JPH0846249A - 熱電素子モジュール及び熱電素子モジュールを用いた携帯電子機器 - Google Patents

熱電素子モジュール及び熱電素子モジュールを用いた携帯電子機器

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JPH0846249A
JPH0846249A JP6175800A JP17580094A JPH0846249A JP H0846249 A JPH0846249 A JP H0846249A JP 6175800 A JP6175800 A JP 6175800A JP 17580094 A JP17580094 A JP 17580094A JP H0846249 A JPH0846249 A JP H0846249A
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JP
Japan
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thermoelectric element
insulator
element module
case
heat
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Application number
JP6175800A
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English (en)
Inventor
Yasushi Nakabayashi
靖 中林
Keisuke Tsubata
佳介 津端
Yukihiro Orita
幸寛 折田
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Seiko Instruments Inc
Original Assignee
Seiko Instruments Inc
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 使用者が電子時計を携帯することにより生じ
る温度差をエネルギー源として、高温側と低温側に熱伝
導性のよい吸熱および放熱板の間にn型半導体及びp型
半導体を交互に複数対直列に接続した熱電素子を用い
た、携帯電子機器を提供する。 【構成】 ムーブメント401は、熱電素子402によ
り発電されたエネルギーを貯蔵するための蓄電機構、指
針駆動モータ、輪列装置、切換え装置、及び集積回路を
実装した電気回路ブロックを収容する地板を有する。指
針は、指針駆動モータの回転により動いて時刻を表示す
る。熱電素子402をケース405に設けた溝の中に埋
め込み、吸熱側になる絶縁体をケース405に固定し、
対をなす放熱側になる絶縁体はケース405と熱的に絶
縁可能なようにプラスチック部材408を間に挿入する
ことにより側面を熱的に絶縁し、放熱側になる絶縁体の
上面を直接大気と触れるように構成し、放熱板409を
設けている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は動力源として電池を使用
しない携帯電子機器を実現するための熱電素子モジュー
ル、及び動力源として熱電素子モジュールを用いた携帯
電子機器、特に電子腕時計に関するものである。
【0002】
【従来の技術】電子時計の動力源として、主に電池が使
用されている。しかし使用者は、使用中に電池切れが起
こる心配を常に抱えなくてはならず、万一使用中に電池
切れが発生した場合、その損害は大きなものとなる。
【0003】そして電池切れを起こした場合には電池を
交換する、或は使用者ができない場合には他に依頼する
ことを強いられる。更に使用済みの電池は環境問題の原
因となるために、一般の廃棄物と同じ扱いで廃棄するこ
とができない。他方、電子時計の電源として電池を使用
しないものが実用化されている。主な方法として、光電
変換素子例えばソーラセルを発電器としてソーラセルの
発電したエネルギーを蓄電手段に充電し、蓄電してエネ
ルギーにより電子時計を駆動する方法、或は腕に装着し
た電子時計の携帯者の腕の運動に回転体の回転により発
電機を回転して発生するエネルギーを蓄電手段に充電
し、蓄電してエネルギーにより電子時計を駆動する方法
とが実用化されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】前述したように電子時
計の電源として電池を使用しない方法を採用した場合、
携帯者の使用状況に応じていくつかの問題を抱えてい
る。例えば発電手段としてソーラセルを用いた場合、ソ
ーラセルに光を当てない限り発電できないため、携帯者
は意図的にソーラセルに光を当てなくてはならない。ま
た回転体の回転により発電機を回転して発電する発電機
を搭載した場合、腕を動かさない限り発電できない。
【0005】そこで本発明の目的は、使用者が電子時計
を携帯することにより生じる温度差をエネルギー源とし
て、高温側と低温側に熱伝導性のよい吸熱および放熱板
の間にn型半導体及びp型半導体を交互に複数対直列に
接続した熱電素子を用い、電子時計を腕に携帯するのみ
で発電する電子時計および電子時計に熱電素子を保持す
る構造を提供することにある。
【0006】
【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、熱伝導率の高い2枚の絶縁体の間にn型半
導体及びp型半導体を交互に複数対直列に接続した熱電
素子を複数個直列に接続し更に電子時計のケース上に配
置し、絶縁板の一方は電子時計のケースと接触すること
により携帯者の人体の熱が直接伝わる構造とし、もう一
方は、熱伝導率の低い材質により電子時計のケースと熱
的に絶縁し外気温と熱的に接続された構造とした。
【0007】
【作用】図1は、本発明の熱電素子の構造と発電原理を
示す図である。第一の絶縁体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、第一の
絶縁体101から第二の絶縁体102の方向に熱が伝達
され、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、両端の出力端子部106より起電力を得
ることができる。
【0008】さらに図2は、本発明の熱電素子を動力源
として用いた電子時計の動作原理を示すブロック図であ
る。熱電素子201に温度差が与えられ、起電力が発生
すると、蓄電機構202に電気が蓄えられる。蓄電機構
202に蓄えられた電気の電圧が駆動機構203を駆動
するのに十分な大きさに達すると、駆動機構203が駆
動され、動作・表示機構204が働き出す。
【0009】
【実施例】図1は、本発明の熱電素子の構造と発電原理
を示す図である。一方の絶縁体101例えば酸化膜を形
成したアルミニウムを吸熱側とし、もう一方の絶縁体1
02例えば酸化膜を形成したアルミニウムを放熱側とす
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、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例えばビ
スマス−テルル系あるいはナマリ−テルル系の中では電
子が、p型半導体104例えばビスマス−テルル系ある
いはナマリ−テルル系の中では正孔がそれぞれ放熱側の
絶縁体102の方向に移動する。n型半導体103とn
型半導体103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に起電力が生じる。
【0010】次に、図2は、本発明の熱電素子を動力源
として用いた電子機器の動作原理を示すブロック図であ
る。熱電素子201に温度差が与えられ、起電力が発生
すると、蓄電機構202に電気が蓄えられる。蓄電機構
202に蓄えられた電気の電圧が駆動機構203を駆動
するのに十分な大きさに達すると、駆動機構203が駆
動され、動作・表示機構204が働き出す。
【0011】図3は、本発明の熱電素子モジュールの構
造の一例を示したものである。一方の絶縁体301例え
ば酸化膜を形成したアルミニウムを吸熱側、もう一方の
絶縁体302例えば酸化膜を形成したアルミニウムを放
熱側とするプレートである。この絶縁体301及び30
2は、吸熱及び放熱を行うことから熱伝導性の優れた材
質であることが望ましい。絶縁体301には、外部との
接続を行うための電極306とn型半導体303例えば
ビスマス−テルル系あるいはナマリ−テルル系と、p型
半導体304例えばビスマス−テルル系あるいはナマリ
−テルル系とを交互に接続する電極305を配線する。
絶縁体302には、n型半導体303例えばビスマス−
テルル系あるいはナマリ−テルル系と、p型半導体30
4例えばビスマス−テルル系あるいはナマリ−テルル系
とを交互に接続する電極305を配線する。n型半導体
302とp型半導体303は電極305を介して電気的
に直列に複数個接続され、熱の伝達が電流に変換され両
端の電極306に起電力が生じる。ビスマス−テルル系
の場合温度差として1℃生じた時、理論的には200μ
Vの起電力を発生する。
【0012】図4は、本発明の熱電素子を動力源として
用いた電子機器の一例として、電子腕時計の構造を示す
断面図を示したものである。電子腕時計の構造として、
ムーブメント401は、熱電素子402により発電され
たエネルギーを貯蔵するための蓄電機構として二次電池
もしくは大容量コンデンサ、指針駆動モータ、輪列装
置、切換え装置、及び集積回路(IC)を実装した電気
回路ブロックを収容する時計に用いる地板を支持部材に
して構成されている。指針は、外装部材である文字板4
03と表面ガラス404との間の空間に中央の軸により
固定され、指針駆動モータの回転により指針が動いて時
刻を表示する。腕時計のケーシングは、文字板403と
表面ガラス404を固定するためのケース405及び裏
蓋406により構成される。
【0013】本実施例においては、熱電素子402をケ
ース405に設けた溝の中に埋め込み、図3で示す吸熱
側になる絶縁体をケース405と熱伝導率の優れた接着
剤で固定する。更に対をなす放熱側になる絶縁体はケー
ス405と熱的に絶縁可能なように熱伝導率の低いプラ
スチック部材408を間に挿入することにより側面を熱
的に絶縁し、放熱側になる絶縁体の上面を直接大気と触
れるように構成し、更に放熱効果を高めるために放熱側
の絶縁体と接触するように熱伝導率の優れた放熱板40
9を設けている。ケース405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、放熱板409は直接大
気と接触するために放熱側となる。ケース405が腕よ
り人体の熱を吸収し、放熱板409との間に温度差が生
じると、熱電素子のゼーベック効果により起電力が生じ
蓄電機構に蓄電され、この蓄えられた電気エネルギーに
よりムーブメント401が駆動される。
【0014】図5に示す本発明の実施例は、図4に示す
電子腕時計の構造を示す断面図に対して熱電素子を収納
するベゼル501をケース502と別体にし、ベゼル5
01とケース502とを熱的に接続する構造の断面図を
示す。図6に、図4及び図5で示す本発明の熱電素子を
動力源として用いた電子機器の一例としての電子腕時計
の構造を電子腕時計上面から見た平面図を示す。図1に
示す発電の原理における例えばビスマステルル系の発電
素子であるn型半導体103及びp型半導体104の場
合、理論及び実験的に温度差として1℃生じたとき、約
200μVの電圧が発生することが確認されている。一
般的な酸化銀電池で駆動する電子腕時計の場合、駆動電
圧は約1.5V(ボルト)である。しかるに前述するビ
スマステルル系の発電素子であるn型半導体103及び
p型半導体104の場合、吸熱側と放熱側の間で約1℃
の温度差が生じているとするならば、1.5Vの電圧を
発生させるために発電素子を約7500個を直列に接続
しなくてはならない。
【0015】熱電素子601は、複数個を直列に接続し
たモジュールを時計方向に12個配列し各々を直列に接
続したものである。熱電素子601の構造は、図3に示
されている。熱電素子601のモジュール内に直列接続
されるn型半導体及びp型半導体の個数により直接接続
するモジュールの数は、吸熱側と放熱側の間に生じる温
度差及び電子腕時計を作動させる集積回路(IC)の駆
動電圧の条件から算出することが可能である。
【0016】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明によれば、
対をなす絶縁体の間に温度差が生じることにより起電力
を発生する熱電素子であるn型半導体及びp型半導体を
交互に直列接続できるように電極を配した熱電素子モジ
ュールを電子腕時計のケースに複数個配列することによ
り、必要とする起電力を生じる構造を提供するものであ
る。構造的に吸熱側として人体の温度、放熱側として大
気、に直接接触することが望ましく、且吸熱側と放熱側
の間を熱的に絶縁される構造を提供するものであり、携
帯者は、ただ電子腕時計を携帯するのみで時計を駆動す
るに必要な起電力を温度差により発電する構造として可
能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一の熱電素子の構造と発電原理を示
す図である。
【図2】本発明の熱電素子をエネルギー源として用いた
電子機器の動作原理を示すブロック図である。
【図3】本発明の熱電素子モジュールの実施例の構造の
一例を示した図である。
【図4】本発明の熱電素子を動力源として用いた電子機
器の実施例の一例として、電子腕時計の構造を示す断面
図である。
【図5】図4に示す本発明の電子腕時計の実施例の構造
を示す断面図に対して熱電素子を収納するベゼル501
をケース502と別体にし、ベゼル501とケース50
2とを熱的に接続する構造の断面図である。
【図6】図4及び図5で示す本発明の熱電素子を動力源
として用いた電子機器の実施例の一例としての電子腕時
計の構造を電子腕時計上面から見た平面図である。
【符号の説明】
101 第一の絶縁体 102 第二の絶縁体 103、303 n型半導体 104、304 p型半導体 105 接続部 106 出力端子部 201、601 熱電素子 202 蓄電機構 203 駆動機構 204 動作、表示機構 301 一方の絶縁体 302 もう一方の絶縁体 305、306 電極 401 ムーブメント 402 熱電素子 403 文字板 404 表面ガラス 405、502 ケース 406 裏蓋 408 プラスチック部材 409 放熱板 501 ベゼル

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 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になるように接続する複数の電極部
    を有し、上記接続部を1つおきに固定する第一の絶縁体
    と、第一の絶縁体で接続していない接続部を固定する第
    二の絶縁体とを有する熱電素子モジュールの上記第一の
    絶縁体もしくは第二の絶縁体の何れか一方に上記熱電素
    子モジュールを直列に接続できるように電極を配したこ
    とを特徴とする熱電素子モジュール。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の熱電素子モジュールにお
    いて、直列に接続できるように電極を配した絶縁体が電
    極を配していない絶縁体より面積が大きいことを特徴と
    する熱電素子モジュール。
  3. 【請求項3】 請求項1又は請求項2のいずれか1項に
    記載の熱電素子モジュールを有し、一方の絶縁体がケー
    スと接続され、もう一方の絶縁体が大気と接触する放熱
    板と接続され、一方の絶縁体ともう一方の絶縁体との間
    をケースと異なる材質で構成したことを特徴とする熱電
    素子モジュールを用いた携帯電子機器。
  4. 【請求項4】 請求項1又は請求項2のいずれか1項に
    記載の熱電素子モジュールを有し、一方の絶縁体がベゼ
    ルと接続され前記ベゼルがケースと接続され、もう一方
    の絶縁体が大気と接触する放熱板と接続され、一方の絶
    縁体ともう一方の絶縁体との間をケースと異なる材質で
    構成したことを特徴とする熱電素子モジュールを用いた
    携帯電子機器。
  5. 【請求項5】 請求項3又は請求項4のいずれか1項に
    記載の熱電素子モジュールを用いた携帯電子機器におい
    て、請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の熱電
    素子モジュールを複数個をつ同一平面上に円環上に配列
    したことを特徴とする熱電素子モジュールを用いた携帯
    電子機器。
  6. 【請求項6】 請求項3又は請求項4のいずれか1項に
    記載の熱電素子モジュールを用いた携帯電子機器におい
    て、請求項1又は請求項2のいずれか1項に記載の熱電
    素子モジュールは、ケースもしくはベゼルと接続されな
    い方の絶縁体が大気と直接接触することを特徴とする熱
    電素子モジュールを用いた携帯電子機器。
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