた熱発電時計の第１の実施形態の構造を示す断面図である。この熱発電時計１は、風防ガラス２０を固着した金属製の時計ケース１０と、裏蓋７０とによって形成される密閉された時計本体内に、文字板３０とムーブメント４０及び熱伝導板５０を備え、熱伝導板５０と裏蓋７０との間にムーブメント４０の電源となる熱電素子６０を収納して構成されている。
【００１５】
熱電素子６０は、図１１に示すように、ｎ型熱電半導体を棒状に加工したｎ型棒状素子６３とｐ型熱電半導体を棒状に加工したｐ型棒状素子６４とからなる熱電対を多数設けて構成され、各ｎ型及びｐ型棒状素子６３，６４がエポキシ樹脂からなる絶縁樹脂層６５により固定一体化されたものである。各ｎ型棒状素子６３とｐ型棒状素子６４とは、ＢｉＴｅ系の合金からなっていて、図１２に示すように、それぞれの端面に形成された導電体６７によって熱電対を形成している。  また、各熱電対は、導電体６７により直列に接続されている。なお、各導電体６７は、ニッケルまたは金を蒸着法により配置して形成されている。ｎ型棒状素子６３とｐ型棒状素子６４は、各端面の大きさが約９０×１１０μｍ、長さは１５００μｍの細長い柱状を呈しており、熱電素子６０は、その大きさが約７×７．５×１．５ｍｍであり、１２４０対の熱電対が含まれている。
【００１６】
この熱電素子６０は、一方の端面５５が冷接点となり、その反対側の端面５６が温接点となる。その端面５５及び端面５６には、それぞれシリコン接着剤からなる接着層６９を介して上保護板６１及び下保護板６２が接合され、上保護板６１及び下保護板６２と、各ｎ型及びｐ型棒状素子６３，６４とが直交するようになっている。その上保護板６１と下保護板６２とは、ともに熱伝導性の良好なアルミ板の表面にアルマイト（商品名）のコーティングを施して、各ｎ型及びｐ型棒状素子６３，６４を絶縁するようにしたものである。
なお、以下の説明では、便宜上、熱発電時計１のムーブメント４０からみて風防ガラス２０に近い方を「上側」とし、裏蓋７０に近い方を「下側」として説明する。
【００１７】
そして、この熱電素子６０は、図１に示すように上保護板６１を熱伝導板５０の下側の面に接触させるとともに、下保護板６２を裏蓋７０の上側の面に接触させることによって、熱発電時計１の内部に収納されている。
その熱伝導板５０は、ムーブメント４０の下側に配置されていて、その周端部が時計ケース１０と裏蓋７０とに挟まれ、時計ケース１０と熱伝達が可能となるように直接またはシート材を介して接触している。また、上保護板６１とも熱伝達が可能となるように接触しているが、熱伝達を良好にするために、熱伝導グリースやシート材を介在させると良い。この熱伝導板５０は、従来と同様に熱伝導性の良いものが好ましく、アルミや銅板が適している。
裏蓋７０は、互いに熱伝導率の異なる２種類の材料から構成されている。この裏蓋７０は、熱伝導部７１と断熱部７２とからなり、その熱伝導部７１と断熱部７２とがインサート成型により接合され、一体化されたものである。
【００１８】
熱伝導部７１は、金属などの熱伝導性の良好な材料からなり、熱電素子６０に対面する箇所に熱電素子６０の外形よりも大きく、かつ下保護板６２よりも少し大きい大きさの薄い円板状に形成されている。
断熱部７２は、プラスチック等の熱伝導率の低い材料からなり、熱伝導部７１の外側に形成されている。この断熱部７２は、図２に示すように、その中央に熱伝導部７１に対応する形状の孔部７２ａと、熱伝導部７１を固定するための受部７２ｂとを有し、その孔部７２ａの周囲に、外周に向かって緩やかに傾斜する円錐状傾斜面部７２ｃを形成し、さらにその円錐状傾斜面部７２ｃの周縁部に時計ケース１０との接面部７２ｄを形成したものである。
この裏蓋７０は、熱伝導部７１が熱伝導板５０からみて突出するようにして、接面部７２ｄを時計ケース１０にねじ９０によりねじ止めして固定されている。その裏蓋７０と熱伝導板５０とによって形成される空間に、熱電素子６０が下保護板６２及び上保護板６１を介し、それぞれ熱伝導部７１と熱伝導板５０とに接触するようにして配置されている。
【００１９】
以上のように構成された熱発電時計１は、熱伝導板５０から時計ケース１０へと熱が伝達され、その時計ケース１０が外気により冷やされることによって、そこに伝達された熱が放出される。したがって、上保護板６１は冷やされ、これに接触する熱電素子６０の端面は冷接点となる。また、熱発電時計１を腕に装着すると、腕の熱が裏蓋７０の熱伝導部７１から下保護板６２に伝達され、下保護板６２を暖める。したがって、熱電素子６０の下保護板６２に接触する端面が温接点となる。
しかし、熱伝導部７１の周囲には熱伝導率の低い断熱部７２が形成されているため、腕の熱は断熱部７２により遮断されて時計ケース１０へは伝わりにくく、腕の熱が熱伝導部７１から断熱部７２を通って時計ケース１０に伝わることはほとんどない。
したがって、裏蓋７０から時計ケース１０への熱の伝達を十分に抑制することができるから、熱電素子６０には充分な温度差を確保することができる。充分な温度差が与えられることにより、熱電素子６０からその温度差に対応してムーブメント４０を駆動するのに十分な熱起電力が得られる。
【００２０】
また、裏蓋７０は断熱部７２が円錐状傾斜面部７２ｃを有するとともに、熱伝導部７１が熱伝導板５０からみて突出するようにして固定されているため、熱発電時計１を腕に装着すると、熱伝導部７１が腕に接触していても、その腕と円錐状傾斜面部７２ｃとの間には若干の隙間が形成される。したがって、断熱部７２自体が腕の熱により加熱されることを防止することができる。
なお、裏蓋７０の熱伝導部７１は、金属などの熱伝導率が高い材料で形成されていればよく、たとえば、時計用として一般に使用されるステンレス、アルミニウム、チタン、真鍮、銅などを用いることができる。また断熱部７２は、熱伝導率が低い材料から形成されていればよく、プラスチック以外に、裏蓋７０を構成する金属などの材料に比べて熱伝導率が低いセラミックスやガラスなどで形成してもよい。
【００２１】
ここで、この発明の第１の実施形態の熱発電時計１と従来の熱発電時計２００との断熱性について、モデルを用いて比較する。
その外形の大きさは同じで、図１と図２０にそれぞれ示す直径ｗが約３０ｍｍ、全体の厚さｔが約８ｍｍとする。また、時計ケース１０，１５の肉厚ｔ１はともに約３．５ｍｍとする。
まず、従来の熱発電時計２００において、断熱ケース１８０の径方向の厚さｗ１を２ｍｍとすると、その断面積ｓは、
ｓ＝π（１５２−１３２）≒１７６ｍｍ２
となる。また、断熱ケース１８０の軸方向の長さｂ１を５ｍｍとすると、その断熱ケース１８０は、その端面１８０ａだけでなく側面１８０ｂでも時計ケース１５と接触しているため、側面１８０ｂからも熱が時計ケース１５に伝達される。したがって、断熱ケース１８０の実質的に断熱に寄与する長さは５ｍｍよりも短く、約３ｍｍ程度と考えられる。
【００２２】
一方、プラスチックの熱伝導率は０．３Ｗ／ｍＫほどであるため、従来の熱発電時計２００では、絶縁部分の１℃あたりの熱伝導は次のようになる。
０．３×１７６÷３×０．００１≒０．０１８Ｗ
これに対して、この発明による熱発電時計１では、図２に示す裏蓋７０の厚さｗ２を０．８ｍｍとし、熱伝導部７１の直径ｗ３を１６ｍｍとする。接面部７２ｄは時計ケース１０に直に接触しているので、裏蓋７０の断熱性は実質的に断熱に寄与する円錐状傾斜面部７２ｃを考慮すればよい。
そして、図１及び図２に示すように、時計ケース１０の肉厚ｔ１が約３．５ｍｍであるため、円錐状傾斜面部７２ｃの幅ｔ２は約３．５ｍｍである。したがって、円錐状傾斜面部７２ｃの幅方向の中間において図２に示すｅ−ｅ線で切断したときの切断面を考えると、この切断面ｓｔは図１０に示すように、直径ｗ４が約１６＋３．５＝１９．５ｍｍ、幅が約ｗ２＝０．８ｍｍの円環状に形成されるので、その面積はπ×１９．５×０．８＝約４９ｍｍ２である。したがって、この熱発電時計１では、絶縁部分の１℃あたりの熱伝導は次のようになる。
０．３×４９÷３．５×０．００１≒０．００４Ｗ
【００２３】
このように、この発明による熱発電時計１では、裏蓋７０から時計ケース１０に伝達される熱伝導は、従来の熱発電時計２００の半分以下に抑えられる。したがって、この熱発電時計１では、熱電素子６０に与える温度差を従来よりも拡大することができる。さらに、上述した熱発電時計１と熱発電時計２００のそれぞれにおいて、シミュレーションを行なって熱電素子６０に与えられる温度差を計算したところ、従来の熱発電時計２００では約１．３℃であったのに対し、この発明による熱発電時計１では約２．０℃となり、温度差が飛躍的に向上した。
【００２４】
〔裏蓋の変形例〕
次に、第１の実施形態における裏蓋７０の変形例について説明する。上述した裏蓋７０は、熱伝導部７１と断熱部７２とをインサート成型により一体化していたが、インサート成型が難しい場合は図３に示すようにねじ７８によるねじ止めにより、熱伝導部７１と断熱部７２とを一体化してもよい。この裏蓋７０でも、インサート成型により接合した場合と同等の作用効果が得られる。ただし、この裏蓋７０のように、熱伝導部７１と断熱部７２とをねじ７８を用いて接合する場合は、熱伝導部７１と断熱部７２との間にパッキンを介した方が防水性を高めることができる点では好ましい。防水性をそれほど必要としない場合は、熱伝導部７１と断熱部７２との接合面を単に接着してもよい。
また、図４に示すように、熱伝導部７１と断熱部７２の双方の接合面にねじ溝７４ａ，７４ｂを刻設し、その双方のねじ溝７４ａ，７４ｂを螺合することによって熱伝導部７１と断熱部７２とを一体化してもよい。
さらに、裏蓋７０を図５に示すように、断熱部７２の接面部７２ｄに金属製の係合部７９を設けて時計ケース１０に固定するようにしてもよい。
【００２５】
図１に示した裏蓋７０は、時計ケース１０にねじ９０を用いることによって固定されている。断熱部７２はプラスチック等の熱伝導率の低い材料から形成されているのに対し、時計ケース１０は金属から形成されているので、双方に係合部を設け、互いの係合部同士を嵌合させることは、時計の性能面での問題はないが、強度面では難しいと考えられる。しかし、組立が簡易になる点、メンテナンス作業が容易になる点などを考慮すると、係合部同士の嵌合は、裏蓋７０を固定させる手段として適切なものである。
そこで、断熱部７２の時計ケース１０との接面部７２ｄに金属製の係合部７９を設けて、これと時計ケース１０の係合部とを互いに嵌合させることによって、裏蓋７０を時計ケース１０に固定するとよい。こうすると、裏蓋７０の開閉が容易になるため、熱発電時計１の組立が簡単になり、メンテナンス作業の容易性も向上する。
【００２６】
係合部７９は、断熱部７２の接面部７２ｄに接着して設ければよいが、断熱部７２とともにインサート成型して設けてもよい。あるいは接面部７２ｄにねじ止めするなどして設けてもよい。この係合部７９を設けることによって、裏蓋７０は、熱伝導部７１と断熱部７２及び係合部７９とから構成されるため、熱伝導率の異なる２種類以上（３種類）の材料から構成することができる。
係合部７９を設けていなくても、プラスチック等の熱伝導率の低い材料にガラス繊維を配合させて断熱部７２を形成すれば、裏蓋７０を熱伝導率の異なる２種類以上（３種類）の材料から構成することができ、しかも裏蓋７０の強度を高めることができる。
【００２７】
〔第２の実施形態：図６〕
次に、この発明による熱発電時計の第２の実施形態について説明する。図６はその熱発電時計の構造を示す断面図である。この熱発電時計２は、第１の実施形態の熱発電時計１と比較して、熱発電時計用裏蓋（以下「裏蓋」という）７５のみが異なり、その他は同じであるから、以下ではその相違点を中心に説明し、共通点の説明は省略乃至簡略化する。
この熱発電時計２は、例えば、腕の太さに比べてゆとりをもって装着されたり、腕の太さにぴったりと適合して装着されるなど、使用者によって腕に装着して携帯する際の条件が異なることを踏まえ、多様な携帯条件の下でも熱電素子６０に効率よく温度差が与えられるようにするための構造を有している。
【００２８】
この熱発電時計２の裏蓋７５は、前述した第１の実施形態の裏蓋７０と比較すると、その熱伝導部７１が熱伝導部７３となっている点で相違している。その熱伝導部７３は、下保護板６２よりも少し大きい大きさの円板部７３ａと、円錐状傾斜面部７２ｃを被覆するようにして平坦な方向に延出した円環状の鍔部７６とを有している。
この熱発電時計２は、腕に装着すると、熱発電時計１と異なり次のような作用効果が得られる。熱発電時計２を装着したままで腕をいろいろな角度に曲げたりするとそれに対応して熱発電時計２が腕の表面にそって移動することがある。この場合、熱発電時計１では鍔部７６がないので、腕が断熱部７２に触れ腕の表面の温度が断熱部７２に伝達されるおそれがある。
【００２９】
しかし、熱発電時計２のように裏蓋７５に鍔部７６を設けると、この鍔部７６が断熱部７２と腕の表面との間で断熱部７２を被覆する格好で配置されるため、熱発電時計２の姿勢が変わっても、腕が断熱部７２に触れることはなく、腕と断熱部７２との間には常に隙間が形成される。これによって、腕の熱を遮断して時計ケース１０に伝達しないようにする断熱効率を向上させることができる。
図６に示した鍔部７６は、円板部７３ａから平坦な方向に延出しているが、断熱部７２に沿って幾分傾斜していてもよい。そうすると、鍔部７６と、断熱部７２との隙間が狭くなり塵や埃等が入りにくくなる点で好ましい。
【００３０】
〔第３の実施形態：図７〜図９〕
次に、この発明による熱発電時計の第３の実施形態について説明する。図７はその熱発電時計の構造を示す断面図である。この熱発電時計３は、第１の実施形態の熱発電時計１と比較して、熱発電時計用裏蓋（以下「裏蓋」という）８５のみが異なり、その他は同じであるから、以下ではその相違点を中心に説明し、共通点の説明は省略乃至簡略化する。
第１の実施形態における裏蓋７０は、熱伝導部７１と断熱部７２とからなり、その断熱部７２が円錐状傾斜面部７２ｃを有していたが、第３の実施形態における裏蓋８５は、裏蓋７０と同じ熱伝導部７１と、断熱部７２とは異なる断熱部８２とからなり、その熱伝導部７１と断熱部８２とが熱伝導率の異なる材料で形成されている。その断熱部８２は、熱伝導部７１に対応する形状の孔部８２ａと、その孔部８２ａの周囲に形成された環状平面部８２ｂと、その環状平面部８２ｂの周囲に形成された段部８２ｃと、さらにその周囲に形成された時計ケース１０との接面部８２ｄとからなっている。
【００３１】
この裏蓋８５は、熱伝導部７１及び環状平面部８２ｂが熱伝導板５０からみて突出するようにして接面部８２ｄを時計ケース１０にねじ９０によりねじ止めして固定される。
この第３の実施形態の熱発電時計３は、第１の実施形態の熱発電時計１と同様に、熱伝導部７１の周囲に熱伝導率の低い断熱部８２が形成されているため、腕の熱は時計ケース１０へは伝わりにくく、腕の熱が熱伝導部７１から断熱部８２を通って時計ケース１０に伝わることはほとんどない。
ただし、熱伝導部７１とともに断熱部８２の環状平面部８２ｂも、熱伝導板５０からみて突出するようにして固定されているため、腕が環状平面部８２ｂに接触してしまう可能性がある。しかし、環状平面部８２ｂは、プラスチック等の熱伝導率の低い材料で形成されているので、腕の熱が時計ケース１０に伝わることはほとんどない。したがって、この熱発電時計３においても、熱発電時計１と同等の作用効果が得られ、熱電素子６０に対して充分な温度差を確保できる。
【００３２】
そして、この裏蓋８５も、裏蓋７０と同様に、熱伝導部７１と断熱部８２とをインサート成型により接合するだけでなく、図８に示すように、熱伝導部７１と断熱部８２とをねじ７８によるねじ止めにより一体化してもよい。
また、図９に示すように、断熱部８２の接面部８２ｄに金属製の係合部７９を設けて時計ケース１０に固定するようにしてもよい。いずれの場合も、第１の実施形態の熱発電時計１と同等の作用効果が得られる。
〔第４の実施形態：図１３〜図１９〕
次に、この発明による熱発電時計の第４の実施形態について説明する。図１３は、その熱発電時計の構造を示す断面図である。なお、図示の都合上この熱発電時計４は左側半分を省略して右側半分のみ示しているが、軸線ｖを中心に左右対称な構造を有している。
【００３３】
この熱発電時計４は、風防ガラスを固着した時計ケース１０と裏蓋９５とによって形成される密閉された時計本体内に、文字板３０と、ムーブメント４０と、秒針、分針及び時針からなる時計針４４と、熱伝導板５１及び熱電素子６０を備え、第１の実施形態の熱発電時計１よりも、時計内部の熱伝達の効率を向上させ得る構造にしたものである。
熱電素子６０は、第１の実施形態の熱発電時計１に用いた熱電素子６０と同様に、図１２に示したように、その端面５５及び端面５６に、それぞれシリコン接着剤からなる接着層６９を介して上保護板６１，下保護板６２が接合されており、これら上保護板６１と下保護板６２を介して、それぞれムーブメント４０と裏蓋９５に接触させるように、熱発電時計４の内部に収納されている。
裏蓋９５は、使用者が熱発電時計４を装着した際の腕に接触してその体温を吸収する吸熱部９３と、吸熱部９３から吸収された熱の伝達を阻止する断熱部９４とからなっている。その吸熱部９３は、熱伝導率の高い金属で形成するのが好ましく、この実施形態ではステンレスを用いている。また、吸熱部９３と下保護板６２とは、熱伝導率の高い材料を介在させて固定するのがよい。その材料としては、例えば、熱伝導性グリースを用いることができる。
【００３４】
一方、断熱部９４は、吸熱部９３から吸収される熱の時計ケース１０への伝達を遮断することができる材料を用いており、例えば、ＡＢＳ（アクリルニトリル−ブタジエン−スチレン共重合樹脂）やポリカーボネート等のプラスチックを用いるのがよい。
そして、吸熱部９３と断熱部９４とは、その接触面に図示を省略しているがねじ溝が刻設されており、両者のねじ溝の螺合によって結合されている。さらに、吸熱部９３と断熱部９４との接合面に強度を増すため、エポキシ樹脂系の接着剤からなる接着層９６を設けている。
熱伝導板５１は、熱電素子６０の外形よりも大きい大きさの孔部５１ａを有し、断熱部９４の幅よりも広い幅を有する円環状に形成され、熱伝導率の高い金属、例えば、ステンレスが用いられている。この熱伝導板５１は、その孔部５１ａ内に熱電素子６０を位置させるとともに、その半径方向内側の縁部５１ｃを上保護板６１の熱電素子６０が接する側の面６１ａに接触させ、時計ケース１０と断熱部９４との間にそれぞれ樹脂材料からなるパッキンａ，ｂを介して挟まれて配置されている。
【００３５】
そして、断熱部９４にはネジ穴が形成されていて、同様のネジ穴が形成された熱伝導板５１及び時計ケース１０とネジ９１で一体に固着されて組み立てられている。その際に、パッキンａ，ｂが圧縮されることによって、防水効果が得られるようになっている。
ムーブメント４０は、図１９に示すように、プラスチックからなる固定枠１９に端部４０ａを係止させて固定している。この固定枠１９には、スリット１９ａと突起１９ｂとが形成されている。この固定枠１９は、時計ケース１０に断熱部９４を取り付ける際に熱伝導板５１に押されてスリット１９ａと突起１９ｂとが適宜変形することによって、時計ケース１０と上保護板６１とを確実に熱伝導板５１に接触させる役割を有している。なお、ムーブメント４０には、熱電素子６０の冷接点側にバネやコイルなどの凸部（図示せず）があるが、上保護板６１にこれに対応する孔が開いていて、上保護板６１にぶつからないようになっている。
【００３６】
以上のように構成された熱発電時計４は、上保護板６１に接触する図１２に示した端面５５が冷接点となり、下保護板６２に接触する端面５６が温接点となって、熱電素子６０に温度差が与えられる。
ここで、第１の実施形態の熱発電時計１のように、上保護板６１の上に熱伝導板５０を重ね、上保護板６１の上側から接触するように熱伝導板５０を配置し、その熱伝導板５０から時計ケース１０へ熱を伝達させる場合には、上保護板６１と熱伝導板５０及び時計ケース１０の厚さがそれぞれ熱発電時計１の全体の厚さに含まれてしまうため、熱発電時計１の大きさを小さくするのが難しい。
これに対し、この実施形態の熱発電時計４は、孔部５１ａ内に熱電素子６０を位置させるとともに、縁部５１ｃが上保護板６１に下側から接触するように熱伝導板５１を配置しているため、熱伝導板５１と上保護板６１とが重なり合って厚みが増加することがなく、全体の厚みに影響が及ぶこともない。しかも、上保護板６１から熱伝導板５１を介して時計ケース１０への熱の伝達が確実に行なわれるため、時計ケース１０による放熱が効率的に行なわれる。
【００３７】
しかし、この熱発電時計４のように、複数の部品が接触している構造では、各部品に生じえる寸法のばらつきを調整することが重要である。それは、時計内部の熱伝達の効率を向上させるには、体温を吸収する裏蓋９５からそれを放出する時計ケース１０まで、各部材が相互に確実に接触して、それぞれの間での熱のやりとりが有効に行われる必要があるからである。また、板状の部品は、熱伝導率の高い金属材料を用いることが多いため、反り返りなどの問題も生じえる。そこで、この熱発電時計４では、次のように弾性部材を適宜配置することによって、各部品の寸法のばらつきを吸収し、各部品が確実に接触するようにするとよい。
すなわち、図１４に示す熱発電時計４のように、裏蓋９５の吸熱部９３と下保護板６２との間に第１の弾性部材である弾性部材２５を配置するとよい。
【００３８】
弾性部材２５は、下保護板６２に対応する形状に形成されたシート状の部材であって、熱伝導率が高く熱の伝導性が良好で、圧縮可能な熱伝導性のシートからなり、その材質としてはシリコン樹脂が好ましい。例えば信越化学社製のシリコン樹脂シートを用いることができる。
この弾性部材２５は、圧縮可能なシート状に形成されているから、吸熱部９３と下保護板６２との間に配置すると、時計ケース１０に裏蓋９５を取り付ける際に下保護板６２と裏蓋９５とによって圧縮されて変形する。そのため、熱電素子６０やその他の部品の寸法にばらつきがあってもそのばらつきが吸収され、また板状部品の反りがあってもその反りが吸収され、上保護板６１と熱伝導板５１との接触及び熱伝導板５１と時計ケース１０との接触が確実になる。
【００３９】
これによって、上保護板６１から熱伝導板５１を経由して時計ケース１０への熱の伝達が良好になり、時計ケース１０からの放熱が効率よく行われる。また、弾性部材２５は、熱伝導率が高くて熱の伝導性が良好であるから、吸熱部９３と下保護板６２の間に配置されていることによって、吸熱部９３から吸収される使用者の熱が下保護板６２に有効に伝達される。これらによって、熱電素子６０に与えられる温度差を向上させることができる。
また、図１５に示す熱発電時計４のように、ムーブメント４０と上保護板６１との間に第２の弾性部材である弾性部材２６を配置するとよい。
【００４０】
この弾性部材２６は、弾性部材２５と同じ材料で形成されるが、その形状が上保護板６１に対応する形状に形成されている点で異なっている。この弾性部材２６をムーブメント４０と上保護板６１との間に配置すると、時計ケース１０に裏蓋９５を取り付ける際にムーブメント４０と上保護板６１とによって圧縮される。そのため、熱電素子６０やその他の部品の寸法にばらつきがあってもそのばらつきを吸収し、上保護板６１と熱伝導板５１との接触及び熱伝導板５１と時計ケース１０との接触を確実にする。これによって、上保護板６１から熱伝導板５１を経由して時計ケース１０への熱の伝達が良好になり、時計ケース１０からの放熱を効率よく行なうことができる。このように、弾性部材２６を配置することによって、厚さ方向の寸法のばらつきが調整されるとともに、ムーブメント４０から、弾性部材２６及び上保護板６１までのそれぞれの接触が良好となって、熱の伝達が良好に行われ、ムーブメント４０から熱の放出が損失なく効率的に行われるようになる。
【００４１】
なお、弾性部材２６は、ムーブメント４０の下面に接触しているが、図示しないコイルやバネの突出部分との接触を避けるために、弾性部材２６と上保護板６１との一部に孔が開いている。
さらに、図１６に示す熱発電時計４のように、時計ケース１０と熱伝導板５１との間に第３の弾性部材である弾性部材２７を配置してもよい。
この弾性部材２７は、弾性部材２５と同じ材料で形成されるが、その形状が熱伝導板５１の孔部５１ａよりも大きい孔部を有する円環状に形成されている点で弾性部材２５と異なっている。この弾性部材２７を時計ケース１０と熱伝導板５１との間に配置すると、時計ケース１０に裏蓋９５を取り付ける際に時計ケース１０と熱伝導板５１とによって圧縮される。そのため、熱電素子６０やその他の部品の寸法にばらつきがあってもそのばらつきを吸収し、上保護板６１と熱伝導板５１との接触及び熱伝導板５１と時計ケース１０との接触を確実にする。これによって、上保護板６１から熱伝導板５１を経由して時計ケース１０への熱の伝達が良好となり、時計ケース１０からの放熱が効率よく行われる。
【００４２】
さらにまた、図１７に示す熱発電時計４のように、上保護板６１と熱伝導板５１との間に第４の弾性部材である弾性部材２８を配置してもよい。
この弾性部材２８は、弾性部材２５と同じ材料で形成されるが、その形状が熱伝導板５１の孔部５１ａに対応する大きさの孔部を有する縁部５１ｃに対応する円環状に形成されている点で弾性部材２５と異なっている。
この弾性部材２８を上保護板６１と熱伝導板５１との間に配置すると、時計ケース１０に裏蓋９５を取り付ける際に上保護板６１と熱伝導板５１とによって圧縮される。そのため、熱電素子６０やその他の部品の寸法にばらつきがあってもそのばらつきを吸収し、上保護板６１と熱伝導板５１との接触及び熱伝導板５１と時計ケース１０との接触を確実にする。これによって、上保護板６１から熱伝導板５１を経由して時計ケース１０への熱の伝達が良好となり、時計ケース１０からの放熱が効率よく行われる。
【００４３】
またさらに、図１８に示す熱発電時計４のように、上保護板６１とムーブメント４０との間にスペーサ２９を配置してもよい。
このスペーサ２９は、上保護板６１に対応する大きさの薄い円板状に形成され、熱伝導率の高い金属材料からなっている。形状加工のしやすさからみると、スペーサ２９の材料には例えばステンレスを用いるのが好ましい。このスペーサ２９をムーブメント４０と上保護板６１との間に配置すると、ムーブメント４０と上保護板６１との接触が良好になって熱伝達の効率が良くなり、ムーブメント４０からの熱の放出が効率的に行なわれる。
なお、スペーサ２９には、ムーブメント４０のピン、バネ、コイル等の部品による突出部に沿った形状の孔が形成されており、各突出部とぶつからないようになっている。
【００４４】
上述した各熱発電時計４は、図１４〜図１８のそれぞれ示したように、第１から第４の各弾性部材２５〜２８とスペーサ２９のうちのいずれかが配置されているものについて説明した。しかし、これらの各弾性部材２５〜２８とスペーサ２９は、その少なくとも２つ以上を組み合わせて配置することもできる。そうすると、弾性部材２５〜２８とスペーサ２９のそれぞれによる作用効果が相乗的に発揮され、吸熱部９３から吸収された熱の熱電素子６０への伝達と、熱電素子６０から時計ケース１０への熱の放出がより一層効率的に行なわれる。したがって、熱電素子６０にはより大きな温度差が与えられるようになる。
【００４５】
【発明の効果】
この発明による熱発電時計によれば、従来の熱発電時計よりも裏蓋の断熱性が向上するため、熱電素子に与えられる温度差が飛躍的に大きくなるという効果がある。その熱電素子の出力は、両端に与えられる温度差の２乗に比例して増加するため、この発明による熱発電時計は、エネルギー効率が非常に大きくなる。したがって、通常の時計駆動が容易になだけではなく、駆動に用いない余分なエネルギーも増やすことができるため、その増えたエネルギーを２次電池等に蓄えることもできる。したがって、従来の熱発電時計と携帯時間が同じでも、非形態時により長時間の駆動が可能となる。
【００４６】
また、温度差が拡大することによって熱電素子の単位面積あたりの発電量が増えるため、熱電素子の面積を縮小しても必要な熱起電力を確保することができる。したがって、時計全体を小型化することができ、熱電素子のコストダウンも可能になる。
さらに、熱伝導板を時計ケースと裏蓋とで挟んで配置することによって、時計全体の外観への影響なく内部の熱伝達の効率を向上させることができ、熱電素子の両端に与えられる温度差をさらに拡大することができる。また、内部の各所に弾性部材又はスペーサを配置することによって、各構成部品の接触が確実になり、熱伝達が損失なく行われ、一層熱電素子の温度差を拡大することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明による熱発電時計の第１の実施形態の構造を示す断面図である。
【図２】  図１における熱発電時計用裏蓋の構造を図１とは上下反対にして示す断面図である。
【図３】  図２とは異なる裏蓋を用いた熱発電時計の構造を示す図１と同様な断面図である。
【図４】  この発明に関連する熱発電時計用裏蓋の変形例を示す部分拡大断面図である。
【図５】  図２とは異なる裏蓋を用いた熱発電時計の構造を示す図１と同様な断面図である。
【図６】  この発明による熱発電時計の第２の実施形態の構造を示す断面図である。
【図７】  この発明による熱発電時計の第３の実施形態の構造を示す断面図である。
【図８】  図７とは異なる裏蓋を用いた熱発電時計の構造を示す図７と同様な断面図である。
【図９】  図７とはさらに異なる裏蓋を用いた熱発電時計の構造を示す図７と同様な断面図である。
【図１０】  円錐状傾斜面部を有する裏蓋の円錐状傾斜面部の幅方向の中間において形成される切断面を模式的に示す斜視図である。
【図１１】  この発明による熱発電時計に使用する熱電素子を拡大して模式的に示す斜視図である。
【図１２】  上保護板と下保護板を固定した熱電素子を拡大して模式的に示す断面図である。
【図１３】  この発明による熱発電時計の第４の実施形態の構造を左側半分を省略して示す断面図である。
【図１４】  同じくその熱発電時計の弾性部材を用いた変形例を示す図１３と同様な断面図である。
【図１５】  同じくその熱発電時計の別の弾性部材を用いた変形例を示す図１３と同様な断面図である。
【図１６】  同じくその熱発電時計のさらに別の弾性部材を用いた変形例を示す図１３と同様な断面図である。
【図１７】  同じくその熱発電時計のさらにまた別の弾性部材を用いた変形例を示す図１３と同様な断面図である。
【図１８】  この発明による熱発電時計の第４の実施形態におけるスペーサを用いた変形例を示す図１３と同様な断面図である。
【図１９】  図１３の固定枠を拡大して模式的に示す断面図である。
【図２０】  従来の熱発電時計の構造例を示す断面図である。
【図１】
0004663208.tif 000002
【図２】
0004663208.tif 000003
【図３】
0004663208.tif 000004
【図４】
0004663208.tif 000005
【図５】
0004663208.tif 000006
【図６】
0004663208.tif 000007
【図７】
0004663208.tif 000008
【図８】
0004663208.tif 000009
【図９】
0004663208.tif 000010
【図１０】
0004663208.tif 000011
【図１１】
0004663208.tif 000012
【図１２】
0004663208.tif 000013
【図１３】
0004663208.tif 000014
【図１４】
0004663208.tif 000015
【図１５】
0004663208.tif 000016
【図１６】
0004663208.tif 000017
【図１７】
0004663208.tif 000018
【図１８】
0004663208.tif 000019
【図１９】
0004663208.tif 000020
【図２０】
0004663208.tif 000021