JP3267286B2 - 発電装置付電子時計 - Google Patents

発電装置付電子時計

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JP3267286B2 JP2000249829A JP2000249829A JP3267286B2 JP 3267286 B2 JP3267286 B2 JP 3267286B2 JP 2000249829 A JP2000249829 A JP 2000249829A JP 2000249829 A JP2000249829 A JP 2000249829A JP 3267286 B2 JP3267286 B2 JP 3267286B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、回転錘の回転で
永久磁石ロータを回転させ、それにともないコイルに発
生する誘起電圧を蓄電手段に充電し、その蓄電手段の出
力によって時計回を作動する発電装置付電子時計の具体
的な構成に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から電池を用いた腕時計にあって
は、電池寿命を長くすることが大きな課題であった。し
かし小型な腕時計に用いられる電池の大きさには自ずと
限界があった。これらを解決するための１つの手段とし
て実現されているのが、米国特許４６５３９３１号に示
されるように太陽電池を文字板上等表示面に設け、太陽
電池によって二次電池あるいは充電用コンデンサを充電
し、該二次電池あるいはコンデンサの出力によって時計
回路を駆動する電子腕時計である。しかしこの構成では
黒色もしくは青色の太陽電池が文字板上に配置されるた
めデザイン的な限定を与えることになり、デザインを売
りものとする電子時計として好ましいものではなかっ
た。
【０００３】更に他の手段として時計内に回転錘等の機
械的な作動部を設け、これにもとづいて永久面のロータ
ーを回転させ発電させようとする考え方もあった。しか
し発電機自体が大型になり、腕時計として実現されたも
のはかつて１つもなかったのが現状である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、このような
従来の充電式電子時計の欠点の存在しない、薄型で充電
効率の良い発電装置付電子時計を実現させるものであ
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の発電装置付電子
時計は、回転錘から得られる機械エネルギーを電気エネ
ルギーに変換する発電装置付電子時計において、前記回
転錘からの動力を伝達する動力伝達部と、前記動力伝達
部により回動される永久磁石ロータと、前記永久磁石ロ
ータの周囲に配置されたステータと、前記永久磁石ロー
タを軸支する受部材と地板とを備え、前記動力伝達部
は、回転錘の回動を前記永久磁石ロータ側に伝えうるよ
う前記回転錘に備えられた回転錘歯車と、前記回転錘歯
車と噛み合う伝達かな及び前記回動を前記永久磁石ロー
タ側に伝えうる伝達歯車を備えた伝え車とを有する輪列
より構成され、前記伝え車は前記受部材と前記地板によ
って軸支され、前記回転錘歯車及び前記伝達かなは前記
回転錘と前記受部材との断面方向間に配置され、前記伝
達歯車は前記受部材と前記地板との断面方向間に配置さ
れ、前記永久磁石ロータは、カナを備えたロータ真と永
久磁石からなるロータ磁石とを備え、前記ロータ磁石は
希土類磁石を用いて２極以上に着磁され、前記ロータの
直径と前記ロータの厚さの比は０．０５〜０．５である
ことを特徴とする。
【０００６】また、本発明の発電装置付電子時計は、前
記ステータは一体形または二体形であることを特徴とす
る。
【０００７】
【発明の実施の形態】本発明をより詳細に説述するため
に、以下図面に従ってこれを説明する。図１は本発明の
発電電子腕時計の表側平面図である。地板１の上面には
時刻表示輪列、ステップモーター、蓄電手段、発電装置
及び回路基板が配置されている。各々の部分を図面と対
応させて順次説明していく。また図２（ａ），（ｂ），
（ｃ）は図１の要部断面図であり、図１と併せて説明を
していく。
【０００８】時刻表示輪列はコイルブロック３、板状の
ステータ４及び永久磁石ロータ５からなるステップモー
タにより駆動され、ロータ５に順次噛合する中間車６、
四番車７、三番車８、二番車９、日の裏車１０、筒車１
１からなる。輪列受１２は、ロータから三番車８までの
表側輸列を地板１との間で軸支している。コイル３はコ
イルとそれを貫通する磁芯からなり、コイルブロック３
を輪列受１２から離して重ねないよう構成することによ
り輪列部が厚くなるのを防いでいる。
【０００９】発電装置は図２に示されるように、輪列受
の上側に配置された回転錘受１３にベアリング１４を介
して回動自在に軸支されている回転錘１５と、該回転錘
と一体に固定された回転錘歯車１６と、該回転錘歯車１
６に順次噛合して回動される伝え車１７と発電用永久磁
石ロータ１８と、発電のために発電用ロータ１８の周囲
に配置された発電用ステータ１９と発電用コイルブロッ
ク２０からなる。回転錘１５は回転錘体１５ａと回転重
錘１５ｂを溶接して一体にしたものである。ベアリング
１４に固着される回転錘車真２１は上端部で回転錘体１
５ａをカシメ固定し、下端部に回転錘歯車１６を固着し
ている。べアリング１４は周知のものであり、回転錘受
１３に固着される外輪部１４ａと、回転錘車真２１と固
着する内輪部１４ｂとそれらの間に配置されるボール１
４ｃからなる。伝え車１７はカナを備えた伝え車真１７
ａとそれに摩擦結合する伝え歯車１７ｂとからなる。永
久磁石ロータ１８はカナを備えたロータ真１８ａと永久
磁石１８ｂとからなり、発電効率を高めるために偏平に
形成されている。実験によればロータの直径ｂＲｄとロ
ータの厚さの比が０．０５〜０．５、より好ましくは
０．１〜０．３のときに充電効率が高なることがわかっ
た。ロータ磁石は軽量で磁束密度の高いＳｍ2 Ｃｏ17等
の希土類磁石が用いられ２極着磁されているが、６極、
８極等でも可能である。伝え車１７と発電用ロータ１８
は地板１と回転錘受１３によって軸支されており、コイ
ルブロック２０は回転錘受１３と離して重ならないよう
配置し時計体が厚くなるのを防いでいる。又図１から明
らかなように発電輪列となる伝え車１７と発電用ロータ
１８は表示輪列は互いに重ならないよう分散配置され、
時計用コイルブロック３と、発電用コイルブロック２０
も厚くなるのを防ぐため地板外周の異なる位置に分散し
て配置されている。
【００１０】かかる発電装置は、回転錘１５が回動する
と回転錘歯車１６、伝え車１７を介してロータ１８か増
速回動されるので、コイルブロックに誘起電圧を発生す
る。この誘起電圧を後述する回路ブロックを介して蓄電
手段となるキャパシタに充電していくものである。回転
錘は携帯時の腕の自然な振れによって容易に回動するの
で、充分な充電が得られるものである。実験によれば、
回転錘１５からロータ１８までの増連比は、３０〜２０
０の範囲に設定する必要かあることが判った。尚ステー
タ１９は本発明では１体形ステータとしたが、これは２
体形ステータ（ＵＳＰＡＴ．３９８４９７２に記述され
る）になるとロータとステータの引き力が大きくなり回
転錘の回動のブレーキとなるのを防ぐためである。もち
ろん設定を厳密にすれば２体形ステータでも使用でき
る。
【００１１】又上述した発電装置の場合、落下等によっ
て回転錘１５に強い衝撃負荷トルクが加わると、動力伝
達部の歯車の支持部分、及び歯車の歯が破損してしまい
耐衝撃性能に劣るという問題を有する。耐衝撃性能を向
上させるためには、個々の部品を衝撃力に耐えられる様
に強度アップさせる必要があるが、これには構造の大型
化が伴い、腕時計の様な小さな製品に採用するのは困難
となるといった問題がある。
【００１２】そこで本発明では、前記回転錘の動力伝達
部に摩擦力で動力を伝達する機構を少なくとも１つ有し
ているものであり、落下等による強い衝撃負荷トルクの
回転重衝に加わったときに、前記摩擦力で動力を伝達す
る機構がスリップし、前記機構以降の動力伝達部に強い
衝撃負荷トルクが伝わるのを回避することができる。
【００１３】具体的には前述した如く伝え車１７の伝え
車真１７ａと伝え歯車１７ｂが摩擦力をもって取り付け
られている。図３に伝え歯車１７ｂの平面図を示す。伝
え歯車１７ｂに弾性腕１７ｃによって伝え車真に弾着し
ている。
【００１４】この摩擦力は、次の関係から設定されてい
る。まず通常時を考えるとスリップせずに伝達しなけれ
ばならないので、ロータ１８とステータ１９に生じる磁
力による負荷分及び輪列部の摩擦などの機械的な負荷よ
り大きな摩擦力になっている。次に衝撃時を考えると、
磁力による負荷はロータ１８の回転速度が速くなると電
磁誘導作用から大きくなるので、摩擦力はこの負荷及び
先程の機械的な負荷より小さくなっている。
【００１５】これらの値は、簡易的に次の考え方で求め
れば実使用を満足する。摩擦力の下限値は歯数比でトル
ク換算し回転錘のアンバランストルクに打ちかつ様に設
定する。たとえば回転錘のアンバランストルクをＷｇc
m、回転錘歯車の歯数をＺ1 、伝え車かなの歯数をＺ2
としたときの伝え車摩擦力は、ＷＸ（Ｚ2 ／Ｚ1 ）以上
に設定すれば良い。こうすれば時計を静かに携帯する時
は、回転錘に１Ｇ程度の加速度が加わっているのだけな
のでスリップしてしまうことはない。摩擦力の上限値
は、車のほぞ、歯部等機械的な強度限界よりも小さな値
とすれば良い。
【００１６】以上の構成によれば、通常携帯時は、腕の
動き等によって発生する回転重錘１５のトルクより、摩
擦力が大きいため、伝え歯車１７ｂは回転重錘２の回転
をそのままロータ１８に伝えるが、例えば落下等の強い
衝撃が回転錘１５に加わった時は、回転錘１５のトルク
が摩擦力を上まわるので、伝え歯車１７ｂがスリップ
し、回転錘１５の回転は以降の車に伝えられない。
【００１７】尚摩擦係合する位置は他の車の位置でも良
い。即ち回転錘歯車１６と回転錘車真２１の間、ロータ
カナ１８ａとロータ磁石１８ｂの間に摩擦係合部を設け
てもよい。
【００１８】この場合の摩擦力は、それぞれの歯数比に
より異なり、前者の場合には、回転錘のアンバランスト
ルク以上必要で、後者の場合には、伝え歯車とロータ真
のかなの歯数比分だけ、さらに小さくて良い。
【００１９】又、摩擦力を発生させる構造については、
前述に限定されず、分車のスリップ機構として使われる
周知の筒カナつぶし方法や磁石の磁力を設いた方法な
ど、様々な構造が考えられる。
【００２０】磁石を設いた構造の一例を図５に示し、図
に沿って説明する。１７ａは磁性体よりなる伝え車のか
な、１７ｄは磁石、１７ｂは伝え車の歯車を示す。磁石
１７ｄは歯車１７ｂと固着され、歯車１７ｂはかな１７
ａとガタで係合している。歯車１７ｂは、磁石１７ｄと
かな１７ａの吸着力により、かな１７ａと固着されてい
る。回転錘からの力が吸着力より弱い時は、回転を伝達
し、吸着力より強い時はかな１７ａが空回りすることに
なる。又、この構造を、発電用ガタに応用すれば、磁石
を、ロータ磁石と兼用することも可能である。
【００２１】蓄電手段はキャパシタ２によって構成され
る。キャパシタ２は図１及び図２８（ｃ）から明らかな
ように凸状電極部２ａにリード板２３が溶接固着されて
いる。キャパシタ２はリード板２３が表になるように地
極の凹所に設置され、絶縁板２５を介してリング状のキ
ャパシタ押さえ２４で押圧保持される。キャパシタ押さ
え２４はネジ２６，２７によって地板１に固着される。
この際回路基板２８のパターン２８ａがリード板２３と
地板１の間で挟持され負極の電気的導通をとっている。
キャパシタの正極は回路基板パターンと導通するプラス
リード３９をキャパシタ２のサイドに弾性接触させて導
通をとる。
【００２２】回路基板２８はフレキシブル基板をベース
として、その地板と対向する面上にＩＣチップ３０、ダ
イオード３１、昇圧用コンデンサ３２、補助コンデンサ
３３、水晶振動子３４が固着され電極パターンによって
互いに接続している。回路基板２８の一方の端部２８ｂ
には発電用コイルブロック２０に設けられたコイルリー
ド基板２０ａのパターンと接続するパターンが設けられ
ておりネジ３５によって圧着接続させている。又回路基
板２８の他端２８ｃには前述したキャパシタ２との接続
部としてのパターン２８ａが回路基板から突出してい
る。また回路基板２８の中間には時計用コイルブロック
３と水晶振動子３４を逃げるための孔部２８ｄが構成さ
れ、時計が厚くなることを防いでいる。孔部２８ｄの周
辺には時計用コイルブロック３のコイルリード基板３ａ
のパターンと接続するパターンが形成されネジ３６によ
って圧着接続されている。回路基板２８に固着されるＩ
Ｃチップ３０、ダイオード３１、昇圧用コンデンサ３
２、補助コンデンサ３３、水晶振動子４といった電子部
品は各々プラスチック地板１の凹所に収納され保護され
るとともに、時計体が厚くならないように工夫されてい
る。また回路基板２８は表示輪列及び発電輪列と重ねな
いように分散して配置し時計か厚くなるのを防いでい
る。
【００２３】また回路基板２８の表側には金属薄板で形
成された回路押さえ板２９が載置されている。回路押さ
え板２９はネジ３５，３６，２６及びコイルブロック３
を固定するネジ３８のネジ類と回路基板の間に介在する
よう配置され、多ネジによって地板に固定される。回路
押さえ板２９の１部には回転重錘の軌跡を障げないよう
地板周辺部の回路基板２８を押さえつけるばね部２９
ａ、２９ｂが形成されており、またネジ３８の近傍に巻
真の位置決めをなすオシドリ（図示せず）を押圧するバ
ネ部２９Ｃを形成している。バネ部２９ｃと対向する回
路基板は孔部が形成されている。また水晶振動子３４を
地板に押圧するバネ部２９ｄと、ケースに接触してアー
スをとるバネ部２９ｅＩとを一体に備えている。尚アー
スリード用のバネ部２９ｅを時計体の側面に設けたのは
回転錘１５の軌跡を妨げないようにするためである。
【００２４】以上、時刻表示輪列、ステップモーター、
蓄電手段、発電装置及び回路基板について順次説明して
きた。ここで全体レイアウトについての特徴を述べる。
【００２５】本実施例におけるレイアウトは、表示輪列
５，６，７，８と発電輪列１７，１８、時計用のコイル
ブロック３、発電用コイルブロック２０、キャパシタ
２、回路基板２８を互いに平面的に重ねることなく分散
して配置し、回路基板上の電気素子は地板１上の凹所に
収納して厚くなることを防いでおり、更に水晶振動子３
４を時計用コイル３の外側の不要空間部に配置してスペ
ースをかせぐ等工夫することにより、回転錘１５を除い
た機械体を全体として偏平な形状に作ることができる。
また回転錘１５はその外周の厚肉箇所１５ｃがコイルの
外側の地板外周部に設けられて断面的にコイルと同一平
面上にくるよう構成したので、回転錘１５と回転錘受１
３の隙間も最小限にすることができ、回転錘をもちなが
らも、全体として通常の時計の厚さと比べても何等遜色
のない電子時計を提供できるものである。併せて回転重
錘の最重量部を時計の最外周部にもってくることによ
り、発電効率の高い発電装置付電子時計を提供できるも
のである。
【００２６】尚本実施例に用いられる発電回路について
図４（ａ），（ｂ）に略記する。図４（ａ）は全波整流
回路を用いた例である。発電用コイル４０に全波整流用
ダイオード４１，４２，４３，４４が接続されており、
そこに蓄電用キャパシタ４５が接続されている。４６は
補助コンデンサでありキャパシタ４５に比べて容量を小
さくしてある。キャパシタ４５の電荷で補助コンデンサ
４６を充電し、それによって時計回路４７が駆動され
る。回転錘の一方の回転にともない実線の如き電流が流
れ、他方の回転によって破線の如く電流が流れる。これ
によって回転重錘のいかなる回転も充電に利用すること
ができるものである。尚４８はリミッターであり、キャ
パシタ４５が過充電状態になったときそれを検出してコ
イル両端を端絡させ、それ以上の充電がされないように
するものである。
【００２７】図４（ｂ）は半波整流回路を用いた例であ
る。図中、コイル４０、キャパシタ４５、補助コンデン
サ４６、時計回路４７、リミッター４８は図４（ａ）と
同様である。本実施例においては電流素子としてダイオ
ード４９が１つだけ用いられている。この場合ダイオー
ド数が少なくなるのでその分抵抗成分が減じられるよう
効率の良い充電が可能となる。
【００２８】尚キャパシタ４５の蓄電電圧をより有効に
利用するために、キャパシタ４５と補助コンデンサ４６
の間に昇圧回路を挿入することも可能である。この具体
的な構成は、同一出願人により既にアメリカに出願され
ているＳｅｒｉａｌＮｏ．０６／８４９，９３２に詳述
されている。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、永久磁石ロータは、カ
ナを備えたロータ真と永久磁石からなるロータからな
り、ロータ磁石は希土類磁石を用いて２極以上に着磁さ
れ、ロータの直径とロータの厚さの比は０．０５〜０．
５であるので、ロータが偏平となって発電機構を薄くで
きるとともに充電効率も向上させることができるので、
発電機構が薄くできてデザイン性に優れ、かつ充電効率
の良い発電装置付電子時計を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る発電電子腕時計の平面図。
【図２】（ａ）は図１の電子腕時計の部分断面図、
（ｂ）は図１の電子腕時計の部分断面図、（ｃ）は図１
の電子腕時計の部分断面図。
【図３】伝え歯車の平面図。
【図４】本発明の発電電子腕時計に用いられる発電回路
の概略図。
【図５】発明の他の実施例を示すＡＧ中間車の断面図。
【符号の説明】
１………地板 ２………キャパシタ ３………コイルブロック ４………ステータ ５………コイルブロックロータ １２……輪列受 １５……回転錘 １６……回転錘歯車 １７……伝え車 １８……発電用永久磁石ロータ １９……発電用ステータ ２０……発電用コイルブロック ２８……回路押さえ板 ２９……回路基板 ４０……発電用コイル ４１、４２、４３、４４……ダイオード ４５……蓄電用キャパシタ ４６……補助コンデンサ ４７……時計回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G04C 10/00 G04C 3/14 H02K 1/27 501

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 回転錘から得られる機械エネルギーを電
    気エネルギーに変換する発電装置付電子時計において、
    前記回転錘からの動力を伝達する動力伝達部と、前記動
    力伝達部により回動される永久磁石ロータと、前記永久
    磁石ロータの周囲に配置されたステータと、前記永久磁
    石ロータを軸支する受部材と地板とを備え、 前記動力伝達部は、回転錘の回動を前記永久磁石ロータ
    側に伝えうるよう前記回転錘に備えられた回転錘歯車
    と、前記回転錘歯車と噛み合う伝達かな及び前記回動を
    前記永久磁石ロータ側に伝えうる伝達歯車を備えた伝え
    車とを有する輪列より構成され、前記伝え車は前記受部
    材と前記地板によって軸支され、前記回転錘歯車及び前
    記伝達かなは前記回転錘と前記受部材との断面方向間に
    配置され、前記伝達歯車は前記受部材と前記地板との断
    面方向間に配置され、 前記永久磁石ロータは、カナを備えたロータ真と永久磁
    石からなるロータ磁石とを備え、前記ロータ磁石は希土
    類磁石を用いて２極以上に着磁され、前記ロータの直径
    と前記ロータの厚さの比は０．０５〜０．５であること
    を特徴とする発電装置付電子時計。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記ステータは一体
    形または二体形であることを特徴とする発電装置付電子
    時計。
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