专利名称：热能转换装置和具有该热能转换装置的仪器以及热能转换方法
技术领域：
本发明涉及热能转换装置和具有该热能转换装置的仪器以及热能转换方法，特别是其结构为能够利用热介质随着温度的变化而产生的压力的变化或容积的变化取出能量的热能转换装置。
背景技术：
作为利用外部气温的变化以获得工作能量的钟表，有シヤガ-·ルクルト公司的叫作阿托莫斯(ァトモス)的台式钟表。这种台式钟表这样构成，即，在机身内部设有将作为热介质的氯乙烯以气相与液相混合的状态封入的、能够变形的密封容器，当密封容器的内部压力随着气温的变化而变化时密封容器变形，利用这一变形对发条上弦，储存用来驱动指针的能量。
另一方面，与上述钟表同样，利用周围温度的变化将热能转换为动能从而获得驱动钟表的能量的技术在诸如特开平6-341371号公报、特开平10-14265号公报中已经公开。二者均具有如下结构在具有可伸缩的波纹的密封容器内，作为热介质收容有液体与气体，密封容器上连结有动作杆。当密封容器随着外部气温的变化而伸缩时，动作杆也将作往复动作，通过与动作杆啮合的齿轮产生旋转运动。若该旋转运动直接或通过发条等部件传递到发电机的转子上，发电机将发电，产生的电能以电容器、二次电池等进行储存。
但是，上述各技术中存在这样的问题，即，一般来说，由于外部气温的变化较为缓慢，故密封容器的变形动作极为滞后，其结果，要想从密封容器的变形动作高效率地取得动能是困难的。
即，作为上述阿托莫斯台式钟表，由于在加大了推压密封容器的螺旋弹簧的弹簧力的同时，为提高密封容器的耐压性能而将该密封容器的变形量抑制得较小，因此，不仅不能够对外部气温的急剧变化作出响应，而且当外部气温变化不大时，不能够取出能量。
此外，作为上述各公报所记载的技术，为了将热能高效率地进行转换，在外部气温发生一定程度的较大变化之前，对密封容器的变形加以抑制，而在温度变化量超过预定值时一次性解除抑制力，以使密封容器急剧地并且较大地发生变形从而产生动能。这样做的结果，虽然能够提高发电机内的能量转换效率，但温度发生急剧升降变化(例如像急剧升温之后再急剧降温这样的变化)时，将在释放密封容器之前温度反弹回去而不能够获得动能。此外，在温度缓慢变化的情况下，到能够将热能取出需要等待极长的时间，并且，在直到能够取出热能之前温度发生了升降的场合，即使随着升温和降温，相对于密封容器发生了热量的进出，但靠这种热量的进出不能够取出动能。因此，按照现有的方法，原本能够获得的能量有许多不能够取出，不得不白白地浪费掉。
发明的公开本发明的目的是解决上述各技术中所出现的种种问题。
即，本发明的目的是，提供一种即使温度像气温的变化那样缓慢变化的情况下，也能够迅速地或者切实地取出可利用形式的能量的装置或者方法。
本发明的另一个目的是，提供一种即使周围温度急剧变化也能够充分予以响应，即使在短时间内升温与降温前后相继发生时也能够切实取出能量的装置或者方法。
本发明的又一个目的是，提供一种诸如能够在较宽的周围温度变化速率范围内高效率地取出能量这样的，对周围温度的变化模式具有足够适应性的、能够高效率地取出能量的装置或者方法。
为实现上述任务，本发明的热能转换装置包括，具有内部收容有体积能够随着温度的变化而变化的热介质的密闭容器，在该密闭容器内设置有容积不会发生实质性改变的介质收容部以及与该介质收容部连通的、容积能够改变的变动部的热转换体；以及与该变动部容积的变化相应地进行动作的动作部。按照该发明，在热转换体内，容积可改变的变动部与容积不会发生实质性改变的介质收容部是连通的，因此，当介质收容部内的热介质与外部之间进行热交换时，热介质的体积改变而使得变动部的容积改变。此时，由于介质收容部的容积不会发生实质性的改变，故介质收容部内的热介质随着容积的改变而产生的作用将集中在变动部内，因此，能够使变动部的容积发生较大的改变。其结果，相对于诸如日常外部气温那样极为缓慢的微小的温度变化，或者，从室内来到室外再返回室内或仪器从与皮肤紧密接触的状态暂时取下再与皮肤紧密接触等情况下发生的温度的急剧变化，变动部能够灵敏且迅速地变形从而作为动作部的动能而取出，因此，能够取出比现有技术更大的能量。此外，即使不像上述公报所记载的那样对动作部的动作进行暂时性限制，或者放宽对动作进行限制的温度变化幅度(减小可解除对动作进行限制的温度幅度(温度差)的设定值)，也能够因变动部容积的变化较大而高效率地取出能量。
在上述热转换体中，所说介质收容部的容积不会发生实质性改变，是指与相应于热介质体积的变化其容积发生变化的变动部相比，在介质收容部容积的变化程度较小的范围内，也允许介质收容部的容积发生改变。此外，上述动作部是指随着变动部容积的变化而动作的部分，表示在动作部上连接有用来将动作部的动作能量储存起来的储存机构的场合，将变动部与储存机构二者进行机械连结的整个动作部分。因此，动作部可以由单一的部件构成，也可以由多个相连结的部件构成。
可以将介质收容部与变动部二者单独制成而将二者连接起来，也可以将二者制成一体。在该制成一体的场合，例如可以是，作为介质收容部，其壁厚较厚地形成，从而即使容纳在介质收容部内的热介质的体积由于温度的变化而膨胀或收缩时，介质收容部的体积也不会发生实质性改变，而作为变动部，其壁厚较薄地形成，从而使得随着热介质的上述膨胀或收缩其容积易于改变、易于变形。
关于该介质收容部的材质，只要是实质性的刚体且导热率高的材质即可，例如最好是后述的铝合金、铜合金、银合金、金合金等材料。而变动部的材质，只要是能够随着温度变化、热介质膨胀或收缩其容积易于改变的材质即可，例如最好是后述的橡胶、塑料、薄片弹性金属等高弹性材料。
此外，关于热介质，只要是能够随着温度的变化而膨胀或收缩从而其体积发生改变的介质即可，一般来说，最好采用在常温常压下为气体或液体的物质，例如以氨、二氧化碳、二氯乙烯为宜，也可以是氧气、氮气、空气，此外，还可以是随着温度的变化其变形量较大的弹性固体，或者可以是将气体、液体、固体中的至少两种以上进行混合的物质。
在这里，上述介质收容部的表面以呈凹凸状形成为宜。利用凹凸形状可增大介质收容部的表面积，因此，可促进热介质与外部之间热交换的进行。此外，也可以设置贯穿介质收容部的贯穿部以进一步促进热交换的进行。
在本发明中，最好是，上述变动部的容积小于上述介质收容部的容积。当变动部的容积小于介质收容部的容积时，可进一步增加变动部的容积变化量(变形量)，因此，不仅能够进一步提高对温度变化的响应性，而且能够提高对温度变化的敏感性。
在本发明中，最好是，上述介质收容部呈延伸形状构成。当介质收容部为延伸形状时，能够增大表面积相对于介质收容部容积之比，因此，能够增加进出介质收容部的热量，进一步提高对温度变化的响应性和敏感性。此时，特别是以使用管状介质收容部为宜。在这里，从介质收容部的结构紧凑性考虑，最好是做成，呈延伸形状的介质收容部的外表面彼此密集的集成结构。
在本发明中，最好是，上述介质收容部其延伸形状呈弯曲状态形成。当延伸形状的介质收容部以弯曲状态形成时，不仅能够使装置结构紧凑，而且能够与仪器的结构相应地做成合适的形状，因此，能够灵活地应对各种安装要求，还能够用于小型仪器或便携式仪器中。在这种场合，特别是作为管状介质收容部，介质收容部最好是以卷绕的状态形成。在这里，从介质收容部结构的紧凑性考虑，最好是，将延伸形状的介质收容部弯曲从而构成介质收容部外表面彼此密集的集成结构。
在本发明中，最好是，上述变动部从上述介质收容部突出，并且以垂直于上述变动部的突出方向的平面所剖切的上述变动部的断面面积小于在与上述变动部相连接的区域以上述平面进行剖切的上述介质收容部的断面面积。换言之，最好是，当以与指向变动部的方向相垂直的平面进行剖切时，从介质收容部向变动部的断面面积的变化趋势是，在从介质收容部进入到变动部处上述断面面积缩小。由于变动部从介质收容部向外部突出，并且所说断面面积小于介质收容部，因此，变动部的因容积变化而产生的变形量在突出方向上可进一步增大，向动作部传递的动能可进一步增大。在这种场合，为了增加可取出的能量，以变动部具有仅能够向上述突出方向发生变形(或者能够伸缩)的结构为宜。
在本发明中，最好是，上述变动部能够在既定方向上伸缩，上述动作部能够相应于上述变动部的伸缩在上述既定方向上往复动作。由于变动部能够在既定方向上伸缩，动作部能够在既定方向上往复动作，因此，能够将靠变动部的基于容积变化的变形量而产生的动能限定在既定方向上取出，故能够进一步增大动作部的动作行程，因此能够进一步高效率地取出能量。
在本发明中，最好是，具有储存上述动作部的动能的储存机构。此时，储存机构最好是将动作部的动能转换为其它能量形式后进行储存。对于动作部的动作模式不适于连续供给能量的场合，通过以储存机构储存取自动作部的能量，可将储存的能量连续地进行供给。作为储存机构，可以采用发条、螺旋弹簧、扭转弹簧等弹性部件，将动能转换为这些弹性部件的变形能进行储存，可以利用重锤等部件转换为与其提升位置相应的位能进行储存，也可以利用飞轮等部件转换为旋转体的转矩进行储存，还可以利用发电机或压电元件转换为电能进行储存。
在本发明中，最好是，作为上述储存机构，具有暂时储存上述动作部的动能的第1储存部，以及将该第1储存部所输出的能量进行转换后加以储存的第2储存部。由于靠变动部容积变化而动作的动作部的动能暂时性地储存在第1储存部中，并对第1储存部输出的能量通过第2储存部再次进行储存，因此，即使在诸如相应于周围温度的变化而发生的动作部的动作不规则或者动作量的时间性波动较大等等，动作部的动作模式难以提高能量转换的转换效率的情况下，也能够做到以能够与动作部的动作模式相适应的、或者在转换效率方面能够与动作部的动作模式相适应的第1储存部暂时将能量储存起来，进而在第2储存部中，将第1储存部输出的能量以所希望的能量形式或者以更便于使用的能量形式再次进行转换而进行储存；因此，能够使提高能量取出效率与拓宽能量形式选择范围二者得以兼顾。
在本发明中，最好是，上述第1储存部中的能量转换特性与上述第2储存部中的能量转换特性相比，相对于输入能量的大小其转换效率的变化特性较为平缓。由于第1储存部中相对于输入能量的大小其转换效率的变化特性较第2储存部平缓，因此，能够在较宽的范围内适应因温度急剧变化而引起的输入能量的增大和因温度变化而引起的输入能量的减少，提高能量吸收效率，并且，由于是以第2储存部再次进行能量转换，故能够扩大能量转换机构的选择范围。
在本发明中，最好是，上述第1储存部中的能量转换特性与上述第2储存部中的能量转换特性相比，相对于较小的能量其转换效率较高。一般来说，日常环境温度的变化极为缓慢，故向第1储存部输入的能量通常极小，因此，作为第1储存部，通过采用相对于较小能量其转换效率较高的储存部，可做到即使是微小的能量也能够持续地进行转换和储存，因此，所能够取出的能量的总合将增加。
例如，在将动能转换为电能的动电机中，虽然能够获得易于处理的电能，但另一方面，当输入的动能的量减少时，能量转换效率将急剧恶化。与之相比，对于以输入的能量对发条上弦的场合，即使在机械损失不可避免的低输入能量的情况下，也能够保持较高的转换效率。
在本发明中，最好是，具备对能量从上述第1储存部向上述第2储存部的送出量进行控制的控制机构。由于能够以控制机构对能量从上述第1储存部向上述第2储存部的送出量进行控制，因此，可根据需要对诸如第1储存部中暂时储存的能量和第2储存部的能量转换速度进行调整。因此，例如将第1储存部的能量送出量控制在可使得第2储存部中能量转换效率较好的送出速度范围内，便能够提高作为装置整体的能量转换效率。此外，在具有对第2储存部中储存的能量进行消耗的运转部分(能量消耗部)的场合，能够仅将该运转部所需要的能量送给第2储存部；而在第1储存部到第2储存部之间具有消耗能量的运转部分的场合，通过对自第1储存部向第2储存部送出的能量的多少进行控制，还能够对该运转部分的运转状态进行控制。
在本发明中，最好是，上述控制机构的结构为对上述送出量所进行的控制能够平缓上述第2储存部的能量储存量的波动，上述第2储存部上连接有消耗储存在上述第2储存部中的能量的能量消耗部。由于通过控制机构平缓第2储存部的能量储存量的波动，从而，在能量向能量消耗部流通的路径中，第1储存部起着有效的缓冲作用。例如，相应于能量消耗部的能量消耗量，第2储存部的能量储存量增加或减少，对应于该增减，能量自第1储存部向第2储存部的送出量减少或增加，因此，在第1储存部和第2储存部各自的能量储存量具有限度的情况下，能够有效利用系统整体的能量储存能力，而且，在实质上，还能够增加系统整体的能量取出量。
在本发明中，最好是，上述控制机构所进行的控制能够使上述送出量恒定。由于能够将自第1储存部向第2储存部的能量送出量控制为恒定，因此，能够在第2储存部中稳定地实施能量的转换从而高效率地取出能量。例如，使得能量送出量与第2储存部中能量转换效率最高的转换速度相对应，则在实质上能够增加可利用的能量。
此外，在第1储存部到第2储存部之间具有消耗能量的被驱动部的场合，在被驱动部的结构为以与能量的送出量相应的动作模式受到驱动的情况下，控制自第1储存部送向第2储存部的能量恒定不变，便能够使该被驱动部的运转状态(动作模式)保持一定。在这里，能够构成结构为被驱动部为指针并且自第1储存部向第2储存部以恒定的旋转速度传递能量的钟表。
在本发明中，最好是，上述第1储存部是将上述动作部的动能转换为变形能、位能或旋转能等机械能而暂时加以储存的机械能储存机构，上述第2储存部具有将上述第1储存部输出的机械能转换为电能的发电机构、以及储存从该发电部获得的电能的电能储存机构。作为第1储存部，可以考虑采用发条、螺旋弹簧、扭转弹簧等弹性部件将动能转换为弹性变形能加以储存，或者转换为重锤的位能加以储存，或者利用飞轮等转换为转矩加以储存等等方案。而作为第2储存部，可以考试利用诸如发电机、压电元件等转换为电能加以储存的方案。
上述各发明的热能转换装置能够设置在各种仪器中。在具有消耗能量的运转部分的各种仪器中，能够将与介质收容部相连通的变动部中因周围温度变化而发生的容积变化作为动作部的动能取出，以该能量直接或适当转换为其它能量驱动运转部分。作为该各种仪器，有以热能转换所得的电能进行运转的各种电子仪器，此外，有将热能转换所得的动能直接加以利用的钟表，或者利用热能转换所得的电能进行驱动的钟表。此外，对于便携式仪器，需要使用电池等作为能源，但通过采用本发明，可不需要能源本身，或者能够适当地对能源补充能量，故而能够做到不必更换能源。
在本发明中，最好是，具有收容上述热能转换装置的壳体，沿该壳体的内表面配置上述介质收容部。在这里，热能转换装置之外的构成部分可根据需要收容在壳体内部。由于沿壳体的内表面配置介质收容部，可使得介质收容部与壳体之间的热交换高效率地进行，因此，能够提高对周围温度变化的响应性及灵敏度。
在本发明中，最好是，上述壳体与上述介质收容部的外壁相密合，或者，上述壳体与上述介质收容部的外壁成一体构成。由于上述壳体与上述介质收容部的外壁相密合，或者，上述壳体与上述介质收容部的外壁一体构成，可使得介质收容部与外部之间的热交换高效率地进行，因此，可进一步提高对周围温度变化的响应性及灵敏度。作为与壳体密合的密合面或与壳体成一体的外壁，为增加其接触面积(密合的面积)或者其表面积，以呈凹凸形状构成为宜。在上述密合面呈凹凸形状构成的场合，最好是，介质收容部与壳体二者通过凹凸形状彼此嵌合。
在本发明中，最好是，在上述壳体上，设有自上述壳体的外表面延伸至与上述介质收容部相邻接之位置的、比其它部分具有更高导热率的热量通道。由于在介质收容部中热量经由具有高导热率的热量通道优先出入，因此，能够使设有上述热量通道的壳体的外表面部分与特定的热源(诸如外部空气等)接触而有选择地取出热能。在这里，在构成手表等便携式仪器或装饰品(戴在身上的饰物)的场合，最好是，从该仪器壳体中与身体或衣服接触的部分之外的、暴露在外部空气中的外表面部分朝向介质收容部地设置上述热量通道。
在本发明中，最好是，在上述壳体邻近上述介质收容部的部分的外表面上有选择地设有凹凸形状。由于壳体中的邻近介质收容部之部分的外表面上有选择地设有凹凸形状，因此，在该部分的外表面上，壳体的表面积能够有选择地加大，故能够在该部分使热优先出入于介质收容部。
在本发明中，最好是，上述壳体的与上述介质收容部相邻接的部分上有选择地设有比其它部分具有更低的导热率的绝热部。由于有选择地设置绝热部，在设有绝热部的部分上，介质收容部与外部之间的热交换将受到阻碍，因此，在壳体的外表面存在有局部与温度变化较小的热源相接触的部分的场合，在该部分所产生的热学影响下，介质收容部的温度变化受到抑制，能够防止可取出能量的减少。例如，在构成手表等便携式仪器或装饰品(戴在身上的饰物等)的场合，通过在壳体中与身体或衣服接触的部分上有选择地设置绝热部，可防止因体温或衣服等的影响而妨碍介质收容部温度的变化。
本发明的热能转换方法是，制造出一种热转换体，该热转换体具有内部收容有体积随温度的变化而变化的热介质的密闭容器，在上述密闭容器中，设有容积不会发生实质性变化的介质收容部以及与该介质收容部相连通的容积能够改变的变动部，利用外部温度的变化使上述介质收容部内的温度改变从而使上述变动部的体积变化，靠该体积的变化而产生动能。
本发明的又一个热能转换方法是，制造出一种热转换体，该热转换体具有内部收容有体积随温度的变化而变化的热介质的密闭容器，在上述密闭容器中，设有容积不会发生实质性变化的介质收容部以及与该介质收容部相连通的容积能够改变的变动部，通过使上述介质收容部从与第1热源热接触的状态变化为与温度不同于上述第1热源的第2热源热接触的状态，使变动部体积发生变化，靠该体积的变化产生动能。
例如，其这样构成在便携式仪器或装饰品(戴在身上的饰物等)等的内部收容热转换体，当便携式仪器或装饰品带在身上时介质收容部处于与身体或衣服等(第1热源)热接触的状态，而当将便携式仪器或装饰品从身上取下时介质收容部处于与外部空气、桌子、地面等(第2热源)热接触的状态。一般来说，带在身上的状态与从身上取下的状态二者产生某种程度的温差，因此，当将便携式仪器(便携式电话、手表等)以及装饰品一会儿带在身上一会儿从身上取下时，由于温度的变化，变动部将变形，由此即可取出动能。
本发明的另一具体的热能转换方法是，制造出一种热转换体，该热转换体具有内部收容有体积随温度变化而变化的热介质的密闭容器，在上述密闭容器中，设有容积不会发生实质性变化的介质收容部以及与该介质收容部相连通的容积能够改变的变动部，在上述介质收容部的周围，设置用来与第1热源接触的第1外表面，以及用来与相对于上述第1热源温度变化较大的第2热源接触的第2外表面，经上述第1外表面进行的外部与上述介质收容部之间的热交换性比经上述第2外表面进行的外部与上述介质收容部之间的热交换性要低。
例如，在构成诸如钟表等便携式仪器或装饰品(戴在身上的饰物等)的场合，使得具有与身体或衣服接触的第1表面部的壳体部分(诸如后盖)的导热率低于具有与外部空气接触的第2外表面的壳体部分(诸如表壳的外周部分)的导热率而制成，从而，外部空气的温度变化能够可靠地向介质收容部内传递，介质收容部的温度不受身体和衣服等恒定的热环境的影响而随着外部气温的变化而变化，能够高效率地取出能量。
附图的简单说明
图1是本发明所涉及的热能转换装置的第1实施形式的结构示意图。
图2是本发明所涉及的热能转换装置的第2实施形式的结构示意图。
图3是第2实施形式之变形例的结构示意图。
图4是对本发明所涉及的热能转换装置的主要部分之变形例分别进行展示的立体示意图(a)～(c)。
图5是对本发明所涉及的各实施形式所采用的条盒轮的结构进行展示的剖视示意图。
图6是对应用本发明所涉及的各实施形式之应用例1的电气结构进行展示的结构示意图。
图7是对应用本发明所涉及的各实施形式之应用例2的电气结构进行展示的结构示意图。
图8是对应用本发明所涉及的各实施形式之应用例3的内部结构配置进行展示的结构示意图。
图9是对应用本发明所涉及的各实施形式之应用例4的内部结构配置进行展示的结构示意图。
图10是对应用本发明所涉及的各实施形式之应用例5的内部结构配置进行展示的结构示意图。
图11是对应用本发明所涉及的各实施形式之应用例6的内部结构配置进行展示的结构示意图。
图12是对应用本发明所涉及的各实施形式之应用例7的内部结构配置进行展示的结构示意图。
图13是对本发明所涉及的应用例8的内部结构进行展示的剖视示意图。
图14是示出应用例8的内部俯视结构的横剖示意图。
图15是对本发明所涉及的应用例9的内部结构进行展示的剖视示意图。
图16是示出应用例9的内部俯视结构的横剖示意图。
图17是对本发明所涉及的热能转换方法的实施形式(第3实施形式)之构成进行展示的流程示意图。
图18是对本发明所涉及的热能转换方法的实施形式(第4实施形式)之构成进行展示的流程示意图。
实施发明的最佳形式下面，结合附图对本发明所涉及的热能转换装置和具有该热能转换装置的仪器以及热能转换方法的实施形式进行详细说明。
第1实施形式图1是本发明所涉及的热能转换装置的第1实施形式的结构示意图。在该实施形式中，介质收容部10和变动部11是具有内部收容热介质并可以密闭的密闭容器结构的热转换体，本实施形式这样构成，即，以该热转换体利用温度的变化取出热能而使动作部动作，从动作部经由进行能量传递的传递部或进行能量转换的转换部取出能量。
介质收容部10以诸如后述的金属等刚体构成，即使内部所收容的热介质的压力发生变化其容积也基本上不会发生实质性的变化，变动部11能够相应于内部热介质的压力而发生变形。因此，收容于介质收容部10内的热介质的压力变化能够使与介质收容部10连接的变动部11的体积和形状发生变化。
介质收容部10以构成延伸形状的管状形成，以呈螺旋状卷绕的状态进行配置。介质收容部10的末端被封闭，根端与可伸缩结构的变动部11连接。变动部11以波纹管状容器构成，由橡胶、塑料、薄壁金属等高弹性材料构成。此外，变动部11在长度方向(轴向)上较径向方向更易于变形。作为变动部，一般来说，最好是如上所述的与其它方向相比在既定方向上易于发生变形的高弹性容器结构。
变动部11收容在压力缸12的内部。压力缸12内配置有可移动的活塞13，活塞13的一端与变动部11接触。在活塞13的另一端收容有螺旋弹簧构成的弹性部件14，将活塞13推压在变动部11上。活塞13具有突出在压力缸12的外部的驱动轴13a，该驱动轴13a可转动地连结在安装成能够以转动轴15a为中心转动的转动杆15的从动端15b上。在转动杆15的从动端15b的相反端设有驱动端15c，在该驱动端15c上形成有长孔15d，该长孔15d中插入设置在驱动杆16端部上的连结轴16a，从而将转动杆15可转动地连结在驱动杆16上。
驱动杆16受轴承部17的导向而能够沿轴向作直线移动。驱动杆16的端部16b上有诸如呈压缩状态的螺旋弹簧等弹性部件18与之接触，靠弹性部件18的作用，将驱动杆16向连结轴16a一侧推压。在这里，也可以这样构成，即，使端部16b与诸如拉伸弹簧等弹性部件卡合，靠该弹性部件的作用力，将驱动杆16拉向端部16b一侧。在驱动杆16的外周面上形成有沿轴向延伸的齿条部16c，该齿条部16c与安装在收容有发条的条盒轮21上的被动齿轮21a啮合。
如图5所示，被动齿轮21a得到条盒轮21的轴件21b的支撑而能够自由旋转，在轴件21b的局部部位所形成的齿轴部21c上，有被固定在被动齿轮21a上的棘爪21d与之卡合。该棘爪21d这样构成，即，当被动齿轮21a在图1中顺时针旋转时，与齿轴部21c卡合，而当被动齿轮21a在图1中反时针旋转时，不与齿轴部21c卡合，其结果，被动齿轮21a的顺时针旋转运动能够传递给齿轴部21c，而被动齿轮21a反时针旋转运动传递不到齿轴部21c上。
轴件21b可自由旋转地安装在上壳21e上，此外，在轴件21b和上壳21e上可自由旋转地安装有输出齿轮21f。发条21g其内端安装在轴件21b上，其外端安装固定在输出齿轮21f上。当齿轴部21c在棘爪21d的作用下旋转时，可对发条21g上弦。发条21g是将旋转能变为弹性变形能而加以储存的机构，条盒轮21是作为对驱动杆16的动能进行转换并加以储存的第1转换储存部而构成。输出齿轮21f靠发条21g的弹性力旋转。
再返回图1进行说明。传递给条盒轮21的旋转运动对上述发条21g上弦，并使上述输出齿轮21f旋转。该输出齿轮21f的旋转运动经过构成传递轮系的多个齿轮体22、23、24而加速，驱动发电机30的转子31旋转。发电机30由转子31、定子32以及电磁线圈33构成，随着转子31的旋转，在电磁线圈33中产生电动势。
在本实施形式中，在介质收容部10的内部密封有在常温下呈液相与气相混合(共存)状态的热介质。作为该热介质，有体积能够随着温度变化而变化的各种物质可以采用，但一般以采用在常温下为气体或液体的物质为宜，例如最好是氨、二氧化碳、二氯乙烯等。此外，氧气、氮气、空气等虽然也能够采用，但为了得到足够的体积变化量，需要以高于大气的压力密封在热转换体内，因此，由介质收容部10和变动部11构成的热转换体必需具备能够承受高压的具有足够的耐压性能的结构。
在本实施形式中，当随着周围温度的变化收容于介质收容部10内的热介质的温度变化时，内部压力发生改变而使变动部11变形，其结果，上述活塞13、转动杆15以及驱动杆16动作。驱动杆16的动作在条盒轮21处作为弹性变形而暂时储存起来。由储存在条盒轮21内的弹性能产生的、输出齿轮21f所输出的旋转运动被加速并在发电机30内转换为电能。
在周围温度为通常的外部空气温度的场合，由于其温度的变化不规则，驱动杆16的动作也会变得不规则，但由于发条21g具有比较不易受其所储存的弹性变形的大小的影响而能够持续地输出波动较小的旋转力的特性，因此，能够以旋转速度波动较小的状态驱动发电机30的转子31，因而与靠驱动杆16直接驱动转子31旋转的场合相比，可提高发电效率。
在本实施形式中，将热转换体分为介质收容部10和变动部11，仅变动部11能够随着介质收容部10内热介质压力的改变而改变其体积。因此，与特开平6-341371号公报和特开平10-14265号公报所记载的、收容热介质的容器(热转换体)整体为变动部(变动部11的容积与整个热转换体的容积之比为1)相比，由于介质收容部10在变动部11之外另外设置，故可使变动部11相对于热转换体的整体容积的容积比小(小于1)，因此，变动部11随压力变化而产生的变化量或者变化行程可以较大。
因此，热响应性可比现有技术提高，即使周围温度急剧变化之后回到原来温度的情况下，变动部11也能够响应，可利用其变形而取出能量，而且，热灵敏度可比现有技术提高，即使在周围温度发生微小变化的情况下，变动部的变形量也较大因而能够取出能量。其结果，不必像现有技术那样采取诸如为了使变动部的变形量大到一定程度以高效率地取出能量，对变动部的变形暂时加以抑制，在温度变化量大到一定程度时释放变动部使变动部一次性发生变形等措施；或者，采取这种措施的必要性减小，从而，可降低对变动部的变形进行抑制的幅度(直到变形抑制被解除为止的温度差)。并且，由于可从整体上提高靠温度变化取出能量的效率，因此，在过去尚不能说达到实用程度的这种方式，可在各种仪器，例如手表等中加以采用。
在这里，本实施形式这样构成，即，介质收容部10的容积大于变动部11的基准容积(实用上的变动部11容积变化范围的大约中间的容积值)，也就是介质收容部10的容积与变动部11的基准容积之比为1以上，最好为2以上。这样，能够有效增加变动部11的变形量。本实施形式中，介质收容部10的内容积为变动部11的基准容积的10倍以上。
特别是在本实施形式中，由于介质收容部10呈延伸形状(管状)形成，因此，易于增大介质收容部10的表面积，能够与周围之间高效率地实现热卡合。在这里，若将呈延伸形状的容器以弯曲状态(卷绕状态)进行配置，则在各种仪器内部均能够紧凑地加以容纳。此外，若介质收容部10例如采用柔性材料等做成能够弯曲成任意形状的结构，则介质收容部10可很容易地收容在各种仪器内。此外，介质收容部10像本实施形式这样呈管状构成从而提高了承受内部压力的耐压强度，因此，不仅构成介质收容部10的材料选择范围变宽，而且可将高压热介质收容在内部而以其实现动作，故能够以更高的效率取出能量。
第2实施形式下面，结合图2对本发明所涉及的第2实施形式进行详细说明。在该实施形式中，介质收容部40呈立方体形成。该介质收容部40和第1实施形式同样地与变动部41连接，压力缸42、活塞43、弹性部件44也和上述第1实施形式同样地构成。活塞43的驱动轴43a通过稍45与驱动杆46连结。驱动杆46上形成有连结在销45上的连结端46a、受到与第1实施形式同样的弹性部件48推压的推压端46b、以及齿条部46c。驱动杆46受到轴承部47的导向而能够沿轴向往复移动。
驱动杆46的齿条部46c与第1齿轮体51啮合，第1齿轮体51可加速驱动杆46的动作。第1齿轮体51与条盒轮52的被动齿轮52a啮合。条盒轮52具有与第1实施形式的条盒轮21相同的结构。条盒轮52的输出齿轮的旋转经过齿轮体53、54、55、56加速，驱动发电机60的转子61旋转。发电机60与第1实施形式同样地是由转子61、定子62以及电磁线圈63构成。
在该实施形式中，介质收容部40呈立方体形状形成，在其内部收容有与第1实施形式同样的热介质。所构成的介质收容部40相对于变动部41的基准容积具有10倍以上的容积。因此，当与前述第1实施形式同样地，介质收容部40内所收容的热介质的压力随着周围温度的变化而变化从而体积开始增加时，与之相应地，变动部41的容积也发生较大的变化，驱动杆46沿轴向动作，其动能暂时储存到条盒轮52内的发条上。储存在发条上的能量驱动转子61旋转，在发电机60内进行发电。
在上述各实施形式中，其构成为仅能够以驱动杆在往复动作的一个方向上进行的动作，将旋转向条盒轮传递，但通过公知的机构也能够如下构成，即，驱动杆在往复动作中的任意方向上的动作，均能够以可将能量储存起来的模式进行旋转的传递。
此外，作为上述各实施形式的介质收容部10、40的材质，最好是采用铝合金、铜合金等导热性高的材质。特别是采用金属材料时，实现热介质的密封所必需的耐压性能也容易得到保证。
变形例1图3示出上述第2实施形式之变形例的结构。在该变形例中，介质收容部40的表面形成有多个凸部40a。该凸部40a可以通过将介质收容部40的外壁局部做得较厚而构成，但若介质收容部40的外壁是通过从内侧敲击出来而构成，即，在介质收容部40的热介质收容空间本身的外缘部具有凸状空间则更好。该实施形式的凸部40a在呈长方体形成的介质收容部40的所有6个表面上形成，但也可以仅在部分表面上形成。
在该变形例中，由于在介质收容部40的表面形成有凸部40a，介质收容部40的表面积比上述第2实施形式要大，其结果，可促进介质收容部40内的热介质与外部之间热交换的进行，因此，可提高热能的利用效率以及热响应性，提高能量的取出效率。
作为在介质收容部40的表面形成的、旨在促进热交换的一种结构，除了上述凸部之外，也可以形成多个凹部而取代之。此外，作为上述结构也可以设置凸部与凹部二者。
变形例2下面，结合图4对上述之外的其它实施形式进行说明。
图4(a)是图1所示第1实施形式的热转换体的变形例(变形例2)，介质收容部110具有管状部件以弯曲成环状的状态重叠而成的形状。在这里，作为介质收容部110，可以是将多个环状管部进行重叠、并使各管部的内部之间局部连通而构成，也可以是将长管状部件卷成螺旋状而如图所示重叠的形状。从介质收容部110的局部有变动部111突出出来。变动部111与第1实施形式同样地具有可在突出方向上伸缩的波纹状结构。在该变形例中，由于可将介质收容部110如后所述地沿壳体的内侧面盘绕配置，因此，能够使周围温度高效率地被介质收容部110内的热介质吸收而不会影响仪器的小型化。
变形例3图4(b)示出图2和图3所示第2实施形式的变形例(变形例3)，具有大致为长方体的介质收容部120。从介质收容部120的侧面突出地形成有与上述同样的可自由伸缩的变动部121。在该介质收容部120上，形成有多个在相向的两个面(图示的上表面与下表面)上有开口的贯穿部120a。该贯穿部120a是以在介质收容部120的内部插入圆筒状内壁的形式进行设置，将所说内壁通过焊接等方法进行固定以保证介质收容部120的密封性。由于贯穿部120a这样形成，故可增大介质收容部120的表面积，特别是，与外部之间热交换较少的介质收容部120的中央部位，周围温度也能够通过贯穿部120a容易得到传递，因此，可提高介质收容部120对温度变化的热响应性，而且，即使是微小的温度变化也能够使变动部121充分变形。
变形例4图4(c)示出图2和图3所示第2实施形式的另一个变形例(变形例4)。在大致为长方体形状的介质收容部130上，其外表面(在周向上邻接的4个面，即，图示上表面、下表面以及两个侧面)形成有多个呈褶状形成的散热片130a。散热片130a旨在使外表面呈凹凸状形成，由于能够增加介质收容部130的表面积，因此，能够提高对温度变化的响应性，而且即使是微小的温度变化也能够使变动部131充分变形。
以上所说明的第1实施形式和第2实施形式均这样构成，即，靠变动部的变形而动作的动作部的动能通过发条暂时加以储存，以发条的输出运转发电机而发电从而取出电能。这样构成的目的是，对于因温度变化而产生的不规则且时间性波动较大的动能，在运动行程的大小或运动速度的快慢等不受这种能量太大影响的状况下，通过发条切实加以捕捉，使储存在发条中的能量以尽可能与发电机的发电特性相吻合的状态送出。特别是，如本发明这样设有介质收容部以增大变动部的变形量的场合，即使是急剧的温度变化或极为缓慢的温度变化，均能够高效率地进行捕捉而使动作部动作。因此，采用如上所述的暂时捕捉急剧波动的能量，重新将其输出并再次进行转换的方法是极为有效的，可对提高能量取出效率起很大作用。此外，如后述应用例1和应用例2所示，通过对送向发电机的能量进行控制，能够获得很大的效果。
应用例1下面，就以上说明的第1实施形式和第2实施形式实际应用于各种仪器中的应用例1的结构进行说明。以基本上应用第1实施形式的例子作为该应用例在下面进行说明，但第2实施形式也同样适用。
如图6所示，由具有转子31的发电机30向电力控制部70输出电力，所说转子31受到从条盒轮21经齿轮体22、23、24传递的旋转运动的驱动而旋转。电力控制部70中并联有，为保持大致恒定的发电负荷而并联在发电机30输出端的电力消耗部71、将发电机30输出的交流整流为直流的整流电路72、设在该整流电路72的输出侧的滤波电容器73、如后所述可对发电机30的负载电力进行控制的升降压电路74、以及辅助电容器75。辅助电容器75的输出侧与由钟表控制电路和步进电机(对于钟表)等构成的运转部分(能量消耗部)80连接。辅助电容器75是为稳定向运转部分80供给的电力而设置的。
在上述各实施形式中，发条是卷成螺旋状的弹簧，通过上卷储存能量，而通过松卷输出储存的能量。因此，当发条的输出侧加有既定负荷(转矩)时，能够长时间输出相应于该负荷的能量。另一方面，当发条的输出侧未加有负荷时，弹簧将急速松开而使能量瞬间释放掉。为此，在该应用例中，当运转部分80的电力消耗较小时，以电力消耗部71适当消耗发电机30输出的电力，通过调整转子31的旋转阻力而降低发条松卷的速度，以避免储存在发条上的能量快速浪费掉。电力消耗部71中可采用的控制电力消耗的方法有多种多样，可以对并联在发电机30上的电阻和线圈等回路元件的电气特性值进行控制，也可以以电机等电力消耗仪器对电力进行消耗。在这种场合，还可以采用以该电机的输出对发条上弦的机构。
此外，在运转部分80完全不消耗电力的情况下，通过发条的松卷消耗能量将造成浪费。为此，本应用例具有以机械式制动器76停止发电机30的转子31旋转的结构。制动器76可以由双压电晶片等电动执行器构成。该制动器76靠储存在滤波电容器73或辅助电容器75中的电力动作。并且，作为该制动器76，当上述滤波电容器73或辅助电容器75中未储存电力时，或者，该电力小于既定量时，将放开转子31，不施加制动。因此，在上述电容器处于完全没有储存电力的状态，或者，储存的电力小于既定量的场合，当在驱动杆的作用下开始对发条上弦时，转子31将自然旋转而开始发电。并且，当发电机30所提供的电力使滤波电容器73或辅助电容器75的电压达到一定值以上时，制动器76使转子31停止旋转，限制储存在发条中的能量被消耗。
作为升降压电路74，即使受发条的旋转驱动力驱动的发电机30的输出电压较低的场合，也能够提高输出电流，即便转子31的旋转速度较低也能够获得既定的电力。例如，当发条的输出转矩足够大时，使发电机30侧的电压降低，靠升降压电路74升压后供给运转部分80。而当发条的输出转矩逐渐减小时，在上述状态下发电机30的输出电流也将减小，因此，停止升降压电路74的升压作用，可从发电机30以高的输出电压获得小的输出电流。这样，即使发条松卷而处于输出转矩减小的状态，也能够获得既定的输出电压和输出电流，运转部分80的动作时间可进一步延长。
之所以能够进行上述控制，是由于发电机30的电磁制动具有与输出电流大致成比例的特性，通过该特性能够控制发条的释放速度(松卷速度)。当发条的输出转矩较大时，降低输出电压、提高输出电流以增大发电机30的电磁制动作用，而当发条的输出转矩较小时，提高输出电压、减小输出电流以减小发电机30的电磁制动作用，从而，使得发条输出的能够用来运转发电机30的驱动转矩的允许范围增大。从由发条向发电机30供给能量考虑，发条的输出转矩大时以较低的转子转速供给所需要的能量，而发条的输出转矩小时相应地提高转子转速以保证能量的供给。
以上所说明的控制属于这样一种模式，即，在条盒轮21内的发条中，将驱动杆的动能暂时储存起来，使动能的传递在时间上达到平滑，即所送出能量的波动得以平缓后向发电机30传递。既可以如上所述通过对发电机30及其输出侧的操作，对从构成第1转换储存部的发条向构成第2转换储存部的发电机30送出能量的速度进行控制，也可以以第1转换储存部本身对输向第2转换储存部的能量大小进行控制从而使得能量向第2转换储存部的传递变得平滑。
作为本应用例，是在电力控制部70中，根据运转部分80的电力消耗状况对供给的电力量(发电机30的发电量)进行控制的，但也可以不进行这种控制，而采用将发出的电力储存在由大容量电容器或化学电池之类二次电池等构成的储电机构中的结构。
应用例2下面，结合图7对本发明所涉及的应用例2进行说明。该应用例属于如下构成的电子控制式机械钟表的例子，即，通过受上述各实施形式的条盒轮21内的发条驱动而旋转的齿轮体22、23、24等旋转传递部驱动指针旋转，并且，通过发电机30的电磁制动作用将指针的走针速度控制为恒定。同样，在该应用例中，上述第1实施形式和第2
该应用例2这样构成，即，从将旋转运动由发条向发电机30进行传递的齿轮体22、23、24所构成的传递轮系内的适当部位取出旋转运动，驱动设在指针部100中的指针(时针、分针、秒针等)。发电机30的输出供给电力控制部90。电力控制部90中具有使电磁线圈33输出端间的电阻等负荷可改变的可变负荷电路91，对发电机30输出的交流进行整流的整流电路92，由将整流电路92输出的电力储存起来的大容量电容器或蓄电池等构成的二次电池93，靠二次电池93输出的电力进行工作的钟表控制电路94，对发电机30产生的交流输出的周期进行检测、并以与该周期相应的模式、按照钟表控制电路94发出的控制命令对上述可变负荷电路91的负荷进行控制的负荷控制电路95。
发电机30输出的交流通过整流电路92变成直流储存在二次电池93中，钟表控制电路94靠该二次电池93的输出进行工作。钟表控制电路94中内装有晶体振荡器等时钟信号发生机构，基于该时钟信号发生机构产生的时钟信号发出送向负荷控制电路95的控制命令(周期与钟表的走针速度相对应的信号)。负荷控制电路95对发电机30的电磁线圈33的电动势所产生的交流输出的周期进行检测，将该检测到的周期与接收自钟表控制电路94的上述控制命令进行比较，向可变负荷电路91送出控制信号以使发电机的旋转周期与控制信号的周期相符。可变负荷电路91根据该控制信号形成调整后的负荷，因此，发电机30将相应于其输出侧负荷进行发电。
钟表控制电路94以及负荷控制电路95对可变负荷电路91进行控制，使得发电机30的交流输出的周期恒定，因此，转子31受到与可变负荷电路91的负荷相应地增减的电磁制动作用，从而被控制为大致恒定的旋转速度而持续发电。其结果，通过转子31可将传递轮系的转速控制为恒定不变，因此，受该传递轮系驱动而旋转的指针部100能够准确指示时间。
应用例3下面，结合图8至图16对本实施形式的结构性应用例进行说明。
图8示出应用例3的结构，该应用例3是将本发明应用于作为各种仪器之具体例子的手表200中时的结构例子。如图8所示，手表200具有外壳(表体)201，在外壳201的正面(图示之上方)安装有视窗玻璃等透光部件202。在外壳201的内部收容有机芯203，外壳201的开口部被安装在背面的后盖204封闭。在机芯203的正面，形成有由指针部或液晶显示部等构成的时间显示部203a。
在外壳201的内部，机芯203的外周侧上呈环状配置有上述第1实施形式或变形例2所示管状介质收容部210。在该图示例中，介质收容部210呈内外卷绕成两层、上下重叠4层的形状。此外，将介质收容部210与外壳201内表面紧密接触地进行配置。作为介质收容部210，也可以根据外壳201的收容空间形状和机芯203的形状等情况改变卷绕数目和卷绕形状等而构成。
介质收容部210连接到配置在机芯203下方的作用部220内。在该作用部220内，如上述各实施形式中所说明的，收容有上述变动部、动作部(由上述的活塞、转动杆、驱动杆等构成)。作用部220内的动作部与诸如收容在机芯203内的齿轮体或条盒轮的被动齿轮等传递部相卡合。因此，随着周围温度的变化，作用部220内的变动部发生变形，当动作部随着该变形而动作时，其运动将传递到机芯203内的传递部上。
在本应用例3的机芯203内，除了上述传递部之外，还收容有与各实施形式中所说明之同样的发电机和控制电路等。
在该应用例3中，由于管状介质收容部210插在机芯203与外壳201之间，并且与外壳201的内表面紧密接触，因此，与外壳201温度的变化相应地，密封在介质收容部210内的热介质的压力发生变化，变动部随着这种变化而变形从而使动作部动作。作为这种结构，介质收容部210是沿机芯203的外周配置的，故能够几乎不增加外壳201的外形尺寸而构成，因此，钟表可做得紧凑且薄。
介质收容部210的俯视时的形状可相应于外壳201的俯视时的形状而适当构成，除了上述环状形成之外，也可以呈矩形框架状形成。
应用例4下面，结合图9对应用例4进行说明。在该应用例4中，对与上述应用例3相同的部分赋予相同的编号，对其说明予以省略。在该应用例中，圆盘状介质收容部211配置成与后盖204的内表面紧密接触。此外，在介质收容部211与机芯203之间配置有作用部221。介质收容部211与收容在作用部221内的、与上述各实施形式同样的变动部相连通。作用部221内还收容有与变动部连结的动作部，该动作部与机芯203内的传递部等相连接。
在该实施形式中，介质收容部211与后盖204紧密接触，并且沿着后盖204呈圆盘状形成，故可增加与后盖204接触的面积，因此，能够对后盖204温度的变化迅速作出响应，并且，还能够捕捉到微小的温度变化而取出能量。介质收容部211俯视时的形状不限于圆形，可根据外壳201和后盖204俯视时的形状做成适当的形状(例如矩形等)。
应用例5下面，结合图10对应用例5进行说明。在该应用例5中，对与上述应用例3相同的部分赋予相同的编号，对其说明予以省略。在该应用例中，与应用例4大体同样的圆盘状介质收容部212与后盖205紧密接触地进行配置。介质收容部212与作用部222内的变动部连通，动作部与变动部一起收容在作用部222内这一点与应用例4相同。
在该应用例中，后盖205与介质收容部212二者彼此紧密接触，而且，后盖205与介质收容部212之间的接触面均呈凹凸状形成，可使这些接触面彼此嵌合。由于如上所述地形成，增大了介质收容部212与后盖205之间的接触面积，因此，能够更为敏感地捕捉后盖205温度的变化。在这种场合，为了使热量易于向介质收容部212内的热介质转移，最好是，作为介质收容部212，不是仅将其外表面制成凹凸状，而且使介质收容部212的内表面也反映出外表面的形状而呈凹凸状形成。介质收容部212的俯视形状不限于圆形，可根据外壳201和后盖205的俯视形状做成适当的形状(例如矩形等)。
应用例6下面，结合图11对本发明所涉及的应用例6进行说明。在该应用例6中，与上述应用例3相同的部分赋予相同的编号，对其说明予以省略。在该应用例中，圆盘状介质收容部213与后盖206的内面紧密接触地进行配置。在介质收容部213的与后盖206相向的表面上形成有多个凹部213a，形成于后盖206的内表面上的多个凸部206a嵌合在该凹部213a中。
此外，介质收容部213与机芯203之间配置有作用部223。介质收容部213与收容于作用部223内的、与上述各实施形式同样的变动部相连通。作用部223内还收容有与变动部连结的动作部，该动作部与机芯203内的传递部等相连接。
在该实施形式中，介质收容部213与后盖206紧密接触，沿后盖206呈圆盘状形成，并且，介质收容部213的凹部213a与后盖206的凸部206a彼此嵌合，故可增加与后盖206接触的面积，因此，对后盖206温度的变化可迅速响应，而且，即便是微小的温度变化也能够捕捉到而取出能量。为了使热量易于向介质收容部213内的热介质转移，最好是，作为介质收容部213，不是仅将其外表面制成凹凸状，而且使介质收容部213的内表面也反映出外表面形状而呈凹凸状形成。此外，介质收容部213的俯视形状不限于圆形，可根据外壳201和后盖206的俯视形状做成适当的形状(例如矩形等)。
应用例7
下面，结合图12对本发明所涉及的应用例7进行说明。在该应用例中，与上述应用例3相同的部分赋予相同的编号，对其说明予以省略。该应用例中，后盖207与机芯203之间配置有圆盘状介质收容部214。介质收容部214与后盖207紧密接触。介质收容部214与上述各应用例同样地与配置于机芯203与介质收容部214之间的作用部224相连接。
在该应用例中，介质收容部214上形成有与图4(b)所示者类似的贯穿部214a，该贯穿部214a内嵌合有自后盖207的内表面突出的突出部207a。因此，介质收容部214与后盖207之间的接触面积可进一步增大，并且能够以更高的效率将后盖207的温度传递给介质收容部214内的热介质，因而，能够更为灵敏地捕捉后盖207的温度变化。
介质收容部214的俯视形状不限于圆形，可根据外壳201和后盖207的俯视形状做成适当的形状(例如矩形等)。
应用例8下面，结合图13和图14对本发明所涉及的应用例8进行说明。该应用例8的手表300与上述各应用例3～7同样，具有外壳301、透光部件302、机芯303、后盖304。在该应用例中，在整体呈环状构成的外壳301的内部形成有介质收容空间301a，外壳301本身作为介质收容部而构成。介质收容空间301a中收容有与上述同样的热介质310，通过将后盖304安装在外壳301上而将热介质310密封起来。
在外壳301的外周部，设有通过形成多个环状槽而在图示的上下方向上形成的表面凹凸结构301b。介质收容空间301a与沿外壳301内侧呈圆弧状延伸的变动部311的内部连通。变动部311以能够在其延伸方向上伸缩地构成，具有例如图示那样的波纹结构。变动部311的前端连接有驱动臂312的根端，该驱动臂312也具有沿外壳301的内侧呈圆弧状延伸的形状。驱动臂312的前端端部可自由滑动地插入在沿外壳301的内侧呈圆弧状延伸的压力缸313的内部。在该压力缸313的内部收容有弹性部件314，该弹性部件314由可施加将驱动臂312推向压力缸313外的弹性力的诸如螺旋弹簧等构成。
在驱动臂312的内侧侧面上形成有齿条部312a。机芯303上设有与驱动臂312的齿条部312a啮合的齿轮303a，该齿轮303a与齿轮303b啮合，齿轮303b与条盒轮303c啮合。这些齿轮303a、303b构成了将驱动臂312的圆弧形动作以旋转运动的形式向机芯303内传递的传递轮系。经齿轮303a、303b传递的旋转能储存到上述条盒轮303c内的发条中。
在外壳301中，具有形成上述表面凹凸结构301b的外周的外壁部301c在整周上以导热性较其它部分更高的材料构成。作为外壳301的其它部分的材料，可列举出不锈钢、钨、铝合金、钛或钛合金等。而作为外壁部301c的材料，可列举出导热率高于上述材料的材料，例如，金、银、铜、铝或铝合金、镁合金、铍合金等。其中，关于外壁部301c的导热率，为使导热率高于通常用于制造外壳的铁、不锈钢、各种树脂，以55W·m-1·K-1以上为宜，特别是，为使导热率高于通常用于制造外壳的黄铜，以110W·m-1·K-1为宜。
作为本实施形式的外壳301，如上所述地以导热性高于其它部分的外壁部301c呈环状构成，但也可以这样构成，即，将与之同样导热性高于其它部分的多个部分沿周向排列并嵌合在外壳301的外周的外壁部上。也就是说，外壁部301c在外壳301的外周，既可以连续设置也可以分散设置多个。
后盖304是以导热性较外壳301的外壁部301c和其它部分均低(导热率低)的材料构成。作为后盖304的材料，例如可列举出丙烯、聚乙烯、聚苯乙烯等各种树脂材料；玻璃、陶瓷、以玻璃纤维·棉·羊毛·合成纤维·纸纤维等各种纤维材料制成的材料；石膏板和砖质材料等等。此外，也可以在壳体的局部形成空洞或槽等而将它们作为绝热层使用。另外，也可以将后盖304经如上所述适宜的绝热层与外壳301或介质收容空间301a相连接。在这种场合，即使后盖304本身不采用导热性低的材料也能够构成具有绝热效果的结构。作为绝热层的导热率，为了低于外壳所通常采用的不锈钢的导热率，以10W·m-1·K-1c以下为宜，特别是，为了获得与耐火材料的玻璃、莫来石瓷器、滑石质瓷器同等或更低的导热率，以3W·m-1·K-1以下为宜。
在该应用例8中，由于在外壳301内构成有介质收容空间310，使得外部与热介质之间的热交换可良好地进行，其结果，变动部311的动作量可增大，因此，可通过内装于机芯303内的发条机构和发电装置取出的能量也能够增加。
此外，变动部311和构成动作部的驱动臂312沿外壳301的内侧配置，而且能够沿外壳301的内侧变形和动作，因此，能够将变动部和动作部紧凑地进行收容，故具有良好的空间利用率，可实现仪器整体的小型化。这种结构特别是对手表和便携式电话等便携式仪器具有重要的意义。
在本应用例8中，特别是其结构为在外壳301与机芯303之间的空间内收容有变动部及动作部，因此，外壳整体可紧凑地构成，可实现薄型化。在这里，该应用例8中，外壳301呈圆盘状形成，并且机芯303也呈圆盘状形成，因此，变动部和动作部的形状也呈以圆弧状延伸的形状构成，而且，其形状能够向延伸方向变形、进行动作。因此，这些构成部分能够紧凑地组装在一起，提高外壳内的空间利用率。
此外，在应用例8中，为提高与外部之间的热交换性，仅将外壳301的外壁部301c以导热性高的材料构成，因此，能够与外部的所希望的部位之间有选择地进行热交换。此外，外壁部301c是设在外壳301的局部上的，因此，与整个外壳以导热性良好的材质构成相比，可降低外壳材料的购置成本，保证外壳的强度和耐腐蚀性，提高外壳部件的可加工性。
应用例9下面，结合图15和图16对本发明所涉及的应用例9进行说明。该应用例9的手表400与上述应用例8同样，具有外壳401、透光部件402、机芯403。
在该应用例中，与应用例8不同的是，具有外壳401和后盖相当部分(应用例8中与后盖304安装部分相当的位置处的部分)制成一体的连体结构。外壳401由上构件401A和固着在该上构件401A上的下构件401B构成，所说上构件401A具有将外周上表面部分以及透光部件402和机芯403收容在内的收容凹部，所说下构件401B的导热性高于上构件401A。上构件401A由与上述应用例8所示外壳301的其它部分同样的材料构成，下构件401B由与应用例8所示外壳的外壁部301c同样的材料构成。
上构件401A与下构件401B之间形成有介质收容空间401a，在该介质收容空间401a的内部密封有与上述同样的热介质410。即使在连体型外壳401的后盖相当部分的内侧也存在有介质收容空间401a。在构成外壳401的下构件401B的外周端面上，沿上下方向形成有与应用例8同样的多个环状槽，构成了表面凹凸结构401b。
外壳401的介质收容部401a与变动部411的内部连通。变动部411与上述各实施形式同样，具有可沿延伸方向自由伸缩地构成的波纹结构。变动部411的前端端部与驱动臂412连接，驱动臂412可自由滑动地插入在设置在外壳401的内侧的压力缸401c内，在收容于压力缸401c的纵深处的螺旋弹簧等弹性部件414的作用下，趋于向被推出压力缸401c的方向移动。
在驱动臂412的侧面部位形成有齿条部412a。该齿条部412a与设在机芯403上的齿轮403a啮合，齿轮403a与齿轮403b啮合，齿轮403b进而与条盒轮403c啮合。由这些齿轮403a、403b构成的传递轮系所传递的旋转能被储存在条盒轮403c内的发条上。
在该应用例9中，外壳401具有俯视时呈矩形的外缘形状，变动部411和相当于动作部的驱动臂412具有大体沿外壳401的外缘形状呈直线延伸的形状，并且能够在该延伸方向上呈直线状变形、动作。这样，能够将变动部和动作部做成与仪器结构相适合的最佳形状，并且，具有最佳的变形方向和动作方向。
在本实施形式中，具有可使外壳401的外周的外壁部和后盖相当部分与热介质410之间的热交换能够平滑地进行的结构。因此，作为手表400，在戴在手臂上的状态下，可使体温容易经后盖相当部分传递给热介质410，并且可将外部气温通过外周的外壁部的表面凹凸结构401b传递给热介质410。而在从手臂上摘下的状态下，外部气温能够通过外周的外壁部和后盖相当部分两个方面向热介质410高效率地传递。因此，在将手表400戴在手臂上或从手臂上摘下时，热介质410的温度能够急剧变化而吸取能量，并且，通过外壁部的表面凹凸结构401b还能够从外部气温的变化吸取能量。
第3实施形式下面，结合图17对本发明所涉及的热能转换方法的实施形式(第3实施形式)进行说明。本实施形式示出能够以上述应用例8的手表300加以实施的方法。本实施形式属于这样一种方法，即，构成具有上述热能转换装置的各实施形式中所设置的收容有热介质的介质收容部以及内部与该介质收容部的内部连通的变动部的热转换体，以在该热转换体上设置有适当的动作部和转换储存部的状态加以实现的方法。
如图17所示，首先，在步骤S1中，使介质收容部与第1热源进行热接触。在该状态下，于第2步骤S2中，随着第1热源温度的改变，介质收容部内热介质的温度发生变化，在步骤S3中，发生因热介质体积的变化而发生的变动部容积的变化(变形)。之后，随着该变动部的变形，如步骤S4所示，动作部动作，将其动能如步骤S5所示，在转换储存部转换为适当的形式进行储存。
其中，作为第1热源，利用的是应用例8所示的外部空气。外部空气随着时间而改变，特别是以一日为周期反复出现温度的上升与温度的下降。利用外部空气作为第1热源的优点是，只要使介质收容部或将其覆盖的壳体与外部空气接触便能够实现热接触，不必再特意准备另外的热源，或者为实现与热源的热接触而进行准备。
在这种场合下，作为介质收容部，由于结构与配置上的原因，会出现除了与第1热源之外还与其它的第2热源相接近地配置或相接触的情况发生。例如，在上述应用例8中，外壳与外部空气接触，同时，后盖与作为第2热源的手臂接触。由于手臂是与体温有关而大体保持恒定的热源，因此，当介质收容部与手臂热接触时，会对热介质温度的变化产生影响。因此，在介质收容部如上所述地与温度波动较第1热源小的第2热源相接近或相接触的场合，最好是，像应用例8那样，后盖以导热性低的材料形成，如步骤S6所示的，将第2热源与介质收容部之间适当绝热，减轻第2热源对热介质温度变化的影响程度。
第4实施形式最后，结合图18对本发明所涉及的热能转换方法的另一个实施形式(第4实施形式)进行说明。在该第4实施形式中，通过使介质收容部在步骤S1所示介质收容部与第1热源热接触的状态，和与温度不同于该第1热源的第2热源热接触的步骤S2所示状态这两种状态之间变化，从而使得介质收容部内的热介质发生温度变化。例如，通过介质收容部从与第1热源热接触的状态(步骤S1)改变为与第2热源热接触的状态(步骤S2)，热介质的温度如步骤S3所示发生变化。其结果，因热介质体积的变化，将如步骤S4所示，变形部随着容积的变化而发生变形，将随着这一变形而如步骤S4所示产生的动能如步骤S5所示适当进行转换而加以储存。
作为该实施形式的具体例子，可以想到将应用例9的手表戴在手臂上或从手臂上摘下，从而使介质收容部内的热介质在受到体温加热的状态与被外部空气冷却的状态之间改变时的情形。
在这里，当介质收容部与第1热源(例如手臂)热接触时，也可以同时与第2热源(例如外部空气)热接触。
此外，还可以将该第4实施形式与上述第3实施形式进行组合而取出能量。即，在第4实施形式中，当第1热源与第2热源中的至少一方为其温度的变化足以能够取出能量的热源时，在介质收容部与该热源热接触期间，利用因该热源温度变化而引起的热介质温度的变化也能够取出能量。
显然，本发明的热能转换装置和具有该热能转换装置的仪器以及热能转换方法并不仅仅限于上述各图所示例子的仪器中和状况下的实现模式，例如，除了钟表以外，在包括计算器、便携式音响仪器、便携式电话、信息终端机、个人计算机等便携式电子仪器在内的各种电子仪器以及玩具(一般玩具、电子玩具)等中也能够加以应用，在不超出本发明之宗旨的范围内可以进行各种改变。
工业上的应用领域按照以上所说明的本发明，对于诸如日常外部气温那样极为缓慢的微小的温度变化，以及从室内到室外再回到室内或将仪器从紧密接触皮肤的状态暂时摘下后使之再与皮肤紧密接触等情况下所发生的急剧的温度变化，变动部能够灵敏地且迅速地变形从而变成动作部的动能取出，因此，不仅能够取出比现有技术更大的能量，而且即使不像现有技术那样对动作部的动作加以限制，或者对动作的限制较为宽松，也能够高效率地取出能量。这样的装置、仪器或方法，特别是应用于消耗能量的便携式仪器或装饰品中时，能够获得显著的实用性效果。
权利要求书按照条约第19条的修改1．一种热能转换装置，其特征是，包括具有内部收容有体积能够随着温度的变化而变化的热介质的密闭容器，在该密闭容器内设置有容积不会发生实质性改变的介质收容部以及与该介质收容部连通的、容积能够改变的变动部的热转换体，以及与该变动部容积的变化相应地进行动作的动作部；上述变动部的容积小于上述介质收容部的容积。
2．如权利要求1的热能转换装置，其特征是，上述介质收容部呈延伸形状构成。
3．如权利要求2的热能转换装置，其特征是，上述介质收容部是其延伸形状呈弯曲状态形成。
4．如权利要求1的热能转换装置，其特征是，上述变动部从上述介质收容部突出，并且，以垂直于上述变动部突出方向的平面剖切的上述变动部的断面面积小于在与上述变动部相连接的区域中以上述平面进行剖切的上述介质收容部的断面面积。
5．如权利要求1的热能转换装置，其特征是，上述变动部以能够在既定方向上伸缩地构成，上述动作部以能够相应于上述变动部的伸缩在上述既定方向上往复动作地构成。
6．如权利要求1的热能转换装置，其特征是，具有储存上述动作部的动能的储存机构。
7．如权利要求6的热能转换装置，其特征是，作为上述储存机构，具有暂时储存上述动作部的动能的第1储存部，以及对该第1储存部输出的能量再次进行储存的第2储存部。
8．如权利要求7的热能转换装置，其特征是，上述第1储存部中的能量转换特性与上述第2储存部中的能量转换特性相比，相对于输入能量的大小其转换效率的变化特性较为平缓。
9．如权利要求7或8的热能转换装置，其特征是，具备对能量从上述第1储存部向上述第2储存部的送出量进行控制的控制机构。
10．如权利要求9的热能转换装置，其特征是，上述控制机构的结构为对上述送出量所进行的控制能够平缓上述第2储存部的能量储存量的波动，上述第2储存部上连接有消耗储存在上述第2储存部中的能量的能量消耗部。
11．如权利要求9的热能转换装置，其特征是，上述控制机构将上述送出量控制成恒定。
12．如权利要求11的热能转换装置，其特征是，具有靠上述第1储存部送出的能量以与上述送出量相应的动作模式受到驱动的被驱动部。
13．如权利要求7或8或10至12之一的热能转换装置，其特征是，上述第1储存部是将上述动作部的动能转换为变形能、位能或旋转能等机械能而暂时加以储存的机械能储存机构，上述第2储存部具有将上述第1储存部输出的机械能转换为电能的发电机构、以及储存从该发电部获得的电能的电能储存机构。
14．一种具有热能转换装置的仪器，其特征是，具有权利要求1或3或7或8或10至12之一的权利要求所述的热能转换装置。
15．如权利要求14的具有热能转换装置的仪器，其特征是，具有收容上述热能转换装置的壳体，沿该壳体的内表面配置上述介质收容部。
16．如权利要求15的具有热能转换装置的仪器，其特征是，上述壳体与上述介质收容部的外壁密合，或者，上述壳体与上述介质收容部的外壁成一体构成。
17．如权利要求15或16的具有热能转换装置的仪器，其特征是，在上述壳体上，设有自上述壳体的外表面延伸至与上述介质收容部相邻接之位置处的、比其它部分具有更高的导热率的热量通道。
18．如权利要求15或16的具有热能转换装置的仪器，其特征是，在上述壳体上邻近上述介质收容部的部分的外表面上有选择地设有凹凸形状。
19．如权利要求15或16的具有热能转换装置的仪器，其特征是，上述壳体中与上述介质收容部相邻接的部分上有选择地设有比其它部分具有更低的导热率的绝热部。
20．如权利要求15或16的仪器，其特征是，上述仪器是电子仪器。
21．一种热能转换方法，其特征是，制造出一种热转换体，该热转换体具有内部收容有体积随温度的变化而变化的热介质的密闭容器，在上述密闭容器中，设有容积不会发生实质性变化的介质收容部以及与该介质收容部相连通的容积能够改变的变动部，利用外部温度的变化使上述介质收容部内的温度改变，从而使上述变动部的体积变化，靠该体积的变化产生动能。
22．一种热能转换方法，其特征是，制造出一种热转换体，该热转换体具有内部收容有体积随温度的变化而变化的热介质的密闭容器，在上述密闭容器中，设有容积不会发生实质性变化的介质收容部以及与该介质收容部相连通的容积能够改变的变动部，通过使上述介质收容部从与第1热源热接触的状态变化为与温度不同于上述第1热源的第2热源热接触的状态，使上述变动部体积发生变化，靠该体积的变化产生动能。
23．一种热能转换方法，其特征是，制造出一种热转换体，该热转换体具有内部收容有体积随温度变化而变化的热介质的密闭容器，在上述密闭容器中，设有容积不会发生实质性变化的介质收容部以及与该介质收容部相连通的容积能够改变的变动部，在上述介质收容部的周围，设置用来与第1热源接触的第1外表面，以及用来与相对于上述第1热源温度变化较大的第2热源接触的第2外表面，经上述第1外表面进行的外部与上述介质收容部之间的热交换性低于经上述第2外表面进行的外部与上述介质收容部之间的热交换性。
权利要求
1．一种热能转换装置，其特征是，包括具有内部收容有体积能够随着温度的变化而变化的热介质的密闭容器，在该密闭容器内设置有容积不会发生实质性改变的介质收容部以及与该介质收容部连通的、容积能够改变的变动部的热转换体；以及与该变动部容积的变化相应地进行动作的动作部。
2．如权利要求1的热能转换装置，其特征是，上述变动部的容积小于上述介质收容部的容积。
3．如权利要求1或2的热能转换装置，其特征是，上述介质收容部呈延伸形状构成。
4．如权利要求3的热能转换装置，其特征是，上述介质收容部是其延伸形状以弯曲状态形成。
5．如权利要求1或2的热能转换装置，其特征是，上述变动部从上述介质收容部突出，并且，以垂直于上述变动部突出方向的平面剖切的上述变动部的断面面积小于在与上述变动部相连接的区域中以上述平面进行剖切的上述介质收容部的断面面积。
6．如权利要求1或2的热能转换装置，其特征是，上述变动部以能够在既定方向上伸缩地构成，上述动作部以能够相应于上述变动部的伸缩在上述既定方向上往复动作地构成。
7．如权利要求1或2的热能转换装置，其特征是，具有储存上述动作部的动能的储存机构。
8．如权利要求7的热能转换装置，其特征是，作为上述储存机构，具有暂时储存上述动作部的动能的第1储存部，以及对该第1储存部输出的能量再次进行储存的第2储存部。
9．如权利要求8的热能转换装置，其特征是，上述第1储存部中的能量转换特性与上述第2储存部中的能量转换特性相比，相对于输入能量的大小其转换效率的变化特性较为平缓。
10．如权利要求8或9的热能转换装置，其特征是，具备对能量从上述第1储存部向上述第2储存部的送出量进行控制的控制机构。
11．如权利要求10的热能转换装置，其特征是，上述控制机构的结构为对上述送出量所进行的控制能够平缓上述第2储存部的能量储存量的波动，上述第2储存部上连接有消耗储存在上述第2储存部中的能量的能量消耗部。
12．如权利要求10的热能转换装置，其特征是，上述控制机构将上述送出量控制成恒定。
13．如权利要求12的热能转换装置，其特征是，具有靠从上述第1储存部送出的能量以与上述送出量相应的动作模式受到驱动的被驱动部。
14．如权利要求8或9或11至13之一的热能转换装置，其特征是，上述第1储存部是将上述动作部的动能转换为变形能、位能或旋转能等机械能而暂时加以储存的机械能储存机构，上述第2储存部具有将上述第1储存部输出的机械能转换为电能的发电机构、以及储存从该发电部获得的电能的电能储存机构。
15．一种具有热能转换装置的仪器，其特征是，具有权利要求1或2或4或8或9或11至13之一的权利要求所述的热能转换装置。
16．如权利要求15的具有热能转换装置的仪器，其特征是，具有收容上述热能转换装置的壳体，沿该壳体的内表面配置上述介质收容部。
17．如权利要求16的具有热能转换装置的仪器，其特征是，上述壳体与上述介质收容部的外壁密合，或者，上述壳体与上述介质收容部的外壁成一体构成。
18．如权利要求16或17的具有热能转换装置的仪器，其特征是，在上述壳体上，设有自上述壳体的外表面延伸至与上述介质收容部相邻接之位置的、比其它部分具有更高导热率的热量通道。
19．如权利要求16或17的具有热能转换装置的仪器，其特征是，在上述壳体邻近上述介质收容部的部分的外表面上有选择地设有凹凸形状。
20．如权利要求16或17的具有热能转换装置的仪器，其特征是，上述壳体中与上述介质收容部相邻接的部分上有选择地设有比其它部分具有更低的导热率的绝热部。
21．如权利要求16或17的具有热能转换装置的仪器，其特征是，上述仪器是电子仪器。
22．一种热能转换方法，其特征是，制造出一种热转换体，该热转换体具有内部收容有体积随温度的变化而变化的热介质的密闭容器，在上述密闭容器中，设有容积不会发生实质性变化的介质收容部以及与该介质收容部相连通的容积能够改变的变动部，利用外部温度的变化使上述介质收容部内的温度改变，从而使上述变动部的体积变化，靠该体积的变化产生动能。
23．一种热能转换方法，其特征是，制造出一种热转换体，该热转换体具有内部收容有体积随温度的变化而变化的热介质的密闭容器，在上述密闭容器中，设有容积不会发生实质性变化的介质收容部以及与该介质收容部连通的容积能够改变的变动部，通过使上述介质收容部从与第1热源热接触的状态变化为与温度不同于上述第1热源的第2热源热接触的状态，使变动部体积发生变化，靠该体积的变化产生动能。
24．一种热能转换方法，其特征是，制造出一种热转换体，该热转换体具有内部收容有体积随温度变化而变化的热介质的密闭容器，在上述密闭容器中，设有容积不会发生实质性变化的介质收容部以及与该介质收容部相连通的容积能够改变的变动部，在上述介质收容部的周围，设置用来与第1热源接触的第1外表面，以及用来与相对于上述第1热源温度变化较大的第2热源接触的第2外表面，经上述第1外表面进行的外部与上述介质收容部之间的热交换性低于经上述第2外表面进行的外部与上述介质收容部之间的热交换性。
全文摘要
一种热能转换装置,具有:由容积不会发生实质性改变的介质收容部(10)和容积能够改变的变动部(11)构成的热转换体,由活塞(13)、转动杆(15)和驱动杆(16)构成的动作部,条盒轮(21)构成的第1转换储存部,发电机(30)构成的第2转换储存部。当周围温度变化时,收容于介质收容部(10)内的热介质的体积发生变化,变动部(11)的容积改变而使活塞(13)动作。活塞(13)的动作经转动杆(15)和驱动杆(16)储存到条盒轮(21)内的发条上,进而以发电机(30)进行发电。
文档编号F03G7/06GK1310786SQ00800990
公开日2001年8月29日 申请日期2000年5月26日 优先权日1999年5月26日
发明者宫泽健一 申请人:精工爱普生株式会社