特許 5764465 熱発電携帯機器および熱発電携帯機器の発電制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5764465

(24)【登録日】2015年6月19日

(45)【発行日】2015年8月19日

(54)【発明の名称】熱発電携帯機器および熱発電携帯機器の発電制御方法

(51)【国際特許分類】

   G04C 10/00 20060101AFI20150730BHJP

   G04G 19/00 20060101ALI20150730BHJP

【ＦＩ】

   G04C10/00 C

   G04G1/00 310Y

【請求項の数】13

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2011-239419(P2011-239419)

(22)【出願日】2011年10月31日

(65)【公開番号】特開2013-96820(P2013-96820A)

(43)【公開日】2013年5月20日

【審査請求日】2014年8月5日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002325

【氏名又は名称】セイコーインスツル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100154863

【弁理士】

【氏名又は名称】久原 健太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100142837

【弁理士】

【氏名又は名称】内野 則彰

(74)【代理人】

【識別番号】100123685

【弁理士】

【氏名又は名称】木村 信行

(72)【発明者】

【氏名】大海 学

(72)【発明者】

【氏名】内山 武

(72)【発明者】

【氏名】篠原 陽子

(72)【発明者】

【氏名】木村 文雄

【審査官】 大谷 純

(56)【参考文献】

【文献】 特許第３０５４９３３（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２００３−１０２１８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 再公表特許第２００６／０５９６２３（ＪＰ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０４Ｃ １０／００−１０／０４

Ｇ０４Ｇ １９／００

Ｈ０１Ｌ ３５／３０

Ｈ０２Ｎ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

熱源と放熱先との温度差に基づき発電する熱発電素子と、
前記熱源と前記放熱先との間の伝熱経路の一部である可変抵抗部を移動させる可変抵抗部移動機構と、を備え、
前記可変抵抗部移動機構は、温度変化によって形状変化を起こす熱変形部を有し、前記形状変化によって前記可変抵抗部を移動させ、前記可変抵抗部の配置場所における熱抵抗を制御することを特徴とする熱発電携帯機器。

【請求項2】

前記可変抵抗部移動機構は、前記熱抵抗が第１熱抵抗である第１熱抵抗状態と、前記第１熱抵抗とは異なる第２熱抵抗である第２熱抵抗状態とに切り替える制御を行うことを特徴とする請求項１に記載の熱発電携帯機器。

【請求項3】

前記可変抵抗部移動機構は、熱源側熱変形部と放熱先側熱変形部とを有し、
前記熱源と前記熱源側熱変形部とは、熱源側熱変形部支持部を介して接続され、
前記熱源側熱変形部と前記放熱先側熱変形部とは、変形部間接続部を介して接続され、
前記放熱先側熱変形部は、前記可変抵抗部と接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の熱発電携帯機器。

【請求項4】

前記熱変形部は金属を有し、
前記形状変化は前記金属の熱膨張であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の熱発電携帯機器。

【請求項5】

前記熱変形部はバイメタルを有し、
前記形状変化は、前記バイメタルの変形であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の熱発電携帯機器。

【請求項6】

前記熱源側熱変形部と前記放熱先側熱変形部とは、ともにバイメタルを有するぜんまいであり、
両前記ぜんまいは、一つの回転軸を共有して接続され、温度が変化した際に前記回転軸に対して互いに反対方向に回転する力を発生するものであることを特徴とする請求項３に記載の熱発電携帯機器。

【請求項7】

前記熱源側熱変形部と前記放熱先側熱変形部は、ともにバイメタルを有するぜんまいであり、
前記熱源側熱変形部は、回転軸周りに回転可能であり、
前記回転軸は、前記放熱先側熱変形部を固定し、
前記放熱先側熱変形部は、回転体を固定し、
前記回転体は、前記回転軸周りに回転可能であり、前記可変抵抗部を固定し、
両前記ぜんまいは、温度が変化した際に前記回転軸に対して互いに反対方向に回転する力を発生するものであることを特徴とする請求項３に記載の熱発電携帯機器。

【請求項8】

前記熱変形部は、気体を封止した気体封止部を有し、
前記形状変化は、前記気体封止部の変形であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の熱発電携帯機器。

【請求項9】

前記可変抵抗部は、回転軸周りに回転可能または所定方向にスライド移動可能であり、
前記回転または前記スライド移動に伴って、前記伝熱経路に対する干渉の有無または前記伝熱経路に干渉する位置が変化することによって、前記熱抵抗が変更することを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の熱発電携帯機器。

【請求項10】

前記可変抵抗部は、板状部材であり、
前記板状部材は、前記伝熱経路に交差可能であることを特徴とする請求項９に記載の熱発電携帯機器。

【請求項11】

前記可変抵抗部は、前記回転軸の軸心に対して点対称な形状を有することを特徴とする請求項９に記載の熱発電携帯機器。

【請求項12】

前記可変抵抗部は、前記回転軸の軸心に対して非点対称な形状を有することを特徴とする請求項９に記載の熱発電携帯機器。

【請求項13】

請求項１から１２のいずれかに記載の熱発電携帯機器の発電制御方法であって、
前記熱発電素子による発電時に前記可変抵抗部の配置場所における熱抵抗を変更し、前記変更後に前記可変抵抗部の配置場所における熱抵抗を変更前の値に向かい変更することを特徴とする熱発電携帯機器の発電制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、熱発電携帯機器および熱発電携帯機器の発電制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば、熱発電素子を裏蓋と本体内部の放熱リングとの間に設置し、人体の腕から体温が裏蓋を介して伝達される発熱側の温度と放熱側の温度との温度差によって発電電圧を得る熱発電腕時計が知られている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３０５４９３３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記従来技術に係る熱発電腕時計においては、人体の腕に装着された後に熱発電腕時計全体の温度が飽和するように熱的平衡状態に向かい変化することに伴い、熱発電素子の発熱側の温度と放熱側の温度との温度差が小さくなり、熱発電素子の発電電圧が低下することで所望の発電量を確保することができなくなると共に、発電効率が低下してしまうという課題がある。

【0005】

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、生体への装着状態において発電効率の低下を抑制し、所望の発電量を確保することが可能な熱発電携帯機器および熱発電携帯機器の発電制御方法を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、上記目的を達成するために、以下の手段を提供する。
本発明の熱発電携帯機器は、熱源と放熱先との温度差に基づき発電する熱発電素子と、熱源と放熱先との間の伝熱経路の一部である可変抵抗部を移動させる可変抵抗部移動機構と、を備え、可変抵抗部移動機構は、温度変化によって形状変化を起こす熱変形部を有し、形状変化によって可変抵抗部を移動させ、可変抵抗部の配置場所における熱抵抗を制御することを特徴とする。
かかる特徴によれば、熱源側位置の温度と放熱先側位置の温度が接近して発電効率が低下した際に、可変抵抗部の熱抵抗を変化させることで生体から放熱先への伝熱が一時的に低下し、上記両位置での温度を離反させることができ、その後伝熱を再開することで熱発電素子の発電効率を回復することが可能となる。

【0007】

また、本発明の熱発電携帯機器は、可変抵抗部移動機構は、熱抵抗が第１熱抵抗である第１熱抵抗状態と、第１熱抵抗とは異なる第２熱抵抗である第２熱抵抗状態とに切り替える制御を行うことを特徴とする。
かかる特徴によれば、熱源と放熱先との間の伝熱経路での温度分布を変更して、熱発電素子の熱源側位置と放熱先側位置との間に、熱源と放熱先との間の所定の温度差に基づく所望の大きさの温度差を確保することができる。これにより、所望の発電電圧および発電量を確保することができると共に、発電効率の低下を抑制することが可能となる。

【0008】

また、本発明の熱発電携帯機器は、可変抵抗部移動機構は、熱源側熱変形部と放熱先側熱変形部とを有し、熱源と熱源側熱変形部とは、熱源側熱変形部支持部を介して接続され、熱源側熱変形部と放熱先側熱変形部とは、変形部間接続部を介して接続され、放熱先側熱変形部は、可変抵抗部と接続されていることを特徴とする。
かかる特徴によれば、生体の温度によって熱源側熱変形部が変形し、放熱先の温度によって放熱先側熱変形部が変形するため、可変抵抗部移動機構は両変形量の差分を利用することで、生体と放熱先の温度差に対応した移動量を実現することができ、熱発電素子の発電効率に直接相関のある移動動作をすることで、熱発電素子の発電効率を高めることが可能となる。

【0009】

また、本発明の熱発電携帯機器は、熱変形部は金属を有し、形状変化は金属の熱膨張であることを特徴とする。
かかる特徴によれば、温度変化による形状変化の特性が詳しく知られている上に安価に入手できる材料を利用して高性能な熱発電携帯機器を実現することが可能となる。

【0010】

また、本発明の熱発電携帯機器は、熱変形部はバイメタルを有し、形状変化は、バイメタルの変形であることを特徴とする。
かかる特徴によれば、わずかな温度変化に対して大きな形状変化を起こす特性を利用して高精度に制御した熱発電が可能となる。

【0011】

また、本発明の熱発電携帯機器は、熱源側熱変形部と放熱先側熱変形部とは、ともにバイメタルを有するぜんまいであり、両ぜんまいは、一つの回転軸を共有して接続され、温度が変化した際に回転軸に対して互いに反対方向に回転する力を発生するものであることを特徴とする。
かかる特徴によれば、生体あるいは放熱先の温度ではなく両者の温度差に基づく制御ができ、温度差で発電するという熱発電素子の原理に対応した高性能な熱発電携帯機器を実現することが可能となる。

【0012】

また、本発明の熱発電携帯機器は、熱源側熱変形部と放熱先側熱変形部は、ともにバイメタルを有するぜんまいであり、熱源側熱変形部は、回転軸周りに回転可能であり、回転軸は、放熱先側熱変形部を固定し、放熱先側熱変形部は、回転体を固定し、回転体は、回転軸周りに回転可能であり、可変抵抗部を固定し、両ぜんまいは、温度が変化した際に回転軸に対して互いに反対方向に回転する力を発生するものであることを特徴とする。
かかる特徴によれば、生体の温度と放熱先の温度との差に自動的に対応した制御ができる上に、それぞれのぜんまいが常に平衡位置に居るため力がかかっていない状態を維持することができ、ぜんまいの信頼性が高くなることから熱発電携帯機器自体の信頼性も高めることが可能となる。

【0013】

また、本発明の熱発電携帯機器は、熱変形部は、気体を封止した気体封止部を有し、形状変化は、気体封止部の変形であることを特徴とする。
かかる特徴によれば、熱変形部が軽くなることによって熱発電携帯機器を軽量化することが可能となる。

【0014】

また、本発明の熱発電携帯機器は、可変抵抗部は、回転軸周りに回転可能または所定方向にスライド移動可能であり、回転またはスライド移動に伴って、伝熱経路に対する干渉の有無または伝熱経路に干渉する位置が変化することによって、熱抵抗が変更することを特徴とする。
かかる特徴によれば、回転軸周りに回転可能または所定方向にスライド移動可能な可変抵抗部を備えるだけで、機器構成が複雑化することを抑制しつつ、可変抵抗部の配置場所における熱抵抗を容易に変更することが可能となる。

【0015】

また、本発明の熱発電携帯機器は、可変抵抗部は、板状部材であり、板状部材は、伝熱経路に交差可能であることを特徴とする。
かかる特徴によれば、例えば適宜の熱抵抗を有する板状部材による伝熱経路に対する交差状態の有無によって、あるいは、例えば位置に応じて異なる熱抵抗を有する板状部材による伝熱経路に対する交差位置の変化によって、可変抵抗部の配置場所における熱抵抗を変更することが可能となる。

【0016】

また、本発明の熱発電携帯機器は、可変抵抗部は、回転軸の軸心に対して点対称な形状を有することを特徴とする。
かかる特徴によれば、可動部材の回転性を向上させることができ、回転に伴う伝熱経路に対する干渉の有無あるいは回転に伴う伝熱経路に対する干渉の位置の変化を容易に生じさせることができ、可変抵抗部の配置場所における熱抵抗を容易に変更することが可能となる。

【0017】

また、本発明の熱発電携帯機器は、可変抵抗部は、回転軸の軸心に対して非点対称な形状を有することを特徴とする。
かかる特徴によれば、例えば重力の作用による可動部材の回転性を向上させることができ、回転に伴う伝熱経路に対する干渉の有無あるいは回転に伴う伝熱経路に対する干渉の位置の変化を容易に生じさせることができ、可変抵抗部の配置場所における熱抵抗を容易に変更することが可能となる。

【0018】

また、本発明の熱発電携帯機器の発電制御方法は、熱発電素子による発電時に可変抵抗部の配置場所における熱抵抗を変更し、変更後に可変抵抗部の配置場所における熱抵抗を変更前の値に向かい変更することを特徴とする。
かかる特徴によれば、生体に装着された熱発電携帯機器が熱的平衡状態に向かい変化することに伴い、熱発電素子の熱源側位置と放熱先側位置との間の温度差および熱発電素子の発電電圧が低下した場合であっても、熱発電素子の熱源側位置と放熱先側位置との間の温度差を再度増大させることができる。
これにより、所望の発電電圧および発電量を確保することができると共に、発電効率の低下を抑制することが可能となる。

【発明の効果】

【0019】

熱発電携帯機器において、機器の生体への装着状態での発電効率を維持し、所望の発電量を確保するという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【0020】

【図1】本発明の第１の実施形態に係る熱発電携帯機器の断面図である。

【図2】本発明の第１の実施形態に係る熱発電携帯機器のムーブメントの構成図である。

【図3】本発明の第１の実施形態に係る熱発電携帯機器の熱変形部が変形した際の断面図である。

【図4】本発明の第１の実施形態に係る熱発電携帯機器の熱抵抗モデルである。

【図5】本発明の第１の実施形態に係る熱発電携帯機器が生体に装着された以後における熱発電素子の熱源側位置の温度と放熱先側位置の温度との間に生じる温度差ΔＴｐの変化の一例を示すグラフ図である。

【図6】本発明の第１の実施形態に係る熱発電携帯機器が生体に装着された以後における、導熱性可動部材の場所の熱抵抗と、熱発電素子の熱源側位置の温度と放熱先側位置の温度との間に生じる温度差ΔＴｐの変化とを示す図である。

【図7】本発明の第２の実施形態に係る熱発電携帯機器のうち、導熱性可動部材２２の一部と熱変形部１９の一部、及びムーブメント１８の一部の断面を示す図である。

【図8】本発明の第３の実施形態に係る熱発電携帯機器のうち、熱源側導熱部材２１から導熱性可動部材２２の一部とその周辺部の断面を示す図である。

【図9】本発明の第４の実施形態に係る熱発電携帯機器６０の構造を示す図である。

【図10】本発明の第４の実施形態に係る熱発電携帯機器６０の構造を示す図である。

【図11】本発明の第５の実施形態に係る熱発電携帯機器７０の構造を示す図である。

【図12】本発明の第５の実施形態に係る熱発電携帯機器７０の構造を示す図である。

【図13】本発明の第６の実施形態に係る熱発電携帯機器８０の構造を示す図である。

【図14】本発明の第７の実施形態に係る熱発電携帯機器９０の構造を示す図である。

【図15】本発明の第８の実施形態に係る熱発電携帯機器のうち、導熱性可動部材１００から熱源側導熱部材１０３までの構造を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0021】

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態に係る熱発電携帯機器について図１から５を参照しながら説明する。
本実施の形態による熱発電携帯機器１０は、例えば人体の腕に装着される腕時計であって、図１に示すように、筐体１１と、枠体１２と、カバーガラス１３と、裏蓋１４と、保持部材１５と、文字盤１６と、指針部１７と、ムーブメント１８と、熱変形部１９と、熱発電素子２０と、熱源側導熱部材２１と、導熱性可動部材２２と、放熱先側導熱部材２３と、を備えて構成されている。筐体１１は、例えば金属などにより筒状に形成され、一方の開口端はカバーガラス１３により閉塞され、他方の開口端には筒状の枠体１２の一方の開口端が接続されている。枠体１２は、例えば合成樹脂などにより筒状に形成され、筐体１１に接続されていない開口端は裏蓋１４により閉塞されている。保持部材１５は、例えばアルミニウム、銅、真鍮等の金属により形成され、筐体１１および枠体１２の内部に収容されている。文字盤１６は、例えば時刻の秒、分、時に係る数字などが表示された表面がカバーガラス１３を介して外部から視認可能になるようにして、裏面がムーブメント１８により保持されている。指針部１７は、例えば、時刻の秒を示す秒針と、時刻の分を示す分針と、時刻の時を示す時針とを備えて構成され、文字盤１６の表面上から突出して設けられ、ムーブメント１８により回転駆動されて文字盤１６の表面上に設けられた時刻に係る適宜の表示を指し示す。ムーブメント１８は、例えば、文字盤１６の裏面側に配置されて保持部材１５により保持されている。ムーブメント１８は、例えば図２に示すように、制御部３１と、針駆動部３２と、昇圧部３３と、蓄電部３４とを備えて構成されている。制御部３１は、例えば蓄電部３４から供給される電力により作動する発振回路および分周回路およびモータ駆動パルス出力回路などを備え、分周回路から出力される計時の基準となる信号に応じて、針駆動部３２を駆動するための駆動パルスをモータ駆動パルス出力回路から出力する。針駆動部３２は、例えばステッピングモータなどを備え、制御部３１から出力される駆動パルスに応じて指針部１７の秒針と分針と時針とを回転駆動する。昇圧部３３は、例えば発振回路およびチャージポンプ回路などを備え、熱発電素子２０に接続され、熱発電素子２０から出力される発電電圧を昇圧して昇圧電圧を出力する。蓄電部３４は、例えば２次電池やコンデンサなどを備え、昇圧部３３に接続され、昇圧部３３から出力される電力を蓄電する。

【0022】

熱変形部１９は、例えば板であり、その中央においてムーブメント１８に固定されることにより保持されている。熱変形部１９の両側に導熱性可動部材２２が固定されている。導熱性可動部材２２は下面が櫛歯状の凹凸形状を持っており、同様の凹凸形状を上面に持つ放熱先側導熱部材２３と、接触している。図１では互いの凸部が接触している状態を示す。
熱発電素子２０は、例えばペルチェ素子や熱電対などからなり、熱源側導熱部材２１と放熱先側導熱部材２３によって挟み込まれるようにして保持されている。熱源側導熱部材２１は例えば銅などにより板状に形成され、裏蓋１４の内面側に配置されている。
熱変形部１９は温度によって長さが変化する金属製の板であり、長さが変化することで導熱性可動部材２２を図中左右方向に沿って移動させる。

【0023】

図３は熱変形部１９に押されて導熱性可動部材２２が移動した結果、導熱性可動部材２２下面の凸部と放熱先側導熱部材２３上面の凸部が離間した状態を示す。このように、熱変形部１９の温度によって、導熱性可動部材２２と放熱先側導熱部材２３との接触と離間が切り替わる。熱源である生体からの熱流１は図１と３の矢印で示すように、裏蓋１４から熱源側導熱部材２１、熱発電素子２０、放熱先側導熱部材２３、導熱性可動部材２２、保持部材１５、筐体１１、を経由して外気に放熱される。このとき放熱先側導熱部材２３と導熱性可動部材２２が直接接触して伝熱する場合（図１）と、途中に保持部材１５内部の雰囲気（空気など）を経由して伝熱する場合（図３）とが切り替わる。

【0024】

図４は、上記構成の熱発電携帯機器１０に適用した熱抵抗モデルを示す。裏蓋１４に接触する熱源である生体と、熱発電携帯機器１０外部の雰囲気などの放熱先との間において、裏蓋１４および熱源側導熱部材２１からなる領域の熱抵抗Ｒ６と、熱発電素子２０の熱抵抗Ｒ４と、熱発電素子２０内部の雰囲気（空気など）からなる領域の熱抵抗Ｒ５と、放熱先側導熱部材２３の熱抵抗Ｒ３と、導熱性可動部材２２と放熱側導熱部材２３の間の熱抵抗Ｒ２と、筐体１１および保持部材１５からなる領域の熱抵抗Ｒ１と、に対して、各熱抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３、Ｒ５、Ｒ６は直列に接続され、熱抵抗Ｒ４は熱抵抗Ｒ５に並列に接続されている。そして、熱発電素子２０は、熱源である生体の温度（熱源温度Ｔｃ）と熱発電携帯機器１０外部の雰囲気などの放熱先の温度（雰囲気温度Ｔａ）との温度差に起因して熱発電素子２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２と放熱先側位置の温度Ｔｐ１との間に生じる温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）の大きさに応じた発電電圧を出力する。

【0025】

本実施の形態による熱発電携帯機器１０は上記構成を備えており、次に、この熱発電携帯機器１０の動作について説明する。
まず、熱発電携帯機器１０外部の雰囲気の温度（雰囲気温度）Ｔａに比べて、より高い温度（熱源温度）Ｔｃを有する熱源である生体に対して、熱発電携帯機器１０が生体に装着されて裏蓋１４が生体に接触すると、裏蓋１４および熱源側導熱部材２１からなる領域を経由して、熱源から熱発電素子２０の熱源側位置に熱流が伝達される。

【0026】

この熱的過渡状態において、熱発電素子２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２が上昇し、例えば図５に示すように、熱発電素子２０の熱源側位置の温度Ｔｐ２と放熱先側位置の温度Ｔｐ１との間に生じる温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）および熱発電素子２０の発電電圧が極大値に向かい増大する。そして、熱発電素子２０および放熱先側導熱部材２３、導熱性可動部材２２、保持部材１５、筐体１１を経由して熱流が伝達されることに伴い、温度差ΔＴｐが極大値から低下傾向に変化し、熱発電携帯機器１０全体の温度が飽和する熱的定常状態、いわば、熱源と放熱先との間の所定の温度差（Ｔｃ−Ｔａ）が伝熱経路の全体に亘って配分されることで局所的な温度勾配が小さくなる熱的定常状態が形成される。このような熱発電携帯機器１０全体の温度が飽和する熱的定常状態が維持されると、温度差ΔＴｐおよび発電電圧が低下した状態が維持されることになる。熱発電携帯機器１０は図２で説明したように、熱発電素子２０が発生させた電力を所定の電圧まで昇圧する昇圧部３３を持つが、昇圧をするためには所定の最低昇圧可能電圧を超えた電圧を発生させる必要があり、そのために必要な最小ΔＴｐが存在する。図５ではこれをΔＴｔｈとして示す。時間の経過とともにΔＴｐが減少してΔＴｔｈを下回ると昇圧が停止する。このときの熱電素子２０の放熱先側位置の温度Ｔｐ１は、熱源温度Ｔｃに近い値となっている。

【0027】

図６は本実施形態における導熱性可動部材２２と放熱側導熱部材２３の間の熱抵抗Ｒ２と、ΔＴｐの時間変化を示す。時間ｔ２においてΔＴｐが減少してΔＴｔｈに接近したときに、熱変形部１９が変形して図３に示すように導熱性可動部材２２を移動させて、放熱先側導熱部材２３との接触が断たれて両者は離間する。これにより熱抵抗Ｒ２はそれまでの値Ｒ２ａから、より大きな値Ｒ２ｂに変化する。放熱先側導熱部材２３は導熱性可動部材２２に向けて放熱しにくくなり、温度が上昇する。これによりΔＴｐは急激に低下して昇圧は停止する。一方、導熱性可動部材２２から保持部材に向けての熱移動は継続するため、所定時間後には導熱性可動部材２２の温度は低下し、熱変形部１９の温度も低下する。熱変形部１９の温度が低下すると熱変形部１９が変形して導熱性可動部材２２を移動させて、再び図１に示すように導熱性可動部材２２と放熱先側導熱部材２３が接触する。これにより熱抵抗Ｒ２はそれまでの値Ｒ２ｂから、もとの値Ｒ２ａに減少する。放熱先側導熱部材２３から導熱性可動部材２２に向けて急激な熱移動が発生し、放熱先側導熱部材２３の温度Ｔｐ１は低下する。これにより時刻ｔ３においてΔＴｐが急激に増加して、昇圧が再開する。この過渡的な応答による発電は定常状態における発電量に比べて極めて大きいため、全時間を通した発電量は、発電を停止していた時間を含めたとしても定常状態における発電量に比べて極めて大きい。

【0028】

このように、本実施形態による熱発電携帯機器１０によれば、導熱性可動部材２２の移動に応じて、導熱性可動部材２２の熱抵抗Ｒ２が変更されることにより、熱源と放熱先との間の所定の温度差（Ｔｃ−Ｔａ）に対して、一時的に熱発電素子２０の熱源側位置と放熱先側位置との間で温度差ΔＴｐ（＝Ｔｐ２−Ｔｐ１）を増大させることができ、発電電圧を増大させて所望の発電量を確保することができると共に、発電効率の低下を抑制することができる。

【0029】

（第２の実施形態）
図７は本発明の第２の実施形態に係る熱発電携帯機器のうち、導熱性可動部材２２の一部と熱変形部１９の一部、及びムーブメント１８の一部の断面を示す図である。本実施形態では図７に示した部分以外は第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

【0030】

本実施形態では、導熱性可動部材２２の上面がドーム状の可動部材突起４１を持っており、ムーブメント１８の下面は同様の突起であるムーブメント第一突起４２、ムーブメント第二突起４３を持っている。図７（ａ）は熱発電携帯機器１０が生体に装着された直後の状態を示す。このとき熱変形部１９はまだ大気温度とほぼ同じであり、直線形状である。図７（ｂ）は、装着数分後の状態を示す。このとき熱変形部１９は生体からの熱流入のため温度が上昇して伸びようとしているが、可動部材突起４１がムーブメント第一突起４２に突き当たって動けないため湾曲している。熱変形部１９は力Ｆ１でムーブメント第一突起４２を押し、同じ大きさの反作用で押し戻されている。図７（ｃ）はさらに数分後の状態を示す。可動部材突起４１はムーブメント第一突起４２を乗り越えて、ムーブメント第二突起４３に突き当たっている。熱変形部１９は導熱性可動部材２２が移動した距離だけ伸長するため位置エネルギーが減少し、ムーブメント第二突起４３を押す力Ｆ２はＦ１より小さくなっている。導熱性可動部材２２が移動することにより、第１の実施形態で説明したように導熱性可動部材２２と放熱先側導熱部材２３とのあいだの熱抵抗が急激に増加して、熱発電素子２０は発電を停止する。次に、図７（ｄ）はさらに数分後の状態を示す。このとき熱変形部１９の温度が低下したために熱変形部１９は収縮しようとして、可動部材突起４１はムーブメント第二突起４３を離れて、ムーブメント第一突起４２に接触して力Ｆ３でムーブメント第一突起４２を押す。熱変形部１９の温度が更に低下すると、可動部材突起４１はムーブメント第一突起４２を乗り越えて元の状態である図７（ａ）に戻り、これらの動作を初めから繰り返す。

【0031】

このような構造にすることにより、導熱性可動部材２２とムーブメント１８の相対位置は２種類に限定される。熱抵抗Ｒ２の取りうる値も２種類に限定されるが、それを上述のＲ２ａとＲ２ｂに設定することで、熱抵抗Ｒ２がＲ２ａとＲ２ｂのあいだを瞬時に切り替わる動作が可能となる。これによりΔＴｐが一時的に大きな値を取ることができ、大きな発電ができる。この一時的な発電はエネルギー効率が極めて高いため、全時間を通した発電量は、発電を停止していた時間を含めたとしても定常状態における発電量に比べて極めて大きい。この構造は本実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態と組み合わせることで同様の効果を実現できる。

【0032】

（第３の実施形態）
図８は本発明の第３の実施形態に係る熱発電携帯機器のうち、熱源側導熱部材２１から導熱性可動部材２２の一部とその周辺部の断面を示す図である。本実施形態では図８に示した部分以外は第１の実施形態と同様であるので説明を省略する。

【0033】

本実施形態では温度に依存して変形する部分が、熱源側熱変形部５１と放熱先側熱変形部５２の２ヶ所あり、その間は変形部間接続部５３によって接続されている。変形部間接続部５３は内部に中空部５４を持ち、プラスチックなどの熱伝導率の低い材料から成る。図８（ａ）は生体に装着した直後の状態を示す。熱源側熱変形部５１は生体の温度に近い温度になっているが、放熱先側熱変形部５２は大気の温度に近い温度になっている。導熱性可動部材２２と放熱先側導熱部材２３は互いに対向する面内の凸状部が接触することで、生体からの熱流１が大きい。図８（ｂ）は生体に装着してから数分後の状態を示す。熱源側熱変形部５１の温度はほぼ変化なく生体の温度に近い値を維持しているため、変形はほとんど無い。放熱先側熱変形部５２の温度は上述の熱流１の流入のために上昇するので大きく伸長する。熱源側熱変形部５１の伸び５５と放熱先側熱変形部５２の伸び５６の差だけ、導熱性可動部材２２は放熱先側導熱部材２３に対して移動し、結果として導熱性可動部材２２と放熱先側導熱部材２３は互いに対向する面内の凸状部が離反する。これにより熱抵抗Ｒ２が増加して放熱先側導熱部材２３の温度が上昇し、発電が停止する。数分が経過すると導熱性可動部材２２の温度が低下して図８（ａ）の状態に戻ってこの動作を初めから繰り返す。

【0034】

このとき導熱性可動部材２２とムーブメント１８は、第２の実施形態と同様の突起を持たせることも可能であり、そうすることで熱抵抗Ｒ２が取りうる値が２種類に限定できる。本実施形態においては、導熱性可動部材２２と放熱先側導熱部材２３の相対位置が、生体の温度や大気の温度そのものではなく、両者の温度差によって規定される。熱発電素子２０はその両側の温度差ΔＴｐによって発電効率が決まるため、温度差ΔＴｐに対応した制御をすることで、発電効率の最大化が可能となる。

【0035】

（第４の実施形態）
図９と図１０は本発明の第４の実施形態に係る熱発電携帯機器６０の構造を示す。第１の実施形態と同一の部分には同一符号を与えて説明を省略する。図９、図１０ともに（ａ）が熱発電携帯機器６０の断面図、（ｂ）が導熱性可動部材６１の平面図である。本実施形態では導熱性可動部材６１は熱伝導性を持つ材質から成る点は第１の実施形態と同様であるが、図９，図１０の下に示すように平面視楕円の板形状であり、中心軸６１ａの周りに回転可能になっている。図９では導熱性可動部材６１は放熱先側導熱部材２３の直上に配置した状態、図１０では導熱性可動部材６１は図９から中心軸６１ａの周りに９０度回転した状態を示す。導熱性可動部材６１はバイメタルぜんまい６２に固定されており、バイメタルぜんまい６２の変形によって中心軸６１ａの周りに回転する。バイメタルぜんまい６２は２種類の金属を貼り合わせた材料から成るぜんまいであり、温度変化によって変形することでそれに固定された導熱性可動部材６１を回転させる。所定の温度におけるバイメタルぜんまい６２の形状によって導熱性可動部材６１は図９と図１０のいずれかに示される位置に配向される。

【0036】

すなわち、ある温度において導熱性可動部材６１が図９に示される位置に配向すると、放熱先側導熱部材２３と導熱性可動部材６１は接触し、熱流１はその接触部を通過して筐体１１から大気に向けて放出される。温度が変化してバイメタルぜんまい６２が変形して導熱性可動部材６１が図１０に示される位置に配向すると、放熱先側導熱部材２３と導熱性可動部材６１は離反し、熱流１は外部に放出されにくくなる。熱発電素子２０の放熱先側の温度が上昇して両側の温度差ΔＴｐが小さくなったときには自動的にバイメタルぜんまい６２が変形して導熱性可動部材６１が回転し、発電は停止するものの生体からの放熱量も一旦低下する。放熱先側の温度が低下すると導熱性可動部材６１が回転し、放熱先側導熱部材２３から急速に放熱が始まるので、熱発電素子２０の両側の温度差ΔＴｐが一時的に大きくなるため発電量が増加する。この一時的な発電はエネルギー効率が極めて高いため、全時間を通した発電量は、発電を停止していた時間を含めたとしても定常状態における発電量に比べて極めて大きい。

【0037】

（第５の実施形態）
図１１と図１２は本発明の第５の実施形態に係る熱発電携帯機器７０の構造を示す。第４の実施形態と同一の部分には同一符号を与えて説明を省略する。図１１、図１２ともに（ａ）が熱発電携帯機器７０の断面図、（ｂ）が導熱性可動部材７１の平面図である。本実施形態では導熱性可動部材７１は熱伝導性を持つ材質から成り、平面視楕円の板形状である点は第４の実施形態と同様であるが、図１１、図１２の下に示すように、中心軸７２が導熱性可動部材７１の重心から所定距離だけずれて位置している。

【0038】

このような構造を持つ熱発電携帯機器７０は、生体に装着している間に重力方向に対する姿勢が変化した際に、導熱性可動部材７１が回転して、図１１と図１２のいずれかに示される位置に配向される。生体が動作することによって自動的に放熱先側導熱部材２３と導熱性可動部材７１が接触と離反を繰り返すため、シンプルな構造のみで動力も使うことなく一時的に発電効率を非常に大きくすることができ、全時間を平均した発電量も大きくすることができる。

【0039】

（第６の実施形態）
図１３は本発明の第６の実施形態に係る熱発電携帯機器８０の構造を示す。第１の実施形態と同一の部分には同一符号を与えて説明を省略する。第１の実施形態との相違点は、第１の実施形態での熱変形部１９の代わりに気体封止部８１を持つ点である。気体封止部８１は略直方体形状であり、注射器のように２個の円筒が図中の左右方向にスライドすることにより、内部の気体が温度によって体積変化した際に導熱性可動部材２２を移動させる。これにより第１の実施形態と同様の効果を実現できる。

【0040】

（第７の実施形態）
図１４は本発明の第７の実施形態に係る熱発電携帯機器９０の構造を示す。第１の実施形態と同一の部分には同一符号を与えて説明を省略する。本実施形態においては、熱源側導熱部材２１に接触するように熱源側バイメタルぜんまい９３が配置され、ムーブメント１８に接触するように放熱先側バイメタルぜんまい９２が配置されている。この２つのバイメタルぜんまいは変形部間接続部９４によって接続され、温度変化によって回転する方向が互いに反対になるように巻かれている。変形部間接続部９４はプラスチックなどの熱伝導率の低い材質から成り、内部に中空部９５を持つ。導熱性可動部材９１は放熱先側バイメタルぜんまい９２と変形部間接続部９４に挟まれて配置される。熱源側バイメタルぜんまい９３は生体の温度によって決まる角度になるように変形部間接続部９４を回転する力をかけるが、放熱先側バイメタルぜんまい９２は大気の温度によって決まる角度になるように変形部間接続部９４を反対方向に回転する力をかける。これにより両者の力が均衡した位置に変形部間接続部９４は停止する。この位置は生体と大気それぞれの温度ではなく、生体と大気の温度差によって決まる。この温度差が大きいときに導熱性可動部材９１が放熱先側導熱部材２３に接触し、温度差が小さくなってくると離反するように両者を配置していることにより、高効率で発電できる時間は発電を行い、効率が低下すると一旦発電を停止させて内部の温度差が大きくなった時点で再度発電させる、という上述の実施形態と同様の効果を実現できる。

【0041】

（第８の実施形態）
図１５は本発明の第８の実施形態に係る熱発電携帯機器のうち、導熱性可動部材１００から熱源側導熱部材１０３までの構造を示す。第７の実施形態と同様に、熱源側バイメタルぜんまい１０１と放熱先側バイメタルぜんまい１０２を持ち、両者は温度変化によって回転する方向が互いに反対になるように巻かれているが、以下が異なる。固定されている場所をｆｉｘと示した。熱源側バイメタルぜんまい１０１は熱源側導熱部材１０３に固定され、生体の温度によって所定の角度Ｒｏｔ１０１だけ回転する。熱源側バイメタルぜんまい１０１は熱源側回転軸１０４に固定されているため、熱源側回転軸１０４は熱源側導熱部材１０３に対して同じ角度Ｒｏｔ１０４だけ回転する。放熱先側バイメタルぜんまい１０２は熱源側回転軸１０４に固定されているが、大気の温度によって所定の角度Ｒｏｔ１０２だけ反対方向に回転するため、その差分だけ熱源側導熱部材１０３に対して回転する。放熱先側回転軸１０５は放熱先側バイメタルぜんまい１０２に固定されているため、同じ角度Ｒｏｔ１０５だけ回転する。導熱性可動部材１００は放熱先側回転軸１０５に固定されているため、結果として、導熱性可動部材１００は熱源側導熱部材１０３に対して、生体と大気の温度差に対応した角度だけ回転する。このような構成にすることにより、２個のぜんまいは常にその時の温度における平衡位置、すなわち位置エネルギーが最小の位置を維持するために力がかかることが無い。また、熱源側回転軸１０４に円盤を固定して、それに放熱先側バイメタルぜんまい１０２を固定することで、円盤と導熱性可動部材１００が独立に回転するという、装飾的な効果も実現できる。

【符号の説明】

【0042】

１ 熱流
１０ 熱発電携帯機器
１１ 筐体
１２ 枠体
１３ カバーガラス
１４ 裏蓋
１５ 保持部材
１６ 文字盤
１７ 指針部
１８ ムーブメント
１９ 熱変形部
２０ 熱発電素子
２１ 熱源側導熱部材
２２ 導熱性可動部材
２３ 放熱先側導熱部材
３１ 制御部
３２ 針駆動部
３３ 昇圧部
３４ 蓄電部
４１ 可動部材突起
４２ ムーブメント第一突起
４３ ムーブメント第二突起
５０ 熱発電携帯機器
５１ 熱源側熱変形部
５２ 放熱先側熱変形部
５３ 変形部間接続部
５４ 中空部
５５ 熱源側熱変形部５１の伸び
５６ 放熱先側熱変形部５２の伸び
６０ 熱発電携帯機器
６１ 導熱性可動部材
６１ａ 導熱性可動部材６１の中心軸
６２ バイメタルぜんまい
７０ 熱発電携帯機器
７１ 導熱性可動部材
７２ 導熱性可動部材７１の中心軸
８０ 熱発電携帯機器
８１ 気体封止部
９０ 熱発電携帯機器
９１ 導熱性可動部材
９２ 放熱先側バイメタルぜんまい
９３ 熱源側バイメタルぜんまい
９４ 変形部間接続部
９５ 中空部
１００ 導熱性可動部材
１０１ 熱源側バイメタルぜんまい
１０２ 放熱先側バイメタルぜんまい
１０３ 熱源側導熱部材
１０４ 熱源側回転軸
１０５ 放熱先側回転軸
Ｒｏｔ１０１ 熱源側バイメタルぜんまいの回転角
Ｒｏｔ１０２ 放熱先側バイメタルぜんまいの回転角
Ｒｏｔ１０４ 熱源側回転軸の回転角
Ｒｏｔ１０５ 放熱先側回転軸の回転角

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】