JPH0843555A - 電子時計 - Google Patents
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- JPH0843555A JPH0843555A JP6178991A JP17899194A JPH0843555A JP H0843555 A JPH0843555 A JP H0843555A JP 6178991 A JP6178991 A JP 6178991A JP 17899194 A JP17899194 A JP 17899194A JP H0843555 A JPH0843555 A JP H0843555A
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- electronic timepiece
- electromotive force
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- G—PHYSICS
- G04—HOROLOGY
- G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
- G04C10/00—Arrangements of electric power supplies in time-pieces
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/34—Parallel operation in networks using both storage and other DC sources, e.g. providing buffering
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/01—Manufacture or treatment
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10N10/00—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects
- H10N10/10—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects
- H10N10/17—Thermoelectric devices comprising a junction of dissimilar materials, i.e. devices exhibiting Seebeck or Peltier effects operating with only the Peltier or Seebeck effects characterised by the structure or configuration of the cell or thermocouple forming the device
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- General Physics & Mathematics (AREA)
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- Electromechanical Clocks (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 小型で薄型の熱電素子を用いた電子時計を実
現する。 【構成】 シリコンで構成した第一の絶縁体１０１を吸
熱側、シリコンで構成した第二の絶縁体１０２を放熱側
とすると、吸熱側の温度を、放熱側と比較して高温とな
るような温度差を与えた場合、絶縁体１０１から絶縁体
１０２の方向に熱が伝達される。その際に、ｎ型半導体
１０３の中では電子が放熱側の絶縁体１０２の方向に移
動する。ｐ型半導体１０４の中では正孔が放熱側の絶縁
体１０２の方向に移動する。ｎ型半導体１０３とｐ型半
導体１０４は接続部１０５を介して電気的に直列に接続
されているため、熱の伝達が電流に変換され、出力端部
１０６間に起電力を得る事ができる。また、蓄電手段１
０８に、起電力が蓄えられる。時刻表示手段１０９は、
蓄電手段１０９からの起電力により作動する。
現する。 【構成】 シリコンで構成した第一の絶縁体１０１を吸
熱側、シリコンで構成した第二の絶縁体１０２を放熱側
とすると、吸熱側の温度を、放熱側と比較して高温とな
るような温度差を与えた場合、絶縁体１０１から絶縁体
１０２の方向に熱が伝達される。その際に、ｎ型半導体
１０３の中では電子が放熱側の絶縁体１０２の方向に移
動する。ｐ型半導体１０４の中では正孔が放熱側の絶縁
体１０２の方向に移動する。ｎ型半導体１０３とｐ型半
導体１０４は接続部１０５を介して電気的に直列に接続
されているため、熱の伝達が電流に変換され、出力端部
１０６間に起電力を得る事ができる。また、蓄電手段１
０８に、起電力が蓄えられる。時刻表示手段１０９は、
蓄電手段１０９からの起電力により作動する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は熱電素子を用いた電子時
計に関するものである。
計に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】熱電素子を備えた電子時計として、例え
ば、特開昭５５−２０４８３号公報に記載のものがあ
る。この公報に記載の熱電素子は、冷極と熱極とを備
え、この冷極と熱極との温度を違えるようにし、熱電素
子に起電力を発生させるゼーベック効果を利用してい
る。この公報に記載の実施例を図１２に示す。
ば、特開昭５５−２０４８３号公報に記載のものがあ
る。この公報に記載の熱電素子は、冷極と熱極とを備
え、この冷極と熱極との温度を違えるようにし、熱電素
子に起電力を発生させるゼーベック効果を利用してい
る。この公報に記載の実施例を図１２に示す。
【０００３】図１２に示すように、腕時計ケースに接触
する裏蓋１００３の内側に、熱電素子１００２を設け、
この熱電素子の裏蓋側に熱極を設けている。これに対し
て、冷却は文字板の下面でムーブメント１００３側に設
けている。
する裏蓋１００３の内側に、熱電素子１００２を設け、
この熱電素子の裏蓋側に熱極を設けている。これに対し
て、冷却は文字板の下面でムーブメント１００３側に設
けている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、図１２に示し
た熱電素子を有する電子時計を示した特開昭５５−２０
４８３号公報は、熱電素子とムーブメントとの構成だけ
であり、詳細な熱電素子の構成による電子時計の構成は
示されていない。
た熱電素子を有する電子時計を示した特開昭５５−２０
４８３号公報は、熱電素子とムーブメントとの構成だけ
であり、詳細な熱電素子の構成による電子時計の構成は
示されていない。
【０００５】熱電素子の発電能力は、ｎ型半導体および
ｐ型半導体の数に比例し、ｎ型半導体およびｐ型半導体
の厚さは厚い方ほど発生する起電力が大きく、また、発
電効率においても高くなる。しかし、この熱電素子を電
子時計に用いる場合には、熱電素子の体積を出来るだけ
小さいことが必要であると共に、発電能力の向上が要求
される。
ｐ型半導体の数に比例し、ｎ型半導体およびｐ型半導体
の厚さは厚い方ほど発生する起電力が大きく、また、発
電効率においても高くなる。しかし、この熱電素子を電
子時計に用いる場合には、熱電素子の体積を出来るだけ
小さいことが必要であると共に、発電能力の向上が要求
される。
【０００６】本発明の目的は、上記課題を解決して、小
型かつ電子時計が止まることのない発電能力の熱電素子
を備える電子時計を提供することにある。
型かつ電子時計が止まることのない発電能力の熱電素子
を備える電子時計を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、電子時計において、複数のｎ型半導体と複
数のｐ型半導体を交互に電気的に直列となるように接続
する複数の接続部と、起電力を取り出すための出力端子
部と、接続部を一つおきに固定する、シリコンで構成し
た第一の絶縁体と、第一の絶縁体に固定されていない接
続部を固定する、シリコンで構成した第二の絶縁体とを
有し、複数のｎ型半導体と複数のｐ型半導体を２０００
個以上７５００個以下に直列接続して熱電素子を構成
し、熱電素子から発生した起電力を蓄える蓄電手段と、
時刻表示手段を有する構成とした。
に本発明は、電子時計において、複数のｎ型半導体と複
数のｐ型半導体を交互に電気的に直列となるように接続
する複数の接続部と、起電力を取り出すための出力端子
部と、接続部を一つおきに固定する、シリコンで構成し
た第一の絶縁体と、第一の絶縁体に固定されていない接
続部を固定する、シリコンで構成した第二の絶縁体とを
有し、複数のｎ型半導体と複数のｐ型半導体を２０００
個以上７５００個以下に直列接続して熱電素子を構成
し、熱電素子から発生した起電力を蓄える蓄電手段と、
時刻表示手段を有する構成とした。
【０００８】
【作用】図１は本発明の熱電素子の構造と発電原理およ
び電子時計の動作原理図である。 シリコンで構成した
第一の絶縁体１０１を吸熱側、シリコンで構成した第二
の絶縁体１０２を放熱側とすると、吸熱側の温度を、放
熱側と比較して高温となるような温度差を与えた場合、
絶縁体１０１から絶縁体１０２の方向に熱が伝達され
る。その際に、ｎ型半導体１０３の中では電子が放熱側
の絶縁体１０２の方向に移動する。ｐ型半導体１０４の
中では正孔が放熱側の絶縁体１０２の方向に移動する。
ｎ型半導体１０３とｐ型半導体１０４は接続部１０５を
介して電気的に直列に接続されているため、熱の伝達が
電流に変換され、出力端部１０６間に起電力を得る事が
できる。
び電子時計の動作原理図である。 シリコンで構成した
第一の絶縁体１０１を吸熱側、シリコンで構成した第二
の絶縁体１０２を放熱側とすると、吸熱側の温度を、放
熱側と比較して高温となるような温度差を与えた場合、
絶縁体１０１から絶縁体１０２の方向に熱が伝達され
る。その際に、ｎ型半導体１０３の中では電子が放熱側
の絶縁体１０２の方向に移動する。ｐ型半導体１０４の
中では正孔が放熱側の絶縁体１０２の方向に移動する。
ｎ型半導体１０３とｐ型半導体１０４は接続部１０５を
介して電気的に直列に接続されているため、熱の伝達が
電流に変換され、出力端部１０６間に起電力を得る事が
できる。
【０００９】また、蓄電手段１０８に、起電力が蓄えら
れる。時刻表示手段１０９は、蓄電手段１０９からの起
電力により作動する。図９は本発明の複合素子を使用し
た熱電素子の構造と発電原理および電子時計の動作原理
図である。シリコンで構成した第一の絶縁体７０１を吸
熱側、シリコンで構成した第二の絶縁体７０２を放熱側
とすると、吸熱側の温度を、放熱側と比較して高温とな
るような温度差を与えた場合、絶縁体７０１から絶縁体
７０２の方向に熱が伝達される。その際に、ｎ型半導体
複合素子７０３の中では電子が放熱側の絶縁体７０２の
方向に移動する。ｐ型半導体複合素子７０４の中では正
孔が放熱側の絶縁体７０２の方向に移動する。ｎ型半導
体複合素子７０３とｐ型半導体複合素子７０４は接続部
７０５を介して電気的に直列に接続されているため、熱
の伝達が電流に変換され、出力端部７０６間に起電力を
得る事ができる。
れる。時刻表示手段１０９は、蓄電手段１０９からの起
電力により作動する。図９は本発明の複合素子を使用し
た熱電素子の構造と発電原理および電子時計の動作原理
図である。シリコンで構成した第一の絶縁体７０１を吸
熱側、シリコンで構成した第二の絶縁体７０２を放熱側
とすると、吸熱側の温度を、放熱側と比較して高温とな
るような温度差を与えた場合、絶縁体７０１から絶縁体
７０２の方向に熱が伝達される。その際に、ｎ型半導体
複合素子７０３の中では電子が放熱側の絶縁体７０２の
方向に移動する。ｐ型半導体複合素子７０４の中では正
孔が放熱側の絶縁体７０２の方向に移動する。ｎ型半導
体複合素子７０３とｐ型半導体複合素子７０４は接続部
７０５を介して電気的に直列に接続されているため、熱
の伝達が電流に変換され、出力端部７０６間に起電力を
得る事ができる。
【００１０】また、蓄電手段７０８に、起電力が蓄えら
れる。時刻表示手段７０９は、蓄電手段７０８からの起
電力により作動する。図２は本発明の電子時計の動作原
理を示すシステムブロック図である。熱電素子２０１に
温度差が与えられ、起電力が発生し、蓄電手段２０２に
起電力が蓄えられる。蓄電手段２０２の電圧が時刻表示
手段２０３を駆動できる電圧値に達すると、時刻表示手
段２０３が駆動する。
れる。時刻表示手段７０９は、蓄電手段７０８からの起
電力により作動する。図２は本発明の電子時計の動作原
理を示すシステムブロック図である。熱電素子２０１に
温度差が与えられ、起電力が発生し、蓄電手段２０２に
起電力が蓄えられる。蓄電手段２０２の電圧が時刻表示
手段２０３を駆動できる電圧値に達すると、時刻表示手
段２０３が駆動する。
【００１１】
（１）第一実施例 図１は本発明の熱電素子の構造と発電原理および熱電素
子を設けた電子時計の動作原理を示す図である。絶縁体
１０１、絶縁体１０２はシリコンを用いている。絶縁体
１０１を吸熱側、第二の絶縁体１０２を放熱側とする
と、吸熱側が高温、放熱側が低温となるような温度差を
与えた場合、第一の絶縁体１０１から第二の絶縁体１０
２の方向に熱が伝達される。その際に、ｎ型半導体１０
３およびｐ型半導体１０４をビスマス−テルル系あるい
はナマリ−テルル系材料を使用した場合、ｎ型半導体１
０３では電子が放熱側の第二の絶縁体１０２の方向に移
動すると共に、ｐ型半導体１０４では正孔が放熱側の第
二の絶縁体１０２の方向に移動する。ｎ型半導体１０３
とｐ型半導体１０４は電極１０５を介して電気的に直列
に接続されているため熱の伝達が電流に変換され、両端
の電極１０６の間に起電力が生じる。
子を設けた電子時計の動作原理を示す図である。絶縁体
１０１、絶縁体１０２はシリコンを用いている。絶縁体
１０１を吸熱側、第二の絶縁体１０２を放熱側とする
と、吸熱側が高温、放熱側が低温となるような温度差を
与えた場合、第一の絶縁体１０１から第二の絶縁体１０
２の方向に熱が伝達される。その際に、ｎ型半導体１０
３およびｐ型半導体１０４をビスマス−テルル系あるい
はナマリ−テルル系材料を使用した場合、ｎ型半導体１
０３では電子が放熱側の第二の絶縁体１０２の方向に移
動すると共に、ｐ型半導体１０４では正孔が放熱側の第
二の絶縁体１０２の方向に移動する。ｎ型半導体１０３
とｐ型半導体１０４は電極１０５を介して電気的に直列
に接続されているため熱の伝達が電流に変換され、両端
の電極１０６の間に起電力が生じる。
【００１２】電極１０６の間に発生した起電力は、蓄電
手段１０８に蓄えられ、蓄電手段１０８の電圧が時刻表
示手段１１０を駆動できる電圧値に達すると、時刻表示
手段１０９が駆動し始めることができる。図２は本発明
の熱電素子をエネルギー源として用いた電子時計の動作
原理を示すシステムブロック図である。熱電素子２０１
に温度差が与えられ、起電力が発生すると、蓄電手段２
０２に蓄えられる。蓄電手段２０２の電圧が時刻表示手
段２０３を駆動するのに十分な大きさに達すると、時刻
表示手段２０３が動作し始める。
手段１０８に蓄えられ、蓄電手段１０８の電圧が時刻表
示手段１１０を駆動できる電圧値に達すると、時刻表示
手段１０９が駆動し始めることができる。図２は本発明
の熱電素子をエネルギー源として用いた電子時計の動作
原理を示すシステムブロック図である。熱電素子２０１
に温度差が与えられ、起電力が発生すると、蓄電手段２
０２に蓄えられる。蓄電手段２０２の電圧が時刻表示手
段２０３を駆動するのに十分な大きさに達すると、時刻
表示手段２０３が動作し始める。
【００１３】図３〜図５に本発明の第一実施例における
製造工程の説明図を示す。図３〜図５に示す製造方法に
よると、熱電素子の小型化、薄型化が可能で単位面積当
りの素子数を多くできる。電子時計に熱電素子を搭載す
る場合、小スペースに多くの素子を設けることが必要と
される。以下にその製造方法の一例を示す。
製造工程の説明図を示す。図３〜図５に示す製造方法に
よると、熱電素子の小型化、薄型化が可能で単位面積当
りの素子数を多くできる。電子時計に熱電素子を搭載す
る場合、小スペースに多くの素子を設けることが必要と
される。以下にその製造方法の一例を示す。
【００１４】あらかじめ熱電素子として必要な厚さとな
るべき以上の厚さを有する板状あるいは棒状の熱電半導
体３０１をｐ型およびｎ型について、各々、所望の大き
さを有する柱状に切断する。この際、熱電半導体材料３
０１は切断中、切断後を通じて固定された状態としてお
き、バラバラにならないようにする。このため、熱電半
導体材料３０１を完全に切断しないか、あるいは、熱電
半導体材料３０１をワックス、接着剤、はんだ等により
ガラス板等の別の基体３０２に接合しておく（工程３０
０１・工程３００２）。
るべき以上の厚さを有する板状あるいは棒状の熱電半導
体３０１をｐ型およびｎ型について、各々、所望の大き
さを有する柱状に切断する。この際、熱電半導体材料３
０１は切断中、切断後を通じて固定された状態としてお
き、バラバラにならないようにする。このため、熱電半
導体材料３０１を完全に切断しないか、あるいは、熱電
半導体材料３０１をワックス、接着剤、はんだ等により
ガラス板等の別の基体３０２に接合しておく（工程３０
０１・工程３００２）。
【００１５】次に、ｐ型半導体材料３０３とｎ型半導体
材料３０４の柱の先端がお互いの隙間に入るように交互
に向かい合わせて配置する（工程３００３）。この向か
い合わせたｐ型半導体３０３と、ｎ型半導体３０４の柱
の隙間の一部、または、全部を樹脂、ガラス、セラミッ
クス等の絶縁性の物質３０５で充填し、硬化させるかな
どすることにより、固定・一体化する（工程３００
４）。
材料３０４の柱の先端がお互いの隙間に入るように交互
に向かい合わせて配置する（工程３００３）。この向か
い合わせたｐ型半導体３０３と、ｎ型半導体３０４の柱
の隙間の一部、または、全部を樹脂、ガラス、セラミッ
クス等の絶縁性の物質３０５で充填し、硬化させるかな
どすることにより、固定・一体化する（工程３００
４）。
【００１６】この一体化したものを柱に垂直方向に切断
あるいは研磨することによってｐ型半導体、およびｎ型
半導体の端面を出す（工程３００５・工程３００６）。
図５に示す工程３００７は、この熱電素子ウェハーの断
面と表面を表した図である。この方法によれば、数ｍｍ
以下の大きさのチップに切断された熱電半導体材料を基
板に配列せずに、まとめて配列・固定した状態で加工が
できる。すなわち、従来、作製に困難であった微小サイ
ズの熱電素子の作製が可能となり、腕時計等のような小
スペースにおいても、多くの熱電半導体素子を配置する
事ができ、高い起電力を発生する事が可能となる。
あるいは研磨することによってｐ型半導体、およびｎ型
半導体の端面を出す（工程３００５・工程３００６）。
図５に示す工程３００７は、この熱電素子ウェハーの断
面と表面を表した図である。この方法によれば、数ｍｍ
以下の大きさのチップに切断された熱電半導体材料を基
板に配列せずに、まとめて配列・固定した状態で加工が
できる。すなわち、従来、作製に困難であった微小サイ
ズの熱電素子の作製が可能となり、腕時計等のような小
スペースにおいても、多くの熱電半導体素子を配置する
事ができ、高い起電力を発生する事が可能となる。
【００１７】図６は各絶縁体にシリコンを用いた場合に
おける熱電素子の厚さと出力電圧の変化をシミュレーシ
ョンしたグラフである。このとき熱電素子に与えた温度
差は、室温において腕時計を腕に携帯した時に得られた
実験結果より、吸熱側と放熱側との温度差を２℃と設定
した。また、素子の断面積は０．０１ｍｍ2 とし、熱電
素子数をｎ型半導体およびｐ型半導体の合計が２０００
〜４５００個の場合を示した。また、図６では、厚さ４
ｍｍ以上では発生する出力電圧値の上昇が小さいことか
ら、厚さ４ｍｍまでの熱電素子からの出力電圧の変化を
示した。
おける熱電素子の厚さと出力電圧の変化をシミュレーシ
ョンしたグラフである。このとき熱電素子に与えた温度
差は、室温において腕時計を腕に携帯した時に得られた
実験結果より、吸熱側と放熱側との温度差を２℃と設定
した。また、素子の断面積は０．０１ｍｍ2 とし、熱電
素子数をｎ型半導体およびｐ型半導体の合計が２０００
〜４５００個の場合を示した。また、図６では、厚さ４
ｍｍ以上では発生する出力電圧値の上昇が小さいことか
ら、厚さ４ｍｍまでの熱電素子からの出力電圧の変化を
示した。
【００１８】腕時計等の携帯機器の駆動源として一般的
に使用されているものとして、銀電池、あるいは、ペー
パー電池等があげられる。ペーパー電池の厚さは、一般
的に０．５ｍｍ程度であり、また、銀電池厚みは、約１
ｍｍ〜６ｍｍである。すなわち、これらの駆動源と同等
サイズの熱電素子を腕時計に搭載する場合では、ムーブ
メント厚さ、外装厚さ等の制約があることから、熱電素
子の厚さは、従来から使用されている銀電池、あるい
は、ペーパー電池等と同等の厚さである約０．５ｍｍ以
上６ｍｍ以下とすることが必要となる。また、図６よ
り、熱電素子の厚みを１ｍｍ以上とすることにより、出
力電圧値のバラツキが小さくなることや、腕時計の駆動
源として一般的に使用されているのは、ほとんどの場
合、銀電池であることから、熱電素子の厚みは１ｍｍ以
上６ｍｍ以下とすることが更に望ましい。
に使用されているものとして、銀電池、あるいは、ペー
パー電池等があげられる。ペーパー電池の厚さは、一般
的に０．５ｍｍ程度であり、また、銀電池厚みは、約１
ｍｍ〜６ｍｍである。すなわち、これらの駆動源と同等
サイズの熱電素子を腕時計に搭載する場合では、ムーブ
メント厚さ、外装厚さ等の制約があることから、熱電素
子の厚さは、従来から使用されている銀電池、あるい
は、ペーパー電池等と同等の厚さである約０．５ｍｍ以
上６ｍｍ以下とすることが必要となる。また、図６よ
り、熱電素子の厚みを１ｍｍ以上とすることにより、出
力電圧値のバラツキが小さくなることや、腕時計の駆動
源として一般的に使用されているのは、ほとんどの場
合、銀電池であることから、熱電素子の厚みは１ｍｍ以
上６ｍｍ以下とすることが更に望ましい。
【００１９】熱電素子数においては、一般のＩＣの動作
電圧の実力値は０．７Ｖであることを考慮する場合、熱
電素子の厚さが３ｍｍ以上であれば、熱電素子数を２０
００個以上設ける事により、起電力０．７Ｖを発生する
事が可能となり、腕時計のＩＣが駆動可能となる。すな
わち、最も厚みのある６ｍｍの銀電池の替わりとして、
熱電素子を使用する場合においても、熱電素子数を２０
００個以上設ければよいことがわかる。
電圧の実力値は０．７Ｖであることを考慮する場合、熱
電素子の厚さが３ｍｍ以上であれば、熱電素子数を２０
００個以上設ける事により、起電力０．７Ｖを発生する
事が可能となり、腕時計のＩＣが駆動可能となる。すな
わち、最も厚みのある６ｍｍの銀電池の替わりとして、
熱電素子を使用する場合においても、熱電素子数を２０
００個以上設ければよいことがわかる。
【００２０】また、従来の時計用銀電池の電圧は、初期
状態で１．６Ｖであり、使用開始後に１．５Ｖとなるこ
とを考慮した場合、図６と同様のシミュレーションを行
うと、熱電素子厚みがペーパー電池厚みと同等である約
０．５ｍｍあるとした場合、出力電圧を１．６Ｖとした
時には、熱電素子数は７５００個程度接続する必要があ
る。
状態で１．６Ｖであり、使用開始後に１．５Ｖとなるこ
とを考慮した場合、図６と同様のシミュレーションを行
うと、熱電素子厚みがペーパー電池厚みと同等である約
０．５ｍｍあるとした場合、出力電圧を１．６Ｖとした
時には、熱電素子数は７５００個程度接続する必要があ
る。
【００２１】したがって、電子時計の駆動源として熱電
素子を使用する場合、熱電素子数においては２０００個
以上７５００個以下とすることが望ましい。また、腕時
計の駆動源として一般的に使用されている銀電池として
の代替えとして熱電素子を考えた場合では、銀電池厚み
は、約１ｍｍ〜６ｍｍであることから、同様のシミュレ
ーションを行えば、熱電素子数は２０００個以上５５０
０個以下とすれば、熱電素子の出力電圧０．７Ｖ〜１．
５Ｖを実現できる。
素子を使用する場合、熱電素子数においては２０００個
以上７５００個以下とすることが望ましい。また、腕時
計の駆動源として一般的に使用されている銀電池として
の代替えとして熱電素子を考えた場合では、銀電池厚み
は、約１ｍｍ〜６ｍｍであることから、同様のシミュレ
ーションを行えば、熱電素子数は２０００個以上５５０
０個以下とすれば、熱電素子の出力電圧０．７Ｖ〜１．
５Ｖを実現できる。
【００２２】ここで、熱電素子数は、必要とする出力電
圧値を達成できる最小数とすることにより、熱電素子の
配置に必要な面積の低減、製造工程の削減、コスト低減
等が実現可能となる。図７は、絶縁体にシリコンを用い
た時の出力電流値の変化をシミュレーションによって計
算した一例である。シミュレーション条件は、絶縁体の
吸熱側の温度を放熱側の温度と比較して２℃、ｎ型素子
とｐ型素子を合わせて４０００個とした時の出力電流の
変化をシミュレーションによって理論計算によって求め
たものである。
圧値を達成できる最小数とすることにより、熱電素子の
配置に必要な面積の低減、製造工程の削減、コスト低減
等が実現可能となる。図７は、絶縁体にシリコンを用い
た時の出力電流値の変化をシミュレーションによって計
算した一例である。シミュレーション条件は、絶縁体の
吸熱側の温度を放熱側の温度と比較して２℃、ｎ型素子
とｐ型素子を合わせて４０００個とした時の出力電流の
変化をシミュレーションによって理論計算によって求め
たものである。
【００２３】図７より、素子の厚さが０．２ｍｍの場
合、出力電流は０．３ｍＡとなり、二次電池等に充電可
能な電流を発生する事が可能となる事がわかる。図８
（ａ）および（ｂ）は、本発明の熱電素子をエネルギ源
として用いた電子腕時計の外観および構造を示す断面図
を示した図である。絶縁板６０１は一般に気温よりも高
温である腕に触れるために吸熱側、絶縁板６０２は大気
中にあるために放熱側となる。絶縁板６０１が腕より人
体の熱を吸収し、絶縁板６０２との間に温度差が生じる
と、熱は絶縁板６０１から素子６０３を通り絶縁板６０
２に伝えられ大気に放熱される。このときゼーベック効
果により起電力が生じ蓄電手段６０４、例えばリチウム
２次電池あるいはバナジウム−リチウム２次電池に蓄電
され、この蓄えられた電気によりムーブメント６０５が
駆動する。
合、出力電流は０．３ｍＡとなり、二次電池等に充電可
能な電流を発生する事が可能となる事がわかる。図８
（ａ）および（ｂ）は、本発明の熱電素子をエネルギ源
として用いた電子腕時計の外観および構造を示す断面図
を示した図である。絶縁板６０１は一般に気温よりも高
温である腕に触れるために吸熱側、絶縁板６０２は大気
中にあるために放熱側となる。絶縁板６０１が腕より人
体の熱を吸収し、絶縁板６０２との間に温度差が生じる
と、熱は絶縁板６０１から素子６０３を通り絶縁板６０
２に伝えられ大気に放熱される。このときゼーベック効
果により起電力が生じ蓄電手段６０４、例えばリチウム
２次電池あるいはバナジウム−リチウム２次電池に蓄電
され、この蓄えられた電気によりムーブメント６０５が
駆動する。
【００２４】また、ｎ型半導体およびｐ型半導体の断面
積が０．０１ｍｍ2 、素子の厚さを１ｍｍ、素子数をｎ
型ｐ型合わせて４０００個、ｎ型半導体とｐ型半導体の
間隔を０．２ｍｍ、放熱側および吸熱側の電極と絶縁板
を合わせた厚さがそれぞれ１ｍｍであるとすると、熱電
素子の大きさは全体で約１４ｍｍ×１４ｍｍ×３ｍｍで
あることから、腕時計内において、ムーブメントおよび
二次電池と共に、熱電素子も同時に搭載する事ができ、
かつ、２℃の温度差が熱電素子に与えられた場合、約
１．２Ｖの起電力を得ることができる。
積が０．０１ｍｍ2 、素子の厚さを１ｍｍ、素子数をｎ
型ｐ型合わせて４０００個、ｎ型半導体とｐ型半導体の
間隔を０．２ｍｍ、放熱側および吸熱側の電極と絶縁板
を合わせた厚さがそれぞれ１ｍｍであるとすると、熱電
素子の大きさは全体で約１４ｍｍ×１４ｍｍ×３ｍｍで
あることから、腕時計内において、ムーブメントおよび
二次電池と共に、熱電素子も同時に搭載する事ができ、
かつ、２℃の温度差が熱電素子に与えられた場合、約
１．２Ｖの起電力を得ることができる。
【００２５】（２）第二実施例 図９は本発明の第二実施例の熱電素子の構造と発電原理
および熱電素子を設けた電子時計の動作原理を示す図で
ある。絶縁体７０１、絶縁体７０２はシリコンを用いて
いる。絶縁体７０１を吸熱側、第二の絶縁体７０２を放
熱側とすると、吸熱側が高温、放熱側が低温となるよう
な温度差を与えた場合、第一の絶縁体７０１から第二の
絶縁体７０２の方向に熱が伝達される。その際に、ｎ型
半導体複合素子７０３およびｐ型半導体複合素子７０４
をビスマス−テルル系あるいはナマリ−テルル系材料を
使用した場合、ｎ型半導体複合素子７０３では電子が放
熱側の第二の絶縁体７０２の方向に移動すると共に、ｐ
型半導体複合素子７０４では正孔が放熱側の第二の絶縁
体７０２の方向に移動する。ｎ型半導体複合素子７０３
とｐ型半導体複合素子７０４は電極７０５を介して電気
的に直列に接続されているため熱の伝達が電流に変換さ
れ、両端の電極７０６の間に起電力が生じる。
および熱電素子を設けた電子時計の動作原理を示す図で
ある。絶縁体７０１、絶縁体７０２はシリコンを用いて
いる。絶縁体７０１を吸熱側、第二の絶縁体７０２を放
熱側とすると、吸熱側が高温、放熱側が低温となるよう
な温度差を与えた場合、第一の絶縁体７０１から第二の
絶縁体７０２の方向に熱が伝達される。その際に、ｎ型
半導体複合素子７０３およびｐ型半導体複合素子７０４
をビスマス−テルル系あるいはナマリ−テルル系材料を
使用した場合、ｎ型半導体複合素子７０３では電子が放
熱側の第二の絶縁体７０２の方向に移動すると共に、ｐ
型半導体複合素子７０４では正孔が放熱側の第二の絶縁
体７０２の方向に移動する。ｎ型半導体複合素子７０３
とｐ型半導体複合素子７０４は電極７０５を介して電気
的に直列に接続されているため熱の伝達が電流に変換さ
れ、両端の電極７０６の間に起電力が生じる。
【００２６】このような、半導体複合素子を用いて熱電
素子７０８を構成することにより、製造コストの低減、
歩留まりの向上、信頼性の向上が可能となる。また、第
一実施例と同様に、電極７０６の間に発生した起電力
は、蓄電手段７０８に蓄えられ、蓄電手段７０８の電圧
が時刻表示手段７０９を駆動できる電圧値に達すると、
時刻表示手段７０９が駆動し始めることができる。
素子７０８を構成することにより、製造コストの低減、
歩留まりの向上、信頼性の向上が可能となる。また、第
一実施例と同様に、電極７０６の間に発生した起電力
は、蓄電手段７０８に蓄えられ、蓄電手段７０８の電圧
が時刻表示手段７０９を駆動できる電圧値に達すると、
時刻表示手段７０９が駆動し始めることができる。
【００２７】（３）第三実施例 図１０は本発明の第三実施例の熱電素子の構造および熱
電素子を設けた電子時計の構成を示す図である。絶縁体
８０１、絶縁体８０２はシリコンを用いており、絶縁体
８０２には、電子時計の構成要素を動作させるためのＩ
Ｃ、ＬＳＩ等の集積回路８１０が設けてある。このよう
な熱電素子８０７の構成とすることにより、熱電素子８
０７と腕時計駆動用ＩＣ等８１０の搭載に必要なスペー
スを兼用できるため、腕時計のような小スペースに多く
の要素を構成する必要がある場合、非常に有効な方法と
なる。
電素子を設けた電子時計の構成を示す図である。絶縁体
８０１、絶縁体８０２はシリコンを用いており、絶縁体
８０２には、電子時計の構成要素を動作させるためのＩ
Ｃ、ＬＳＩ等の集積回路８１０が設けてある。このよう
な熱電素子８０７の構成とすることにより、熱電素子８
０７と腕時計駆動用ＩＣ等８１０の搭載に必要なスペー
スを兼用できるため、腕時計のような小スペースに多く
の要素を構成する必要がある場合、非常に有効な方法と
なる。
【００２８】また、第三実施例では、シリコンから構成
される絶縁体８０２に集積回路８１０を設けたが、絶縁
体８０１にも集積回路を同時に設けることにより、より
多くの集積回路を小スペースで同時に構成することが可
能となる。電極８０６の間に発生した起電力は、蓄電手
段８０８に蓄えられ、蓄電手段８０８の電圧が一定の電
圧値に達すると、ＩＣ、ＬＳＩ等の集積回路８１０およ
び時刻表示手段８０９が駆動し始めることになる。
される絶縁体８０２に集積回路８１０を設けたが、絶縁
体８０１にも集積回路を同時に設けることにより、より
多くの集積回路を小スペースで同時に構成することが可
能となる。電極８０６の間に発生した起電力は、蓄電手
段８０８に蓄えられ、蓄電手段８０８の電圧が一定の電
圧値に達すると、ＩＣ、ＬＳＩ等の集積回路８１０およ
び時刻表示手段８０９が駆動し始めることになる。
【００２９】（４）第四実施例 図１１は本発明の第四実施例の熱電素子の構造および熱
電素子を設けた電子時計の構成を示す図である。放熱側
の絶縁体９０２はシリコンを用いているのと共に、電子
時計の構成要素を動作させるためのＩＣ、ＬＳＩ等の集
積回路９１０も同時に設けてある。
電素子を設けた電子時計の構成を示す図である。放熱側
の絶縁体９０２はシリコンを用いているのと共に、電子
時計の構成要素を動作させるためのＩＣ、ＬＳＩ等の集
積回路９１０も同時に設けてある。
【００３０】また、吸熱側の絶縁体９０１は、酸化膜９
１２が付いたアルミニウム９１１から構成されている。
酸化膜９１２が付いたアルミニウム９１１は、シリコン
と比較して、熱伝導率が高いため、熱電素子９０７とし
て考慮した場合、吸熱側および放熱側の絶縁体がシリコ
ンから構成されている場合と比べて、発電効率を向上さ
せることができる。
１２が付いたアルミニウム９１１から構成されている。
酸化膜９１２が付いたアルミニウム９１１は、シリコン
と比較して、熱伝導率が高いため、熱電素子９０７とし
て考慮した場合、吸熱側および放熱側の絶縁体がシリコ
ンから構成されている場合と比べて、発電効率を向上さ
せることができる。
【００３１】また、さらには、熱電素子９０７と腕時計
駆動用ＩＣ等９１０の搭載に必要なスペースを兼用でき
るため、腕時計のような小スペースに多くの要素を構成
することができることから、このような熱電素子９０７
を構成することで、発電効率の向上および小ペース化に
とって、非常に有効な手法となる。
駆動用ＩＣ等９１０の搭載に必要なスペースを兼用でき
るため、腕時計のような小スペースに多くの要素を構成
することができることから、このような熱電素子９０７
を構成することで、発電効率の向上および小ペース化に
とって、非常に有効な手法となる。
【００３２】電極８０６の間に発生した起電力は、蓄電
手段８０８に蓄えられ、蓄電手段８０８の電圧が一定の
電圧値に達すると、ＩＣ、ＬＳＩ等の集積回路８１０お
よび時刻表示手段８０９が駆動し始めることになる。
手段８０８に蓄えられ、蓄電手段８０８の電圧が一定の
電圧値に達すると、ＩＣ、ＬＳＩ等の集積回路８１０お
よび時刻表示手段８０９が駆動し始めることになる。
【００３３】
【発明の効果】本発明によれば、絶縁体にシリコンを用
いた熱電素子のｎ型、ｐ型半導体の厚さを０．５ｍｍ以
上６ｍｍ以下とすることにより、必要とする起電力を得
るための熱電素子としては発電効率が良くかつ小型化さ
れたものを得ることができ、この熱電素子を電子時計に
用いることにより、小型かつ薄型の熱電素子をエネルギ
源として駆動する電子時計を実現することが可能とな
る。
いた熱電素子のｎ型、ｐ型半導体の厚さを０．５ｍｍ以
上６ｍｍ以下とすることにより、必要とする起電力を得
るための熱電素子としては発電効率が良くかつ小型化さ
れたものを得ることができ、この熱電素子を電子時計に
用いることにより、小型かつ薄型の熱電素子をエネルギ
源として駆動する電子時計を実現することが可能とな
る。
【図１】本発明の電子時計の動作原理図である。
【図２】本発明の電子時計のシステムブロック図であ
る。
る。
【図３】本発明の第一実施例における熱電素子の製造工
程の説明図（その１）である。
程の説明図（その１）である。
【図４】本発明の第一実施例における熱電素子の製造工
程の説明図（その２）である。
程の説明図（その２）である。
【図５】本発明の第一実施例における熱電素子の製造工
程の説明図（その３）である。
程の説明図（その３）である。
【図６】本発明の第一実施例における熱電素子のシミュ
レーション結果（出力電圧値）である。
レーション結果（出力電圧値）である。
【図７】本発明の第一実施例における熱電素子のシミュ
レーション結果（出力電流値）である。
レーション結果（出力電流値）である。
【図８】本発明の第一実施例における電子腕時計の外観
および構造を示す断面図である。
および構造を示す断面図である。
【図９】本発明の第二実施例における電子時計の動作原
理図である。
理図である。
【図１０】本発明の第三実施例における電子時計の動作
原理図である。
原理図である。
【図１１】本発明の第四実施例における電子時計の動作
原理図である。
原理図である。
【図１２】従来例における腕時計を示す断面図である。
１０１、１０２ 絶縁体 １０３ ｎ型半導体 １０４ ｐ型半導体 １０５ 接続部 １０６ 出力端子部 １０７ 熱電素子 １０８ 蓄電手段 １０９ 時刻表示手段
Claims (10)
- 【請求項１】 複数のｎ型半導体（１０３）と複数のｐ
型半導体（１０４）を交互に電気的に直列となるように
接続する複数の接続部（１０５）と、 起電力を取り出すための出力端子部（１０６）と、 接続部（１０５）を一つおきに固定する、シリコンで構
成した第一の絶縁体（１０１）と、 第一の絶縁体（１０１）に固定されていない接続部（１
０５）を固定する、シリコンで構成した第二の絶縁体
（１０２）とを有し、 複数のｎ型半導体（１０３）と複数のｐ型半導体（１０
４）を２０００個以上７５００個以下に直列接続して熱
電素子（１０７）を構成し、 熱電素子から発生した起電力を蓄える蓄電手段（１０
８）と、 蓄電手段（１０８）に蓄えられた起電力により動作する
時刻表示手段（１０９）を有することを特徴とする電子
時計。 - 【請求項２】 複数のｎ型半導体（７０３１）から構成
されるｎ型半導体複合素子（７０３）と、複数のｐ型半
導体（７０４１）から構成されるｐ型半導体複合素子
（７０４）を交互に電気的に直列になるように接続する
複数の接続部（７０５）と、 起電力を取り出すための出力端子部（７０６）を有し、 接続部（７０５）を一つおきに固定する、シリコンで構
成した第一の絶縁体（７０１）と、 第一の絶縁体（７０１）に固定されていない接続部（７
０１）を固定する、シリコンで構成した第２の絶縁体
（７０５）とを有し、複数のｎ型半導体複合素子（７０
３）と複数のｐ型半導体複合素子（７０４）を２０００
個以上７５００個以下に直列接続された熱電素子（７０
７）を構成し、 熱電素子から発生した起電力を蓄える蓄電手段（７０
８）と、 蓄電手段（７０８）に蓄えられた起電力により動作する
時刻表示手段（７０９）を有することを特徴とする電子
時計。 - 【請求項３】 請求項１記載の複数のｎ型半導体（１０
３）と複数のｐ型半導体（１０４）を２０００個以上５
５００個以下に直列接続されたことを特徴とする電子時
計。 - 【請求項４】 請求項２記載の複数のｎ型半導体複合素
子（７０３）と複数のｐ型半導体複合素子（７０４）を
２０００個以上５５００個以下に直列接続されたことを
特徴とする電子時計。 - 【請求項５】 請求項１記載の第一の絶縁体（１０１）
と第二の絶縁体（１０２）との間に固定される複数のｎ
型半導体（１０３）および複数のｐ型半導体（１０４）
の厚さは０．５ｍｍ以上６ｍｍ以下であることを特徴と
する電子時計。 - 【請求項６】 請求項２記載の第一の絶縁体と第二の絶
縁体との間に固定される複数のｎ型半導体複合素子（２
０３）および複数のｐ型半導体複合素子（２０４）の厚
さが０．５ｍｍ以上６ｍｍ以下であることを特徴とする
電子時計。 - 【請求項７】 請求項１記載の熱電素子（１０７）は、
複数のｎ型半導体（１０３）および複数のｐ型半導体
（１０４）の厚さが熱電素子の厚さが１ｍｍ以上６ｍｍ
以下であることを特徴とする電子時計。 - 【請求項８】 請求項２記載の熱電素子（２０７）は、
複数のｎ型半導体複合素子（２０３）および複数のｐ型
半導体複合素子（２０４）のそれぞれの厚さが熱電素子
の厚さが１ｍｍ以上６ｍｍ以下であることを特徴とする
電子時計。 - 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか１項に記載の電
子時計において、第一の絶縁体（１０１）および第二の
絶縁体（１０２）の一方はシリコンで構成され、もう一
方の絶縁体はシリコン以外の材料で構成されていること
を特徴とする電子時計。 - 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれか１項に記載の
電子時計において、第一の絶縁体（１０１）および第二
の絶縁体（１０２）の少なくともどちらか一方に、集積
回路が構成されていることを特徴とする電子時計。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6178991A JPH0843555A (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | 電子時計 |
| US08/507,042 US5517468A (en) | 1994-07-29 | 1995-07-25 | Electronic timepiece with thermoelectric element |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6178991A JPH0843555A (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | 電子時計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0843555A true JPH0843555A (ja) | 1996-02-16 |
Family
ID=16058211
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6178991A Pending JPH0843555A (ja) | 1994-07-29 | 1994-07-29 | 電子時計 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5517468A (ja) |
| JP (1) | JPH0843555A (ja) |
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| JP2917216B1 (ja) * | 1998-02-17 | 1999-07-12 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | 熱発電ユニット並びに該ユニットを用いた熱発電時計 |
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| CN118890951B (zh) * | 2024-09-20 | 2025-02-14 | 深圳大学 | 热电转换装置及建筑结构监测系统 |
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