专利名称：一种轻便的腕部装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有一温差发生器的轻便腕部装置，比如手表或寻呼机。
对于手表，一种轻便腕部装置的实例，现在采用氧化银电池、锂电池等作为电源的电子手表已经成为主流。
然而这些电池是消耗品，因此需要定期更换，这样就带来了地球上可得到的有限资源的消耗问题。
那么，作为一种替代，现在正对含有一内部发电机构的手表进行研究。
已知的发电方法包括，例如，转换光能的太阳能电池、采用重力能的机械发电，及采用塞贝克效应(Seebeck effect)基于温差的热力发电。在这些机构中，太阳能电池和机械发电已经投入实际应用。另一方面，热力发电已经例如在日本专利申请公开特许公报昭55-20483中公开(参考
图1)。一机架104由绝热材料制成，一金属后盖5装于底部，而一金属的玻璃框103装于上部来固定一块水晶玻璃2。一温差发生器6通过一具有弹性的导热板107而置于该后盖5的内表面。从该温差发生器6的另一端的热路通过一弹簧115、一中间环108和一表盘12连接到玻璃框103。这种方式在理论上已经公知很长时间了。
当在轻便的腕部装置中采用热力发电方法时，利用在通过手腕传输到该轻便腕部装置的身体温度(高温部分)和围绕该轻便腕部装置的环境温度(低温部分)之间的温差。
为了得到足够的温差而从温差发生器产生所需的电能，从高温部分到温差发生器的热量接收部分，和从该温差发生器的热量辐射部分到低温部分的导热率是很重要的。这样存在一个问题，如何从供热源即后盖供给温差发生器的辐射部分以热量，而其它部分与热隔绝。
特别是对于轻便的腕部装置，问题在于它本身很小，所以该机架由于以正常方式从后盖传输的热量而变暖，在后盖和机架之间的温差至多仅2℃。因此，采用绝热材料来在后盖和机架之间隔热是标准的。泡沫树脂比如聚苯乙烯泡沫塑料、真空等作为绝热材料是非常有效的，但由于强度和体积的限制而不能采用。具有低的导热性但强度高的塑料已知已付诸实际应用。
然而，需要后盖和机架是热的良导体，所以存在一个关于在较小壳体内具有相反特性而不损害性能的连接或结合材料的问题。
为了解决上述的问题，采用一相同于以前的实例中的，但有一新设计的结构和材料的后盖作为从手腕到温差发生器的热量接收部分供给体热的数量。
该后盖给温差发生器的热量接收部分供给热量，但它还与绝热的下部机架，一绝热体接合。热量流经该绝热的下部机架，即便它是一绝热体。在过去，一般来说选择采用具有良好的导热性的材料作为后盖材料。然而，对于本发明，采用具有中间的或较低的导热率的不锈钢或钛，使得热量难以流经该绝热的下部机架。
最初，采用低导热性的材料是所不期望的，因为到温差发生器的热量接收部分的所需热量也减少。对于本发明，一由高导热率材料比如铜或铝制成的集热板紧密地附着于或牢固地粘接于该后盖的内底面。该后盖底板是大约0.5mm的薄板，且因为它在径向上仅几毫米，所以热量主要流经后盖的厚度，朝向集热板。
根据本发明，来自手腕的热量很容易传输到后盖的内表面，因为后盖的厚度很薄，但它在径向上不易于传输。一集热板紧密地附着于后盖的内面，所以热量从手腕流到集热板。该集热板由具有良好导热率的材料制成，所以热量的移动可快速进行。如果该集热板采用焊料、蜡等牢固地粘接于后盖的内表面，那么甚至可产生更好的导热率。
而且，本发明中的集热板的横截面形状是在一些部分制作得较厚，从而在加厚部分存储较高温度的热量。尤其是，通过加厚接触温差发生器的热量接收部分的部位，且增大体积，那么可集中更高温度的热量。
根据本发明的这种结构，来自手腕的，被后盖的整个区域所吸收的热量，集中在集热板处，正象一漏斗。这产生一个象将热量倾注在温差发生器的热量接收部分的效果。
此外，本发明具有一结构，其中一绝热材料或涂敷或粘贴在该集热板的除那些与温差发生器的热量接收部分接触的部分外的内表面上，以便保持热量和防止热量散失。而且还涂敷到后盖的除与防水垫接触的部分外的内表面上。
通过涂敷绝热材料，本发明的结构防止了集热板的温度的降低，且由于该后盖和集热板的较大表面积，所集中热量的辐射冷却得到抑制，且可为温差发生器供给更高温度的热量。
此外，通过在本发明的各部件之间插入一热传输垫，可以放松各部分的制造精度，便于进行大批量生产，而同时可提高抗震性。
在附图中示出了本发明的一优选形式，其中图1是现有的轻便腕部装置的横截面图；图2是一作为根据本发明的一轻便腕部装置的实施例1的实例的手表横截面图；图3是实施例1的一手表的改进实例的横截面图，其中在集热板上涂敷了一层绝热材料；图4是实施例1的一手表的改进实例的横截面图，其中在集热板上粘贴了一绝热板；图5是一作为根据本发明的轻便腕部装置的实施例2的实例的手表横截面图；图6是一作为根据本发明的轻便腕部装置的实施例3的实例的手表横截面图；图7是一作为根据本发明的轻便腕部装置的实施例4的实例的手表横截面图；图8A-8B是一作为根据本发明的轻便腕部装置的实施例4的例子的手表横截面图；图9A-9B是一作为根据本发明的轻便腕部装置的实施例4的实例的手表横截面图；图10是一作为根据本发明的轻便腕部装置的实施例5的实例的手表横截面图；图11A-11B是一作为根据本发明的轻便腕部装置的实施例5的实例手表的横截面图；图12A-12B是一作为根据本发明的轻便腕部装置的实施例5的实例手表的横截面图；以及图13A-13B是一作为根据本发明的轻便腕部装置的实施例5的实例手表的横截面图；下面逐个解释根据本发明的轻便腕部装置的实施例。图2是作为根据本发明的实施例1的轻便腕部装置实例的一手表的四分之一横截面图(从12点到中心到3点的截面)。
该实施例1的手表由下述部件组成一机芯1；一表盘12；指针11；由上方保护指针11的水晶玻璃2；一支撑该水晶玻璃2并向外界空气辐射热量的热量辐射上部机架3；一隔离该热量辐射上部机架3和后盖5的绝热的下部机架4；遮盖该绝热的下部机架4的底面的后盖5；一从后盖5收集热量的集热板7；一给该机芯1供给电能的温差发生器6；及一从温差发生器6传输热量到该热量辐射上部机架3等的导热板8。一中间框14支撑该机芯1，一转柄10操作该机芯。一垫圈9将该热量辐射上部机架3固定到该绝热的下部机架4上而形成一防水结构。一密封垫13提供对后盖5和绝热的下部机架4的防水密封。在下文中，同样采用上述的附图标记。
温差发生器6由大量的热电生成元件，一保护这些热电生成元件的外壳构成，这些元件被上面的热量辐射部分6b和下面的传输热的热量接收部分6a夹在中间。该温差发生器6利用热量接收部分6a(高温部分)和热量辐射部分6b(低温部分)之间的温差，通过塞贝克效应产生所规定的电能。该温差发生器6上的热量接收部分6a接触焊到后盖5上的集热板7，而热量辐射部分6b这样来布置，即通过导热板8固定到热量辐射上部机架3的导热部分3a上。
从为该绝热的下部机架4绝热的观点出发，一种例如具有0.02W/m/℃或更低的导热率的泡沫的、硬聚氨酯树脂绝热材料是最佳的。然而，由于机械强度、防水性能和要考虑的设计因素的限制，采用一种具有大约为0.2W/m/℃的导热率的工程塑料比如聚碳酸酯等。此外，玻璃纤维的混入使得导热率下降，但提供了较高的机械强度，从而该绝热的下部机架4可成较薄的，依据设计的形状这是很有效的。该绝热的下部机架4的内部形成一容纳空间(中空部分)，贯穿该机架的上部和底部，以便容纳该热量辐射上部机架3的导热部分3a、温差发生器6等。后盖5安装在该空间的底面一侧的开口，从而覆盖该开口，而该热量辐射上部机架3通过提供防水性的塑料垫圈9固定到上面一侧的开口上。该热量辐射上部机架3形成一容纳空间(中空部分)，贯穿该机架的上部和底部，以便容纳机芯1、指针11、表盘12等。导热板8用一螺钉固定到该空间的底面一侧的开口上，水晶玻璃2固定到上面一侧的开口上。
该绝热的下部机架4用螺钉等固定到后盖5上，而密封垫13(例如，塑料、橡胶等)被放入该绝热的下部机架4的连接部分上形成的下凹处。
此外，一弹性的且绝热的密封垫9(例如塑料、橡胶等)被塞入该绝热的下部机架4和热量辐射上部机架3之间的空间。该绝热的下部机架4借助该密封垫9的弹力固定到该热量辐射上部机架3上，保持水密状态。
后盖5是盘状或有角度的形状，由具有相对较低的导热率的金属材料制成，比如Ti、Ti合金、SUS等，导热率为50W/m/℃或更低。该具有较高导热性的集热板7固定到内表面(在机芯1一侧的面)上。从导热率的观点出发，期望采用焊料或蜡，但是也可采用具有良好导热率的粘接剂，或者如果有别的适当的固定方式，则这些部件也可简单地紧密接触来放置。此外，如果采用具有非常高的导热率的材料比如铜(Cu)来用于集热板7，那么可采用具有大约为100W/m/℃量级的导热率的金属比如黄铜(Bs)来用于后盖5。从强度的观点来看，后盖5的厚度应当为0.3mm或更大，且从导热的观点来看，期望1mm或更小的值。对于实际应用，推荐0.5(女式)至0.8mm(男式)。
期望采用铝(Al)或铜(Cu)，或两者的一种合金来用于该集热板7，其中每一种都有在200至400W/m/℃范围的较高导热率。对于后盖5，热量难以在平面方向(从中心向外围)上传输，且热量从后盖5到绝热的下部机架4的传输减小。相反，后盖5的板厚很薄，所以热量很容易从后盖的外表面传输到内表面，且因为导热率非常高，如上所述，所以热量从手腕立即传输到集热板7。实际的测量表明，当不采用集热板7时，在后盖5的中心和外围之间的温差是0至0.1℃。然而，在根据本发明的实施例中集热板与不锈钢(SUS)结合的情况下，在中心和外围之间的温差是0.2至0.3℃。此外，在集热板7的较厚部分可得到几乎与后盖5的中心相同的温度，且在手表从手腕上移开后瞬时，该加厚部分的温度高于后盖5的温度，从而进一步证实了集热效果。
导热率约为20W/m/℃的SUS的后盖，与导热率约为400W/m/℃的纯铜(Cu)集热板的组合，带来了最好的结果。然而，如果集热板7由纯铜(Cu，约400W/m/℃)制成，则后盖可由Bs(约100W/m/℃)制成。而且，采用SUS(导热率约为20W/m/℃)制成的后盖和黄铜(Bs，约100W/m/℃)制成的集热板等，也可看出有相当的效果。如果是一种组合的结构，其中集热板对后盖的导热率至少是4至5倍，则效果是保证的。
此外，该温差发生器6的热量接收部分6a的接触部分在集热板7上的较厚部分7A的局部上形成，所以热量容易积累且较高的温度得以保持。这样，集热板7有效地收集从手腕的接触面通过进入后盖内表面方向而不是径向方向传输到后盖5的热，且与该温差发生器6的热量接收部分6a接触的较厚部分7a收集较高温度的热量。
这样，来自手腕的热量保持在较高的温度且被传输到温差发生器6上的热量接收部分6a的端面。在另一方面，温差发生器6的热量辐射部分6b将热量通过导热板8传输到热量辐射上部机架3，在这里热量被辐射到空气中。
集热板7与后盖5的内表面热接触，且它与一导热率较高的联结部件5A连接，以便增强热接触。有多种联结方法，比如硬钎焊金、银、铝等，软钎焊，其中软钎焊有较好的加工特性但使性能有轻微下降，和其它的方法比如压接、焊接等。这种类型的连接可减少从后盖5到集热板7的热量传递损失。如果该温差发生器6的性能上升，则可采用导热粘合剂。
此外，对于本发明，在集热板7的表面上，除与后盖5和温差发生器6上的热量接收部分6a的接触部分接触的区域之外涂敷一种绝热涂料71，如图3所示。通过这样做来防止热量辐射浪费，保持集热板7的较高温度，所以可给温差发生器6的热量接收部分6a供给较高温度的热量。应指出的是如果该绝热涂料71的涂敷延伸到在该集热板7外围的后盖表面，那么效果将更为增加。
此外，如图4所示，如果在集热板7的表面上，除与后盖5和温差发生器6的热量接收部分6a的接触部分接触的区域之外，粘贴一绝热板72，作为涂敷绝热材料的替代，则可得到同样的效果。
如图5所示的实施例2，是一有一装有沿环形构型的热电元件的环形温差发生器6的实施例。这与图1中的是同样的结构，除了温差发生器6和集热板7具有不同的平面形状外。而且，每一部件的结构和功能是相同的，所以采用如图1的相同标号，且这里省略其解释。
集热板7具有一薄的中心部分，与温差发生器6接触的外围周边部分在较厚部分7A上形成。热量在后盖5中沿平面方向(从中心到周边的方向)传输是困难的，但因为后盖5的板厚非常薄，热量很容易从后盖5的外表面传输到内表面。而且因为导热率非常高，如上所述，手腕的热量被立即传输到集热板7的外周边上形成的较厚部分7A上。
此外，对于集热板7，该温差发生器6的热量接收部分6a的接触部分在较厚部分7A的局部上形成，所以热量容易积累且保持较高的温度。这样，从手腕的接触表面传输到后盖5的热量在径向方向上也被有效地收集起来，且较高温度的热量在该与温差发生器6的接收部分6a接触的较厚部分7A处被收集起来。
此外，对于温差发生器6不是一个单一体而是多个温差发生器排列的结构的情况，集热板7的较厚部分7A也可具有不同的截面。因此，通过仅对与多个温差发生器中的每一个的热量接收部分接触的部分提供加厚部分7A，可以有效地利用该轻便腕部装置的内部容积。如图6所示的实施例3是温差发生器6的热量接收部分6a的平面突起形状从后盖5的手腕接触范围伸出的情况的实例。
随着集热板7的外周边的较厚部分7A的调整，在靠近后盖5的手腕接触区域的外部提供一间隙7B。这使得不与后盖5的手腕接触范围的外部接触，且还防止了热量从集热板7到后盖5的外周边的流动。对于本发明，如图7中所示，通过在温差发生器6的热量接收部分6a和集热板7之间插入一传热垫15，导热性得以保证同时制造误差被吸收。所用的传热垫15是许多周知的传热板中的一种，(主要用于放出热量到半导体的外部的高导热率板)，有较大弹性和较高减震性能且通过将高导热性金属或瓷粉混合入硅树脂而形成，或者由高导热率的金属或陶瓷纤维制成。希望该传热垫15的导热率为1W/m/℃或更高。对于通过导热板的变形来吸收制造误差的结构来说，可被吸收的误差量限于至多为0.2至0.3mm，因为它是一金属板。然而，采用该垫，即使有较大的制造误差，该接触区域不会变小且该导热板本身不会塑性变形，从而保持电的生产量。
图8a显示了一在温差发生器6的热量辐射部分6b和导热板8之间插入传热垫15的实施例。图8b显示了一在后盖5和集热板7之间插入该传热垫15的实施例。
图9A和9B显示了用于环形温差发生器的实施例。图9A显示了一在温差发生器6的热量接收部分6a和集热板7之间插入该传热垫15的实施例，其中该垫制作得类似于温差发生器6的环形形状。图9B显示了一在温差发生器6的热量辐射部分6b和导热板8之间插入该环形传热垫15的实施例。图10显示了一实施例，是一手表的横截面图，从12点到中心到3点。该集热板7的相应于传热垫15的接触表面7b是倾斜的。该斜面的中心显示为一圆锥顶，但是最容易制造的这种形状可根据设计从单坡斜面、圆锥面、棱锥面等中选取。这样，如果当受压时该板变薄，压应力变大，所以可防止对温差发生器6的损害和导热板的塑性变形。
图11A和11B显示了其它的应用实例。图11A显示了一温差发生器6的热量接收部分6a为倾斜表面的实施例。图11B显示了在温差发生器6和导热板8之间插入传热垫15的实施例，其中温差发生器6的热量辐射部分6b为倾斜表面。
图12A显示了在环形温差发生器6和导热板8之间插入传热垫15的实施例，其中该环形温差发生器6的热量辐射部分6b的表面是倾斜的。图12B显示了一该环形温差发生器6的热量接收部分6a的表面为倾斜表面的实施例。
图13A显示了一温差发生器6的热量辐射部分6b的表面为倾斜表面的实施例，而图13B显示了一温差发生器6的热量接收部分6a的表面为倾斜表面的实施例。两者与温差发生器是环形的情况相同。
根据本发明的轻便腕部装置，对于处在佩戴状态的手表来说，因为该集热板由一具有高于后盖的导热率的材料在后盖的内表面形成，(与温差发生器的热量接收部分相接的表面)，所以来自手腕(高温部分)的热量(身体温度)可经过后盖5传输到集热板7。此外，传输来的热量可集中在该集热板的较厚部分7A处，且可传输到温差发生器6的热量接收部分6a。
此外，对于后盖的整个底面与手腕紧密接触的情况来说，通过使与后盖紧密接触的集热板的表面形状与后盖底面(内表面)的形状相同，可实现对来自手腕的热量的最有效的收集。另一方面，对于后盖的底面较宽且仅与手腕的一部分紧密接触的情况来说，通过使与后盖紧密接触的集热板的表面形状与接触手腕的部分的形状相同，可实现对来自手腕的热量的最有效的收集。
此外，对于温差发生器的热量接收部分的平面突起形状的区域伸出后盖5的接触区域的情况来说，提供有一间隙，从而该伸出部分不与后盖的底面直接紧密接触，且不与后盖和手腕接触区域之外的部分接触。那么来自集热板的热量可防止再从集热板流到后盖的外围周边。
此外，通过给集热板的表面上除与后盖和温差发生器的热量接收部分的接触部分接触的区域之外涂敷一层绝热涂料或者粘贴一绝热板，可避免热量辐射的浪费。此外，该集热板可保持在较高的温度，且高温度的热量可供给该温差发生器。
而且，通过插入一传热垫，可很容易地吸收制造上的误差，且可放松部件的尺寸精度，这有利于制造和降低制造成本。
此外，通过使接触表面倾斜，首先中心部分接触，然后接触部分逐渐扩展，从而压力逐渐增加。而且，出现在圆周方向上的分力，且一作用在圆周方向上将传热垫的过量的厚度向外推，从而由较小的力可得到较大量的位移。
而且，通过形成一斜面，中心部分深深沉入传热垫，且集热板和温差发生器的热量接收部分，两具有高导热率的金属更加接近，导致更好的导热。而且，通过形成一斜面使传热垫的接触区域更大且热量的移动增加，从而由采用传热垫而导致的发电能力的降低得到改进。
这样，通过巧妙地修改后盖和集热板的形状和材料，可使来自人体的热量高温难以传输到不希望传输热量的部分(绝热的下部机架)，且可集中地传输到希望传输热量的部分(温差发生器6的热量接收部分6a)。热量可进行有效地分配而可最大程度地利用发电能力。
权利要求
1.一种轻便的腕部装置，其包含一从热量接收部分和热量辐射部分之间的温度差产生电能的温差发生器，一从所述温差发生器上的所述热量辐射部分辐射热量的热量辐射上部机架，及一给所述温差发生器上的所述热量接收部分供给热量的后盖，其特征在于，有一位于所述后盖的内表面(连接于所述温差发生器的热量接收部分的表面)上的集热板，且该板由高于所述后盖材料的导热率的材料制成。
2.如权利要求1所述的轻便的腕部装置，其特征在于，所述集热板具有高于所述后盖的导热率4倍的导热率。
3.如权利要求1所述的轻便的腕部装置，其特征在于，所述集热板具有所述后盖的整个内底面的接触面突起形状，或者所述后盖的突起形状两者中较小一个的形状，该后盖与手腕紧密接触。
4.如权利要求1所述的轻便的腕部装置，其特征在于，所述集热板的接触所述温差发生器的热量接收部分的那部分比其它的部分厚。
5.如权利要求1所述的轻便的腕部装置，其特征在于，对于所述温差发生器的所述热量接收部分的平面突起形状的区域伸出与所述后盖接触的区域的情况来说，所述集热板形成有一间隙，从而该伸出部分不与所述后盖的底面直接接触。
6.如权利要求1所述的轻便的腕部装置，其特征在于，对于在所述温差发生器上的所述热量接收部分和所述集热板中间，平面突起形状伸出与所述后盖的接触区域的情况，形成有一间隙，从而该伸出部分不与所述后盖的底面直接接触。
7.如权利要求1所述的轻便的腕部装置，其特征在于，所述集热板牢固地粘贴于所述后盖。
8.如权利要求1所述的轻便的腕部装置，其特征在于，给所述集热板的表面上除与所述后盖和所述温差发生器的所述热量接收部分的接触部分接触的区域之外涂敷一层绝热涂料。
9.如权利要求1所述的轻便的腕部装置，其特征在于，给集热板的表面上除与所述后盖和所述温差发生器的所述热量接收部分的接触部分接触的区域之外粘贴一绝热板。
10.一种轻便的腕部装置，其包含一从热量接收部分和热量辐射部分之间的温度差产生电能的温差发生器，一从所述温差发生器上的所述热量辐射部分辐射热量的热量辐射上部机架，及一给所述温差发生器上的所述热量接收部分供给热量的后盖，其中，所述轻便腕部装置还含有一弹性部件，该部件为一导热体且可弹性地改变形状，且所述弹性部件被夹持在所述后盖的内表面和所述温差装置上的所述热量接收部分之间的任一位置。
11.一种轻便的腕部装置，其包含一从热量接收部分和热量辐射部分之间的温度差产生电能的温差发生器，一从所述温差发生器上的所述热量辐射部分辐射热量的热量辐射上部机架，及一给所述温差发生器上的所述热量接收部分供给热量的后盖，其中，所述轻便腕部装置还含有一弹性部件，该部件为一导热体且可弹性地改变形状，且所述弹性部件被夹持在所述热量辐射上部机架和所述温差发生器上的所述热量辐射部分之间的任一位置。
12.如权利要求10所述的轻便的腕部装置，其特征在于，对于夹持所述弹性部件的至少一个部件来说，接触所述弹性部件的所有接触表面的至少一个接触面是倾斜的。
13.如权利要求10所述的轻便的腕部装置，其特征在于，所述弹性部件是环形的。
14.如权利要求1所述的轻便的腕部装置，其特征在于，所述集热板是环形的。
全文摘要
一种轻便的腕部装置,其中,一集热板利用联结部件牢固地附着于所述后盖的表面。该集热板的另一表面接触温差发生器上的热量接收部分(6a)。一导热板接触该温差发生器上的热量辐射部分的上部。该导热板连接于一热量辐射上部机架。
文档编号G04G19/00GK1254112SQ9912433
公开日2000年5月24日 申请日期1999年11月15日 优先权日1998年11月13日
发明者三田村元 申请人:精工电子有限公司