液体が充填されたベローズによって作動するスイッチおよびそれからなる電圧源、およびそれに関する方法および時計

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本発明は、時計、特に腕時計のための電気スイッチおよび小バッテリーに関する。

時計および腕時計における電気スイッチは、しばしばスイッチの構成部材の間で生じる機械的摩耗による問題に悩まされ、このような摩耗により故障や誤作動が生じる。

参照として、引用文献US4172251、US4036827、GB462978A、CN1054133A,GB462978AおよびCN1054133Aには様々な種類のスイッチの説明がされている。これらの装置はサイズが非常に大きく、その多くは水銀などの有害物質を含んでなるという欠点がある。

多くの場合、バッテリーは低価格商品に関連し、そのため高級な商品には適さない。

求められているのは、信頼性のある電気スイッチである。また、高級な商品に適するような革新的な魅力を備えたバッテリーが求められている。上記必要性の両方を充足する、スイッチとバッテリーが組み合わされた製品が求められている。

スイッチとバッテリーとしての機能を併せ持つ電気装置を提供する。装置は、管状ハウジングとそれを密閉する軟性端部構造から構成される。管状ハウジングはそれぞれ異なる金属導体からなる2つの電極と、間にメニスカスを有する非混合性流体とからなる。流体の一方は導電性で、もう一方は非導電性とされる。電流路を開閉するためにメニスカスを電極上で変位させる手段が使用者に付与される。電解液が両方の電極に接触するとスイッチがバッテリーとして機能するように、導電性の流体は任意的には電解液とされる。

本発明の目的は、信頼性のある電気スイッチを提供することである。

本発明の別の目的は、高級品にふさわしい革新的な魅力を備えた電圧源を提供することである。

本発明のまた別の目的は、上記要件を共に満たす、スイッチとバッテリーが組み合わされたものを提供することである。

別の改変形態では、ここに記載されるような電気装置からなる時計が提供される。

また別の態様では、本発明は、電極の間で電流路が開閉されるようにメニスカスを変位させることを含む、時計の少なくとも一部を操作する方法を提供する。

また別の実施形態では、上記方法は、少なくとも2つの電極に渡るメニスカスを変位させることにより腕時計内にバッテリー機能を付与することを含む。

また別の態様では、上記方法は、使用者にメニスカスが視認可能となり、またメニスカスによって興味深い視覚的効果が生じると共にバッテリー機能が付与されるように、メニスカスを腕時計内に配置することを含む。

さらに別の態様では、時計を操作する上記方法は、電気装置を含む。電気装置は、管状ハウジングと、それを密閉する軟性端部構造とからなる。管状ハウジングは2つの電極を有し、間にメニスカスを有する非混合性流体を含んでなる。一方の流体は導電性とされ、もう一方は非導電性とされる。

また別の改変形態では、本発明は腕時計の全ての部分を機械的および流体的に操作可能な機械部材を備え、光学的効果を生むために電気駆動された時計文字盤の照明装置を備えた腕時計を提供する。時計文字盤の電気駆動された光学的照明装置は、バッテリー機能を提供するために電極上でメニスカスを変位させる機械部材のサブシステムによって通電される。

さらなる改変形態では、腕時計は時計ハウジングを含んでなる。使用者は、サブシステムの少なくとも一部とメニスカスを時計ハウジング越しに直接視認することができる。これにより、メニスカスは使用者が直接視認できる視覚インジケーターとしての機能も同時に担う。

開放された構造における、本発明の電気装置の側断面図である。

閉じられた構造における、本発明の電気装置の側断面図である。

本発明の電気装置の代替実施形態の側断面図である。

本発明の電気装置の、さらなる代替実施形態の側断面図である。

本発明の電気装置を作動するための双安定プランジャの駆動の進行図である。

図面に示される要素は単純化及び明確性のために開示され、必ずしも正寸で描かれていないことは、当業者には明らかである。例えば、本発明の様々な実施形態の理解をより深めるために、図面のいくつかの要素の寸法は、その他の要素に対して強調して描かれていることもある。さらに、本件で用いられる「第1」、「第2」やその類の用語は、とりわけ、類似する要素を区別するために使用され、必ずしも順次的または時系的な順番を示すものではない。また、明細書および/または請求項における「正面」、「背面」、「上面」、「底面」やその類の用語は、便宜的な目的で使用され、必ずしも限定的な相対位置を総合的に表わすものではない。上記のように用いられる用語は、例えば本願で開示される様々な実施形態が、明確に図示又は説明される以外の構成および/または配向でも操作可能であるような、適切な状況下では置き換えられてもよいことを当業者は理解されたい。

好適な実施形態の詳細な説明

以下の説明は本質的に例示的であり、本願が出願された時点で発明者が知り得た本発明の最良の態様を説明するもので、本発明の範囲をいかなる意味でも制限するものではない。その結果として、本願で開示される例示的な実施形態におけるすべての要素の配置および/または機能は、本願発明の精神および範疇から逸脱することなく変更を加えることが可能である。

図1Aおよび図1Bを参照すると、スイッチ、そして任意的にはバッテリーとして機能する電気装置10が提供される。一実施形態では、電気装置10は独立にスイッチとして機能する。また別の改変形態では、電気装置10はバッテリー/スイッチとして機能する。また別の改変形態では、電気装置10はスイッチとバッテリーの組み合わせとして機能する。システムが1つまたはそれ以上の(例えば、複数の)電気装置10を具備するとして説明されることも理解されたい。このように、システムには複数の独立したスイッチと、電気回路で任意的に機能し、時計の1つまたはそれ以上のその他の装置または部材を作動するのに利用できる複数の独立したバッテリーが同様に備えられる。

装置10は、断熱材からなる管状ハウジング12(本件では1つまたはそれ以上のハウジングが用いられる)と、1つまたは複数の管状ハウジングを密閉する軟性端部構造20、30とから構成される。管状ハウジング12は、本質的に閉塞されていない毛管チャネルを形成してなり、2つの電極16、17を有し(本発明の一改変形態では複数の電極対が用いられることもある)、非混合性の流体14、15で満たされ(本発明の別の改変形態では、複数セットの非混合性流体対が用いられることもある)、その間にメニスカス19を有してなる(複数セットの非混合性流体対が用いられる場合、任意的には複数のメニスカスが備えられる)。一方の流体(または任意の流体対)は、導電性の流体20(例えば、水銀またはイオン性流体)とされ、もう一方の流体(または任意の流体対)は、非導電性かつ非イオン性の流体30(本発明の別の改変形態では、任意的に1つまたはそれ以上の気体であってもよい)とされる。別の改変形態では、本発明には非毒性および/または水銀非含有の流体が用いられる。使用者には、電極16、17(または光学的な電極対)内のメニスカス19(または複数の光学的メニスカス)を、その間の電流路を開閉するように変位させる手段が付与される。電解質が両方の電極と接触するとスイッチがバッテリーとして機能するように、任意的に2つの電極は電解質とは異なる組成物の金属または金属製導体からなる。様々な電極および電解質組成物が本願および上記されたシステムには用いられ、システム内で異なるスイッチ機能を与えるために、電解質組成物と電極対の異なる組み合わせが使用される。

一実施形態では、軟性端部構造はベローズ20および30とされる。別の改変形態では、本発明のシステムには、それぞれがシステム内の様々なサブシステムに、例えばスイッチ機能やエネルギー発生機能などを含む異なる機能を付与するために、複数のベローズ対が用いられる。本発明では様々なタイプのベローズが用いられ、一改変形態では、ベローズ20および30はアコーディオン状の構造としての構成および寸法を有して形成される。これら構造は、非常にコンパクトな構成で効率的にシステム全体の機能を実現するために、流体を十分な距離だけ移動できるという利点がある。ベローズ20および30は、メニスカス19を電極の一方の端に移動させるように作動される。改変形態では、本質的に異なるセットの電極対の閉塞のない、単一チャネル内を複数のメニスカスが移動する。別の改変形態では、複数のメニスカスはシステムの複数のチャネル内を移動する。また別の改変形態では、1つのサブシステムは、単一チャネル内における1つのメニスカスを含み、それのみまたは上記のような単一チャネル内を移動する複数のメニスカスを含むもう1つのサブシステムと組み合わされた、単一チャネル内におけるメニスカスの運動を含む。このように、これらの改変形態や、例えばエネルギー発生方法および/またはスイッチング方法などを含む本願記載の発明の様々な方法は、システムの様々な構造形態によって支えられ、それのみまたは記載の1つまたはそれ以上のサブシステムと組み合わされて用いられる。

一実施形態では、ベローズ20、30は、ニッケルまたはニチノール(Nitinol)(登録商標)などの、装置10の知覚品質および装置10の機能性を向上する金属または金属物質によって形成される。ニッケル−チタンは、本発明で使用可能な形状記憶合金の類に属する。物質の驚くべき性質は、物質における熱弾性マルテンサイト相変態によってもたらされる。ニチノール(登録商標)の性質は、形状記憶効果、超弾性、高減衰性などを含む。ニッケル−チタン形状記憶合金の技術的性質は、記載のベローズに異なる性質を与えるために、構成、機械加工、および熱処理を変えることによってかなりの範囲で変更可能である。形状記憶とは、物質に熱が加わると元の形状に戻ることを可能とする、初めの熱機械処理の際に与えられた形状を“記憶する”能力を有する選ばれた物質が持つ性質である。本発明で利用されるその他の形状記憶合金は、銅−アルミニウム−亜鉛−ニッケルや銅−アルミニウムニッケルを含む。形状記憶性能を有する物質によって、さもなければ機械的システムの使用が必要となるような、軽量な固体デバイスの形成を可能とする。

しかし、ベローズ20、30はポリマーやポリマー構造、ゴムやその他の弾性物質などのあらゆる適した柔軟かつ水密な物質で形成されることももちろん可能である。本発明のシステムが腕時計に用いられる際は、様々な部材が非常にコンパクトな空間に収容されるように寸法決めおよび形成されることを考慮されたい。

一実施形態では、管状ハウジング12は毛細管とされる。1つまたは複数の管状ハウジングが本発明の様々なサブシステムに具備される。毛細管12は、マイクロ流体または毛管チャネル13を有し、それを介して流体が作動可能とされる。本発明のシステムおよびサブシステムの改変形態では、独立した毛管チャネルが複数具備されることを理解されたい。

別の実施形態では、流体間のメニスカス19は膜状の軟性端部構造によって作動される。もちろん、各サブシステムにはそれぞれの膜が用いられ、記載のシステムの複数の同様のサブシステムには複数の膜が配置される。

バッテリーとしての機能を有する本発明の改変形態(もちろん、1つまたはそれ以上のサブシステムは、電源性能改変形態(power source capability variants)などの複数のバッテリーを備えるように構成される)では、電極16、17は、例えば亜鉛合金や銅合金および/または亜鉛含有導電性ポリマー組成物や銅含有導電性ポリマー組成物などの亜鉛物質および銅物質でそれぞれ形成される。電極16,17はチャネル13内に延長してなる。代案的に、電極16、17はチャネル13よりも大きいチャンバー(図示なし)内に配置される。もちろん、多種多様な金属、金属誘導体や電解質組成物、およびそれらの組み合わせが、本発明の様々なサブシステムに用いられてもよい。

装置10は使用者によって手動でも、本発明で利用された1つまたは複数のその他のサブシステムまたはシステムによって自動で作動されてもよい。しかし、代案的に、機械式タイマーや、休止位置(バッテリー実施形態においてスイッチが開状態、すなわち非導電性流体によって少なくとも1つの電極を包囲することで、その他の電極から電気的に隔離した状態)に跳ね返すのに十分な弾性を有するベローズをそれに対して圧縮できるプランジャ(図示なし)などの外部機構が用いられてもよい。

一改変形態では、装置10は、腕時計文字盤を発光または蛍光流体が充填されたディスプレーを照明するために、LED18(本発明の別の改変形態では複数のLEDが励起されることももちろん可能)に電力を供給するために用いられる。代案として、生成された電力は、それのみまたは腕時計のLED効果と組み合わせて、外部回路を作動するため、または外部装置を駆動するために利用されてもよい。本発明のシステムには、本発明の1つまたは複数のサブシステムによって電力供給およびスイッチ開閉される、1つまたは複数のLEDが用いられる。

特に図2を参照に、また別の実施形態では、装置は平行に配置されたいくつかの電極対40を含む。この実施形態では、2つの遠位貯蔵部(本発明の改変形態では、もちろん複数の貯蔵部対が用いられてもよい)を接続するいくつかの別個のチャネル(相互に対して平行、または積層配置または腕時計の内部で様々な幾何学的配置(例えば平行や交差配置など)で配置される)を含んでなる毛管チャネル13が備えられる。一改変形態では、別個のチャネルの少なくとも2つは電極対を有する。もちろん、本発明の改変形態では複数のチャネルには複数の電極対が備えられる。

特に図3を参照に、一実施形態では、本発明の装置10は直列に配置されたいくつかの電極対が単一サブシステムに備わってなる。このような実施形態では、管状チャネル13は連続する部分が2つの流体で交互に充填されることで、複数のメニスカス19が備えられる。もちろん、別の改変形態では複数の図3のサブシステムが、それのみまたは本願で記載されたその他のサブシステムと組み合わされて備えられ、システム全体の機能性を向上する。

次に図4を参照すると、双安定プランジャ100の動作の進行図が開示される。この進行図からもわかるように、プランジャ100はベローズ20または30に押し当てられることで、ベローズを圧縮させる。使用者によってプランジャ100が解放されると、動作時間はチャネル13内を通る流量の流体抵抗によって制限されたベローズ20または30のバネ定数によって駆動される。使用者がプランジャ100を連続して押し続け、スイッチ10、10’または10’’が連続的に作動されることを防止するために、双安定機構102(ベローズ20または30に作用した後、ベローズの端部106を解放するように働く、双安定カンチレバーアーム104を有するオフセットプランジャ100を参照)が追加される。

一実施形態では、軟性端部構造は少なくとも部分的にガラスで出来ている。管状ハウジングは透明または不透明とされ、システムまたはサブシステムのこの部材に所望される機能に応じて、完全に透明な材料または部分的に透明な材料から形成されるか、部分的に不透明または完全に不透明の材料で形成される。有利な点としては、本発明は信頼性のある電気スイッチを提供する。また別の有利な点としては、本発明は高級品に適するような革新的な魅力を兼ね備えたバッテリーを提供する。別の有利な点としては、本発明は、上記された両方の必要性を同時に、断続的に、または回路によって制御することで満たした、組み合わされたスイッチとバッテリーを提供する。

記載されたように、本発明は説明された電気装置からなる時計と、電流路を開閉させるように電極のメニスカスを変位させることを含む、該時計の少なくとも一部分を操作する方法を提供する。時計を操作する方法には、電気装置が含まれる。電気装置には、管状ハウジングと、それを密閉する軟性端部構造が含まれる。管状ハウジングは2つの電極を有し、間にメニスカスを有する非混合性流体を含んでなる。流体のうち1つは導電性で、もう一方の流体は非導電性とされる。

その他の特徴は、本願に記載される発明と組み合わせて用いられる。

一例としては、視覚インジケーター表示装置が本発明と組み合わされて用いられ、該装置はブレスレット、透明の毛管チャンバーおよび変位部材を含んでなる。透明な毛管チャンバーは証印(indicia)に適合され、第1長さとこの第1長さよりも小さい幅を有する。本発明のアナログインジケーターは時間を表示する。

さらなる参考例では、本発明の特徴は腕時計に組み込まれる。腕時計は、分配器において2つの流体貯蔵部と1つのポンプを有するケースからなる。

時計ムーブメントは、シリンダーやスタックなどの動力源、例えばロッカーアセンブリ(rocker assembly)やスパイラルまたは水晶振動器などの規制部材、ポンプ、そしてギヤトレインやピニオンなどを含む伝達部材から構成される。複雑部(complications)を含むその他の部材が備えられる。また、動力源によってポンプが作動される。

時計のガラス部を通して時間的情報またはその他の情報を表示するために、タンク内の液体はポンプによってガラス部を通るチャネルに送られる。通常、チャネルは氷の表示面に対して平行な部分と、その表面に垂直に形成され、ポンプをディスペンサーに接続し作動させるための孔部を有する。

ガラス内および腕時計のその他箇所に配置されるチャネルの形状および寸法は、気泡が望ましくない場合は気泡を生じることなく充填が可能なように選択される。このために、チャネルのもっとも小さい断面積は、例えば0.1から10mm²の範囲であって代表的には1mm²であり、システムに、例えばほんの数ミリバール程の許容可能な加圧によって気泡が排出されるように形成される。また、これによって、好ましくは、角度などの方向の急激すぎる転換や、細いチャネル内で障害となる気泡が生じて流量を遮断する原因となる複雑なまたは薄すぎる形状が防止される。

液体(または流体)は、チャネル内で視認性を向上するために、好ましくは色付けされる。透明な流体を用いることもできるが、いっぱいに充填された際に視認可能となるように、内表面の屈折が変更されなければならない。これらのチャネルを通過する液体によって、チャネルのガラスの液体が存在する箇所の不透明性および/または色が変わる。夜でも視認可能な、例えばリン光性または発光性の粒子を有する液体などのリン光性液体が用いられてもよい。

流体が辿る経路は、流路の内壁部を通る流体の粘度およびポンプにより加えられる圧力に依存する。これにより、液体の表面張力や、チャネル表面の水和性、親水性かまたは疎水性かの特徴、そして形状および表面の状態に応じて、作業チャネルにおける気泡または滴が進む流路および/またはその流速が制御可能となる。液体回路には活性マイクロバルブ(active microvalve)が使用されないことが好ましい。

本発明は、新規性、進歩性及び産業上の利用性を具備すると考慮される本明細書、添付の請求項及び/又は図面において説明された全ての特徴の可能な全ての組み合わせから構成されることを考慮されたい。

本願で開示および説明される特定の実施形態は、本発明の代表的および最適な態様を示すものであって、本発明の範囲を制限することを意図したものでは決してないことを理解されたい。

当業者には理解されるように、本発明はシステム、装置または方法として具現化することが可能である。

本発明は、発明の様々な態様に応じたブロック図、装置、構成部品およびモジュールを参照として説明される。ブロック図の各機能性ブロックおよび機能性ブロックの組み合わせは、コンピューターまたはその他のプログラム可能なデータ処理装置で実行される指示によって、ブロック図に指定された機能が実現されるように、汎用コンピューター、専用コンピューター、またはその他の機械を生成するためのプログラム可能なデータ処理装置に搭載可能なコンピュータープログラムの指示によって実行することができる。

また、本願のシステムは、本願と同様の機能を有するすべての物品、サービスまたは情報の使用、販売および/または流通を意図したものである。

本願の明細書および図面は限定するためではなく例示的なものとして理解されたく、本願で説明されるすべての改良は、例えそれが出願時に明確に請求されていない場合でも、本願の請求する発明の範囲に包含されることを意図される。従って、本願発明の範囲は、上記された単なる例示案からではなく、添付される請求項、または後で補正あるいは追加される請求項、またはそれに法的に相当する物によって判断されるべきである。例えば、すべての方法または工程の請求項で記載されるステップは、特に記載のない限りどの順番であっても実行可能であり、請求項に記載される特定の順番に限定されるものではない。さらに、装置の請求項で記載される要素および/または部品は、本願と本質的に同様の成果をもたらす様々な置換で組立または操作的に構成されることも可能である。総じて、本願発明は請求項で記載される特定の構成に限定されるものではない。

本願で記載される便益、利点や解決法は、請求項の必須、重要または不可欠な特徴または要素であると考慮されるべきではない。

本願で用いられる「からなる」、「から構成される」やその他の同様の言い回しは、要素の非限定的な一覧を表すために用いられ、その要素一覧から構成される本発明の工程、方法、物品、構成または装置は記載される要素のみを含むわけではなく、本明細書に記載されるその他の要素を含むことも可能である。また、「を含む」、「を含んでなる」または「本質的に含む」といった言い回しは、別段に指定のない限り、列挙される要素のみに発明の範囲を限定する意図で用いられるものではない。本発明の実施に用いられる上記された要素、材料または構造の組み合わせまたは改良は、本発明の一般原則から逸脱することなく、当業者によってその他の設計に変更または適応することも可能である。

上記で挙げられた特許及び文献は、別段の記載のない限り、本開示に反しない範囲において、参照することにより本件に組み入れられる。

本発明のその他の特徴および実施形態は、添付の請求項において説明される。

本発明は、新規性、進歩性及び産業上の利用性を具備すると考慮される本明細書、添付の請求項及び/又は図面において説明された全ての特徴の可能な全ての組み合わせから構成されることを考慮されたい。

著作権は出願人またはその譲受人によって保有され、1つまたは複数の請求項で定義される権利の第三者への明示的なライセンス付与に関しては、本発明を残りの請求項に定義されるように使用する黙示的なライセンスは一切許諾されていない。さらに、一般または第三者に対して、この添付物および本願に含まれる全てのコンピュータープログラムを含め、本願明細書に基づいて二次的著作物を作成する明示的または黙示的なライセンスは許諾されていない。

本発明のその他の付加的な特徴および機能は添付の請求項において説明される。それらの請求項は、その全てが参照として本明細書に組み入れられ、提出された出願の一部と考慮されたい。

上述された発明の実施形態において、様々な変更及び改良を加えることが可能である。本発明の、特定の具体的な実施形態が開示及び説明されたが、幅広い改良、変更及び置換が上述の実施形態では考慮される。上記の説明には多くの特定事項が含まれるが、発明の範囲を限定するものとしてではなく、むしろ1つ又はその他の好適な実施形態の例示であると考慮されたい。場合によっては、本発明のいくつかの特徴は、対応する他の特徴を使用することなく用いられる。従って、上述の説明は広義に解釈され、単なる実例又は例示として理解され、本発明の精神及び範囲は本出願で最終的に発行される請求項によってのみ限定されるべきである。