JP2006313103A - 太陽電池付電子時計 - Google Patents

Abstract

【課題】 帯状の太陽電池を外胴の内壁に沿ってリング状に配設する電子時計において、発電する発電部の面積を大きく設定し効率よく光を導くプリズムを設けて文字板のカバーガラスの位置を通常の時計並みにする。
【解決手段】 側面に外部操作部材４が取付られた外胴２と、外胴２の上面に固定されたカバーガラス１と、短辺と長辺とを有する帯状の基板８１表面に発電部８２が形成された太陽電池８と、該電部８２の短辺が時刻表示部材５の表面に対して垂直に配設された太陽電池付電子時計において、発電部８２の長辺の一方の辺は時刻表示部材５下方の外部操作部材４の上端面近傍まで伸長させ、発電部８２の長辺の他方の辺はカバーガラス１近傍に位置させることを特徴とする太陽電池付電子時計。
【選択図】 図１

Description

この発明は光照射により起電力を発生する発電部が形成された太陽電池を時計駆動源として備える太陽電池付電子時計の構造に関し、とくに発電部が時刻表示部材表面に対して垂直に配設された太陽電池付電子時計に関するものである。

従来、太陽電池付電子時計において、発電部が形成された太陽電池を時計ムーブメントの表示面側の上面に配置し、その発電部を覆うように時刻表示部材として透光性の文字板を配置するものが数多く発売されてきた。すなわち、文字板表面と太陽電池の発電部とは平行になるように配置している。

文字板を透過した光による太陽電池の発電電力は、時計の消費電力以上に確保しなければならない。そのために、時計の消費電力が大きいと文字板の光透過率を大きくしなければならない。

つまり、文字板材料として透明な素材を使用しなければならず、文字板を透かして文字板下の濃紫色を呈する太陽電池が見えてしまう。
そのことにより、太陽電池付電子時計は太陽電池を用いない時計と比較して文字板の美しさの点で劣るものになっている。

その解決策として、できるだけ時計の消費電力を少なくし、文字板の光透過率を低くして太陽電池を見えにくくすることが考えられる。このように文字板として光透過率の小さい素材を用いることにより、文字板の美しさを取り戻すようになってきている。

あるいは、太陽電池の発電部を文字板表面と平行に配置するのではなく、文字板表面に対して垂直に帯状の発電部を形成した太陽電池を配置して透光性の文字板を使用しない構造がたとえば特許文献１に提案されている。この特許文献１の太陽電池付時計は時計外装ケースの一部である前面カバー周縁部の入射光側に導光体となるプリズムを配置し、そのプリズム端面の文字板の外周部に帯状の太陽電池を配置している。特許文献１における文字板はプリズム底面の下側に配置されている。
この太陽電池付電子時計では、前面カバーに入射した光はプリズムによって太陽電池に導光されて太陽電池に照射され、光起電力が生じる。
特公昭６２−３２４２５公報（明細書第３欄第第１７行から第４欄第３６行及び第７図と第１２図）

時計の消費電力削減のための手段としていろいろ提案されているが、消費電力削減にも限度があり、ある程度以下には消費電力を削減することはできない。
消費電力以上に太陽電池の発電電力を得るためには、太陽電池の光発電電力量を多くする必要がある。

太陽電池における光発電電力量は、太陽電池の発電部の面積に比例しており、光発電電力量を多くするためには発電部面積を大きくする必要がある。帯状の太陽電池において、発電部面積を大きくするためには、発電部の長辺寸法と短辺寸法を大きくすることが考えられる。
特許文献１のように太陽電池を文字板表面と垂直に配置する場合、長辺寸法は時計の文
字板の外周部の長さによって決定され、短辺寸法は文字板上面とカバーガラス内面との間隔寸法によって決定される。すなわち長辺寸法は文字板の大きさ（すなわち電子時計の大きさ）から制限され、短辺寸法は電子時計の厚さが厚くなるためむやみに大きく取れず、充分な長辺寸法と短辺寸法を確保することは出来ない。

したがって腕に装着する時計の大きさや厚さの制限下で時計駆動に必要充分な光発電電量を得ることは難しく、このため太陽電池に形成された発電部への効率のよい導光性能を持つ導光手段を電子時計に搭載する必要がある。

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、帯状の発電部が形成された太陽電池を外胴の内側側面に時刻表示部材表面と垂直に配置した太陽電池付電子時計において、太陽電池の発電部の面積を最大限大きくできるとともに、太陽電池に効率よく光を導く導光手段構造を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し前述の目的を達成するため、この発明にかかる太陽電池付電子時計は下記記載の手段を採用する。
本発明の太陽電池付電子時計は、側面に外部操作部材が取付られた外胴と、外胴の上面に固定されたカバーガラスと、短辺と長辺とを有する帯状の基板表面に発電部が形成された太陽電池と、発電部の短辺が時刻表示部材の表面に対して垂直に配設された太陽電池付電子時計において、発電部の長辺の一方の辺は時刻表示部材下方の外部操作部材の上端面近傍まで伸長させ、発電部の長辺の他方の辺は前記カバーガラス近傍に位置させることを特徴とする。

本発明によれば、太陽電池の発電部の面積については帯状の形状で最大限の大きさを得ることができ、さらに時計のカバーガラスから入射した光を効率よく太陽電池の発電部に導くことができ、時計の消費電力量以上の光発電電力量を得ることができる。

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる太陽電池付電子時計の好適な実施形態を詳細に説明する。以下の説明において上側（上面）とは図１および図２の文字および符号が正しく読める状態に図面を配置したとき、上にくる側（面）を意味し、下側（下面）は上側（上面）の反対側（反対面）で下にくる側（面）を意味する。

（太陽電池付電子時計の構成説明）
太陽電池付電子時計の第１の実施例を説明する。はじめに太陽電池付電子時計の構成について説明する。図１は、本発明の第１の実施例における太陽電池付電子時計の部分断面構成を示す断面図であり、図２はプリズムと太陽電池部分を拡大して示す断面図である。以下、図１と図２を交互に参照して説明する。
図１に示すように、電子時計の外装ケースである外胴２の上面の開口部にカバーガラス１を配設する。カバーガラス１は、ガラスや、サファイヤガラスや、透明なプラスティック等から構成する。また、カバーガラス１は、太陽電池８の発電部８２への光の取り入れ口となる。

外胴２の内部に時計ムーブメント３を収納する。さらに外胴２の側面には、時計ムーブメント３の構成部品である巻真３１を外部から操作するリュウズ４を挿通するためのリュウズ取付穴２１が開口している。このリュウズ取付穴２１にはリュウズパイプ４１が圧入されており、外胴２から突出したリュウズパイプ４１にリュウズ４を取り付ける。リュウ
ズ４と巻真３１とは、巻真３１の雄ネジとリュウズ４の雌ネジによってネジ固定されている。リュウズ４には段部を形成し、その段部に弾性部材（パッキング）を装着する。弾性部材がリュウズ４とリュウズパイプ４１間に弾性的に保持され、時計ムーブメント３への塵や埃や水分の侵入を抑える。
リュウズ４の引き出しまたは押込み動作と回転操作によって時計ムーブメント３を操作する。外部操作部材は巻真３１とリュウズ４からなる。
巻真軸芯３１ａ方向が水平面方向である。

さらにカバーガラス１の内面の外胴２には、カバーガラス１の上下方向位置を規制するとともにカバーガラス１内面を保持し、その下側に太陽電池８を配設するためのガラス保持庇部２２を外胴２内周方向に突出させる。カバーガラス１は内面をガラス保持庇部２２で保持され、側面はリング状の弾性部材（パッキング）を介して外胴２に支持される。外胴２とカバーガラス１間に介在する弾性部材により、時計ムーブメント３内に塵や埃や水が侵入しないような構造となっている。

時計ムーブメント３の上面に時刻表示部材である文字板５を配置する。文字板５の上面とカバーガラス１内面との間の空間部には、時計ムーブメント３の４番車と筒かなと筒車にそれぞれ取り付ける秒針６ａと分針６ｂと時針６ｃを配置する。
文字板５の端部と、後ほど詳しく説明するプリズム７の反射面７４との間には、文字板５とプリズム７との隙間を覆い、その隙間を装飾する文字板補助リング５１を配置する。文字板補助リング５１は樹脂材料または金属材料にて形成する。

外胴２のガラス保持庇部２２の下側には、外胴２の内壁側から太陽電池保持土手３２と帯状の太陽電池８を配置し、さらに太陽電池８の内側に環状のプリズム７を配置する。太陽電池保持土手３２は時計ムーブメント３の外周部に設けられている。
プリズム７と太陽電池８を文字板５より下方の外部操作部材であるリュウズ４上端部近傍まで伸長させるために、時計ムーブメント３には文字板５を配置した部分より段差を設けて低くし、その段差形成部にプリズム７と太陽電池８を配設する。

太陽電池８は、図５に示すように、短辺と長辺とを有する細長い帯状の基板８１表面に発電部８２を形成している。そして、太陽電池８を基板８１の一部が重なるように、リング状に丸めて太陽電池保持土手３２の内周部に配置する。
発電部８２長辺の一方の辺は時刻表示部材である文字板５下方の外部操作部材であるリュウズ４の上端面近傍まで伸長させ、発電部８２長辺の他方の辺はカバーガラス１近傍に位置させている。

太陽電池８は、発電部８２の受光面がプリズム７と対向するように、文字板５の全周に亘って太陽電池保持土手３２の内側に沿って配置している。なお図１と図２では、発電部８２の外部接続端子である接続電極８３部分（図５の基板８１の重なり部）を図示しているため、発電部８２を形成した基板８１と接続電極８３を形成した基板８１とが重なっているが、外部接続端子を形成していない他の部分では、図５に図示されているように発電部８２を形成した基板８１のみで配設されている。
すなわち、文字板５外周のほとんどの部分では発電部８２を形成した基板８１のみが配設しており、接続電極８３を形成した部分では発電部８２を形成した基板８１を内周側に接続電極８３を形成した基板８１をその外周側に重さなるように配設している。

太陽電池８は可撓性を備える樹脂材料、たとえばポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）からなる薄板の基板８１上に導電型がｐ型とｉ型とｎ型のアモルファスシリコンを積層して発電部８２を形成し、さらに導電性薄膜により外部接続端子となる接続電極８３を形成する。発電部８２は複数の発電部８２を導電性薄膜により直列接続する構成、あるいは
基板８１に単一の発電部８２を形成する構成のどちらでも良い。

ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）は可撓性を有し、外胴２のガラス保持庇部２２の下面の太陽電池保持土手３２内周に太陽電池８を湾曲させて収納すると、広がろうとする力が基板８１に働き、太陽電池保持土手３２の内周面に太陽電池８が押し付けられる。
この基板８１の押し付け力によって、太陽電池８は時計ムーブメント３の太陽電池保持土手３２の所定箇所に保持することができる。

接続電極８３に接点バネ９を太陽電池保持土手３２方向に付勢するように接触させて、太陽電池８の発電部８２と時計ムーブメント３の電子回路（図示せず）を電気的に接続する。太陽電池８は接点バネ９によって太陽電池保持土手３２に押し付けられて電気的接続を行なっている。さらに、前述のように基板８１の可撓性により太陽電池８が太陽電池保持土手３２に押し付けられていることと、太陽電池８が接点バネ９により時計ムーブメント３に太陽電池保持土手３２を介して保持固定されていることから、時計組立て時は時計ムーブメント３と太陽電池８を一体として取り扱うことができ、時計組立てが容易となる。

（プリズムの説明）
図２はプリズム７と太陽電池８の周辺部を拡大して示す断面図である。以下、図２を用いてプリズム７の構成を詳しく説明する。
文字板５の全外周に亘って設ける環状のプリズム７は、太陽電池８の発電部８２の入射光側に配置する。プリズム７は、図示のように断面形状が５面を有する五角形状を有する。つまり、プリズム７は太陽電池８の発電部８２に対向し文字板５表面に対して垂直な光出力面７１と、光出力面７１の上辺から水平面に対して所定の俯角αによって形成される第１入射面７２と、光出力面７１の下辺と直角に形成される底面７５と、底面７５と所定の仰角γによって形成される反射面７４と、反射面７４と第１入射面７２との間に形成され水平面と所定の俯角βによって形成される第２入射面７３とを有する。発電部８２表面と光出力面７１とは対向するとともに平行になるように、プリズム７を配設している。

なお、プリズム７を形成する５つの面である光出力面７１と、第１入射面７２と、第２入射面７３と、反射面７４と、底面７５面との各面の接点部には、微少な平坦面または円弧状面（アール面）とすると、プリズム７を射出成形法にて形成する場合、成形性を向上させることができる。
図２に示す実施例においては、光出力面７１と第１入射面７２との接点部の第１入射面７２側に１００μｍ程度の平坦部を形成している。

プリズム７の第１入射面７２の水平面となす俯角αは零度から３０度の範囲、また第２入射面７３の水平面となす俯角βは６０度から９０度の範囲、さらに反射面７４の水平面となす仰角γは４５度から８０度の範囲で構成することで、プリズム７から発電部８２への効率のよい出力光量を得ることができる。

プリズム７は光透過性を有する樹脂材料またはガラスから構成する。好ましくは反射面７４と底面７５には、アルミニウムやクロムや金（Ａｕ）やニッケルなどの光反射率の高い薄膜からなる反射膜７４１を設ける。反射膜７４１は真空蒸着法やスパッタリング法やメッキ法により形成する。
反射膜７４１は、この反射膜７４１に入射した光をほぼ１００％反射させることができ、
プリズムに入射した光を反射面７４や底面７５にて反射させる役割をもち、プリズム７に入射した光を効率良く発電部８２に導光することが可能となる。

図２に示すように、発電部８２の発電領域Ｂの下部８２１は、プリズム７の底面７５とほぼ一致するように位置しており、発電領域Ｂの上部８２２はプリズム７の反射面７４と第２入射面７３との接点７６とほぼ一致する位置、あるいは接点７６位置を上部８２２より下側となるようにしている。

ここで反射面７４と第２入射面７３との接点７６と底面７５との光出力面７１と平行な距離を反射面高さＡとする。また基板８１上に形成した発電部８２の上下方向（光出力面７１と平行な距離）の寸法、すなわち発電部８２の短辺寸法を発電領域Ｂとする。
すなわち、本発明では反射面高さＡと発電領域Ｂとの断面方向位置を揃えている。この構成により、プリズム７に入射した光を反射面７４を介して太陽電池８の発電部８２に効率良く導光することができる。また、反射面７４の水平面となす仰角γを小さくしたときは、第１入射面７２と第２入射面７３への入射光量が多くできることから、反射面高さＡの下辺を発電領域Ｂの下辺と揃え、反射面高さＡの上辺を発電領域Ｂの上辺より下に位置させても良い。

プリズム７は、底面７５を時計ムーブメント３の段差部に当設させ、光出力面７１を外胴２のガラス保持庇部２２に当設させ、さらに反射面７４を文字板補助リング５１に当設させている。このようにプリズム７は３面で当設されており、プリズム７が時計外装ケースの外胴２内に保持される。
なお、プリズム７の反射面７４と当設する文字板補助リング５１の当設面は、反射面７４の水平面との仰角γと同じ角度とすると、プリズム７と文字板補助リング５１との隙間が生じることがなく、さらにプリズム７の保持固定が確実となる。

（動作説明）
図２に示すように、カバーガラス１を透過してプリズム７の第１入射面７２に入射した光の光路を第１光路Ｄと第２光路Ｅとに示している。第１入射面７２に入射した第１光路Ｄの光は反射面７４で反射した後、発電部８２に入射する。第１入射面７２に入射した第２光路Ｅの光は、第１入射面７２入射後、直接出力面７１から出力し、発電部８２へ入射する光と、光出力面７１で反射した後、反射面７４で反射した後に光出力面７１から出力して発電部８２に入射する光との２つの光路にて太陽電池８に光照射される。

このように、プリズム７に第１入射面７２と第２入射面７３と反射面７４と底面７５と光出力面７１とを設けることにより、カバーガラス１を透過してプリズム７に入射した光は効率良く発電部８２に導光することができ、太陽電池８の高い光起電力が得られる。さらに発電領域Ｂと反射面７４の反射面高さＡとはほぼ一致する断面位置に配置していることから、プリズム７に入射した光のほとんどを発電部８２に導光でき、太陽電池８の発電部８２への光入射光の効率を高めることができ、太陽電池８の高い光起電力が得られる。

本発明では図１と図２の断面図に示すように、太陽電池８の発電部８２は文字板５の下方のリュウズ４上端面近傍まで伸長させ、文字板５と発電部８２とは断面（高さ）方向で重なるように配置している。さらに文字板５はプリズム７の反射面７４の上辺と下辺との間の反射面高さＡの断面位置に配置している。
このような構成とすることにより、従来のようにプリズム７の底面７５より下側に文字板５を配置した構成に比べて、文字板５上面とカバーガラス１内面との間隔寸法を大きくすることなく、すなわち時計の厚さを厚くすることなく発電部８２の短辺寸法である発電領域Ｂを大きくでき、したがって発電領域Ｂ面積を増大させることが可能となり、太陽電池８の高い光起電力が得られる。

また本発明では、外部操作部材であるリュウズ４の上端面とカバーガラス１の内面との間にプリズム７と太陽電池８を配置している。このことにより、帯状の太陽電池８の基板
８１上に発電部８２を形成できない領域がなく、基板８１短辺に対して最大限発電部８２を形成することが可能となり、発電部８２の長辺が長くなって、発電部８２面積の拡大させることができ、光起電力の向上に寄与する。

本発明の第２の実施例におけるプリズムの構造を図４を用いて説明する。
図４に示すように、第２の実施例のプリズム７は、断面形状が四角形となっている。プリズム７は太陽電池８の発電部８２に対向し時刻表示部材である文字板５表面に対して垂直な光出力面７１と、光出力面７１の上辺から水平面に対して所定の俯角αによって形成される入射面７７と、光出力面７１の下辺と直角に形成される底面７５と、底面７５と所定の仰角γによって形成される反射面７４とを有する。つまり第２の実施例におけるプリズム７は、図２に示す第２入射面７３の無い断面形状で構成する。
なお図４において、太陽電池は外部接続端子である接続電極の形成領域を図示していない。このため、図４では発電部８２を形成した基板８１のみが図示されている。

プリズム７を形成する４つの面である光出力面７１と、入射面７７と、反射面７４と、底面７５面との各面の接点部には、微少な平坦面または円弧状面（アール面）とすると、プリズム７を射出成形法にて形成する場合、成形性を向上させることができる。
図４に示す実施例においては、光出力面７１と入射面７７との接点部の入射面７７側に１００μｍ程度の平坦部を形成している。

この第２の実施例におけるプリズム７は第２入射面７３がないだけで、他の構造は図１および図２に示す第の実施例と同じ構造であり、動作もほぼ同じであり、詳細な説明は省略する。図４には図示しないが、好ましくは反射面７４にアルミニウムやクロムやニッケルや金（Ａｕ）の薄膜からなる反射膜７４１を形成してプリズム７に入射する光の利用効率を向上させる構成とすると良い。

さらに、第１入射面７２の水平面に対する俯角αが６０度から９０度未満の範囲で、第２入射面７３の水平面に対する俯角βが零度から３０度の範囲で、反射面７４の水平面に対する仰角γが同じ４５度から８０度の範囲で構成する構成においても効率のよい出力光量を得ることができる。

第４の実施例におけるプリズムの構成を図３の斜視図を用いて説明する。
以上の実施例に説明のプリズムにおいては、プリズムの全周に亘って光出力面７１と第１入射面７２と第２入射面７３と反射面７４と底面７５と形成した例（実施例１）、あるいは光出力面７１と光入射面７７と反射面７４と底面７５とを形成した例（実施例２）で説明したが、図３に示すように、全周に亘って均一な形状でなく円周上に部分的に第１入射面７２と第２入射面７３の２つの面を１つの面とするような連続面１０を形成する断面形状をなすプリズムであってもよい。

図３に示すプリズムを用いて時計においては、デザインが異なるプリズムが得られ、さらに連続面１０を時計の５分おきの分目盛位置と合致させる構成とすれば、デザイン的に変化が得られる。

以上の実施例では、環状のプリズム７は一体で形成する例で説明したが、複数体に分割しても良い。たとえば外装ケースが矩形状の外胴２であれば、矩形状の文字板５の各辺毎に分割してプリズム７を配置しても良い。

発電部８２の入射光側に配置するプリズム７の代わりに光透過性材料からなる見返しリングを配置しても良い。見返しリングはプリズムに比べて発電部８２への入射光量が若干減少するが、消費電力量が少ない時計を駆動するに充分な発電電力が得られている。

この発明の実施の形態にかかる太陽電池付電子時計の構成を示す断面図である。 この発明の実施の形態にかかる太陽電池付電子時計のプリズム周辺を拡大して示す断面図である。 この発明にかかる他の実施の形態の太陽電池付電子時計におけるプリズムを示す斜視図である。 この発明にかかる他の実施の形態の太陽電池付電子時計におけるプリズムを示す断面図である。 この発明にかかる実施の形態の太陽電池付電子時計における太陽電池を示す斜視図である。

符号の説明

１ カバーガラス
２ 外胴
４ リュウズ
５ 文字板
７ プリズム
８ 太陽電池
７１ 光出力面
７２ 第１入射面
７３ 第２入射面
７４ 反射面

Claims (6)

1. 側面に外部操作部材が取付られた外胴と、該外胴の上面に固定されたカバーガラスと、短辺と長辺とを有する帯状の基板表面に発電部が形成された太陽電池と、該発電部の短辺が時刻表示部材の表面に対して垂直に配設された太陽電池付電子時計において、
   前記発電部の長辺の一方の辺は前記時刻表示部材下方の前記外部操作部材の上端面近傍まで伸長させ、前記発電部の長辺の他方の辺は前記カバーガラス近傍に位置させる
   ことを特徴とする太陽電池付電子時計。
2. 前記発電部の受光面側に光透過性部材からなるプリズムを配置する
   ことを特徴とする請求項１記載の太陽電池付電子時計。
3. 前記プリズムの断面形状は、
   前記発電部と対向する光出力面と、該光出力面の上辺と所定の俯角をなす少なくとも１つの入射面と、前記光出力面の下辺に設ける底面と、該底面から所定の仰角をなす反射面とを有する
   ことを特徴とする請求項２記載の太陽電池付電子時計。
4. 前記発電部の前記短辺方向の長さの発電領域の断面位置と、前記プリズムの前記反射面の断面位置とはほぼ同じである
   ことを特徴とする請求項３記載の太陽電池付電子時計。
5. 前記プリズムの前記入射面と前記反射面との接点の位置が、前記発電領域の上部より下の断面位置であり、
   前記プリズムの前記底面の位置と前記発電領域の下部の断面位置がほぼ同じである
   ことを特徴とする請求項４に記載の太陽電池付電子時計。
6. 前記プリズムの前記反射面に反射膜を設ける
   ことを特徴とする請求項３に記載の太陽電池付電子時計。

Images