JP2007225355A - 太陽電池付電子時計 - Google Patents

Abstract

【課題】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力量を得ることができ、かつ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備えた太陽電池付電子時計を提供すること。
【解決手段】カバーガラスと文字板との間であり、文字板の外側に、当該文字板に対して略鉛直方向に配した太陽電池を有する太陽電池付電子時計において、文字板における外縁部近傍に、文字板表面における他の部位よりも突出して、太陽電池に対峙した傾斜面を有する突起部を設け、突起部における傾斜面には、カバーガラスを透過する入射光を反射する部材にて形成された反射性部材が設けられており、反射性部材にて反射した反射光を太陽電池に導く様に構成した。
【選択図】図１

Description

本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、特に、発電部が時刻表示部材表面に対してほぼ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。

従来の太陽電池付電子時計は、発電部が形成された太陽電池が時計ムーブメントの表示面側の上面に配置され、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が配置されたものが数多く発売されてきた。すなわち、この構成の太陽電池付時計は、文字板表面と太陽電池の発電部とが平行になるように配置されて、文字板を透過した光を使って光発電を行い、時計の計時を行うことができる形態となっている。

この様な従来の太陽電池式電子時計において、多くの光を太陽電池に導くためには、文字板材料としてできるだけ透明な素材を使用して、文字板の光透過率を大きくしなくてはならない。すると、文字板下に設置した、濃紫色ないし濃茶色を呈する太陽電池が、文字板を透かして見えてしまうという問題が生じる。そのことにより、この従来の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、文字板の美観に劣るもので、しかも使用する文字板材料に制限を受けるものとされていた。

その解決策として、前述した様に、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、帯状の発電部を形成した太陽電池を、文字板表面に対してほぼ垂直に配置することで、非透光性の文字板を使用できる太陽電池付電子時計の構造が提案された（例えば、特許文献１参照）。

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ガラスと文字板との間隙に、導光体となる多角形形状の導光素子が配置され、その導光素子の外周端面であり、かつ文字板の外縁部を囲んで、帯状の太陽電池が配置された形態となっている。なお、特許文献１における文字板は、導光素子底面の下側に配置されている。

この様に構成すれば、前面カバーガラスに入射した光は、導光素子によって太陽電池に導光されて、効率良く光発電電力を得ることができるので、文字板の美観に優れ、かつ文字板材料に制約を受けない構造でありながらにして、所望の光発電電力を得ることができる様になる。

特開２００１−３０５２４９号公報（第３頁、第１−２図）

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と該発電部に入射する光量との積に比例するため、この光発電電力量を多くするためには、発電部の面積、つまり、特許文献１における帯状の太陽電池においては、発電部の長辺寸法と短辺寸法を大きくしなくてはならない。

特許文献１のように、太陽電池を文字板表面とほぼ垂直に配置する場合、帯状の太陽電池における長辺寸法は、時計の文字板の外周長によって決定され、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、太陽電池の長辺寸法は、文字板の大きさ、すなわち電子時計の大きさに制限を受け、短辺寸法は、電子時計の
厚さに制限を受ける。そのため、光発電電力量を増やしたいが為に、むやみに短辺寸法を大きく取ると、太陽電池の厚み、ひいては時計の厚みが厚くなってしまうという問題が生じる。したがって、この様に、特許文献１に記載の太陽電池付電子時計で所望の発電電力量を得ようとした場合、文字板の大きさが決まると、一義的に時計の厚みが決定されてしまうものとなってしまい、デザイン性を要求される昨今の太陽電池付電子時計では、充分な大きさの太陽電池の長辺寸法と、特に短辺寸法を確保することは難しい。

本発明の目的は、上記課題を解決し、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力量を得ることができ、かつ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備えた太陽電池付電子時計を提供することにある。

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、基本的に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、カバーガラスと文字板との間であり、文字板の外側に、当該文字板に対して略鉛直方向に配した太陽電池を有する太陽電池付電子時計であって、文字板における外縁部近傍に、文字板表面における他の部位よりも突出する、太陽電池に対峙した傾斜面を有する突起部を設け、当該突起部における傾斜面には、カバーガラスを透過する入射光を反射する部材にて形成された反射性部材が設けられており、反射性部材にて反射した反射光を太陽電池に導く様に構成されていることを特徴とするものである。

また、本発明の太陽電池付電子時計は、前述した傾斜面の断面形状が、平面、または円錐曲線形状であることを特徴とするものである。

また、本発明の太陽電池付電子時計は、前述した突起部と前記文字板とが、一体に成形されていることを特徴とするものである。

また、本発明の太陽電池付電子時計は、前述した突起部と前記文字板とが、切削、プレス、または絞り加工によって、一体に成形されていることを特徴とするものである。

本発明の太陽電池時計付電子時計によれば、時計のカバーガラスから入射した光を、断面形状が平面または円錐曲線形状である傾斜面を有する突起部によって、非常に効率良く太陽電池の発電部に導くことができるので、時計の消費電力量以上の光発電電力量を容易に得ることができる。

また、本発明の太陽電池付電子時計の構成を採用すれば、時計全体の厚みを薄く構成しても、帯状の太陽電池から時計駆動と蓄電に必要十分な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）
はじめに、本実施例における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、文字板端と太陽電池部分を拡大して示す要部拡大断面図である。

図１に示すように、電子時計の外装ケースであるケース２の上面の開口部には、カバーガラス１が配設されている。このカバーガラス１は、光透過性のガラスや、サファイヤガラスや、プラスチック等から構成されて、太陽電池７の発電部７２への光の取り入れ口となる。また、このカバーガラス１を透して、時計の使用者に時刻表示部材や、秒針５ａ、分針５ｂ、時針５ｃを視認させる形態となっている。

また、ケース２の内部には、太陽電池７の給電によって秒針５ａ、分針５ｂ、時針５ｃを駆動する時計ムーブメント３が収納されている。

また、カバーガラス１の内面のケース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７を配設するための太陽電池保持土手２２が、ケース２内周方向に突出させて配設されている。また、図１に示す様に、カバーガラス１は、内面をガラス保持庇部２１で保持され、側面はリング状の弾性部材（パッキング）を介してケース２に支持される。このケース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構造となる。

また、時計ムーブメント３の上面には、時刻表示部材に相当する文字板４が配置されている。文字板４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を構成する、図示しない４番車と筒かなと筒車にそれぞれ取り付ける、秒針５ａと分針５ｂと時針５ｃとが配設されている。そして、この文字板４の端部には、後ほど詳しく説明する、本発明の特徴部分である突起部６と傾斜面６１とが配設される。

また、ケース２のガラス保持庇部２１の下側には、ケース２の内壁側から太陽電池保持土手２２と帯状の太陽電池７が配置されている。この太陽電池保持土手２２は、時計ムーブメント３の外周部に設けられている。

次に、本発明の太陽電池付電子時計に搭載する太陽電池の構成と、時計へのこの太陽電池の載置形態について説明をする。図２は、本実施例における太陽電池付電子時計で使用する太陽電池の構成を示す斜視図である。

本発明の太陽電池付電子時計で使用する太陽電池７は、図２に示すように、短辺と長辺とを有する細長い帯状の基板７１表面に発電部７２を有する。そして、太陽電池７を基板７１の一部が重なるようにリング状に丸めて、図１に示す太陽電池保持土手２２の内周部に配置される。なお、この発電部７２長辺の一方の辺は、時刻表示部材である文字板４下面近傍まで伸長され、発電部７２長辺の他方の辺は、ガラス保持庇部２１近傍の位置に配置されている。

そして、太陽電池７は、発電部７２の受光面が傾斜面６１と対峙するように、文字板４の全周に亘って太陽電池保持土手２２の内側に沿って配設される。

この太陽電池７は、可撓性を備える樹脂材料として、たとえばポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）からなる薄板の基板７１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層を積層して発電部７２が形成され、さらにこの発電部７２を導電性薄膜で挟持した構成となっている。そして、この導電性薄膜に導通する外部接続端子となる接続電極７３が接続されてなる。なお、発電部７２は、複数の発電部７２を導電性薄膜により直列接続する構成、あるいは基板７１に単一の発電部７２を形成する構成のどちらでも構わない。

この太陽電池７における基板７１の材料として用いるポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）は可撓性を有するので、ケース２のガラス保持庇部２１の下面の太陽電池保持土手２２内周に太陽電池７を湾曲させて収納すると、外側に広がろうとする力が基板７１に働き、結果として太陽電池保持土手２２の内周面に太陽電池７が押し付けられることとなる。この基板７１の押し付け力の作用を受けて、太陽電池７は、時計ムーブメント３の太陽電池保持土手２２の所定箇所に保持することができる。太陽電池７の接続電極７３とムーブメント３とは、図１に示した取り出し端子８によって接続される。

（文字板の構成の説明）
次に、図１を用いて本発明の特徴部分である文字板４の構成について詳しく説明する。

文字板４の外周に設ける環状の突起部６の傾斜面６１は、前述した様に、太陽電池７の発電部７２の入射光側に配置される。そしてその傾斜面６１は、図示のように断面形状が時刻表示部材である文字板４に近接した斜面を有する形状となっている。なお、図１に示した例では、斜面断面を平面としている。この様に、文字板４には、太陽電池７の発電部７２に対峙した傾斜面６１を有する突起部６が外周部に設けられており、太陽電池７の発電部７２は、文字板４に対して略垂直になるように配設される。

なお、文字板４の材質は真鍮で、切削加工により突起部６および傾斜面６１を文字板４と一体に形成している。切削加工後に傾斜面６１を研磨し、その後傾斜面６１表面に反射膜６２を真空蒸着法によって形成して配設している。反射膜６２はアルミニウムであり、さらにアルミニウム表面に防錆処理として二酸化珪素（ＳｉＯ２）を薄膜状に形成した２層構造としている。文字板４表面のうち傾斜面６１以外の部分には、時計文字板としての装飾塗装および時刻表示部を形成している。

この様にして形成された反射膜６２は、本実施例における発電部７２が、可視光域の光を効率良く光電変換する様に形成されているので、この反射膜６２に入射した太陽電池７の発電に有効な波長帯域の光を、９０％以上反射させることができる。そして、この反射膜６２は、傾斜面６１に入射した光を反射させて、効率良く太陽電池７の発電部７２に導光することが可能となる。

なお、上記説明では、文字板４外周部に設ける傾斜面６１の断面形状が平面であり、この辺が、反射膜６２を有する構成として説明したが、この傾斜面６１だけで光反射が十分可能な部材にてこの傾斜面６１を構成した場合は、必ずしも傾斜面６１上に反射膜６２を設ける必要はない。

また、本実施例においては、傾斜面６１の断面形状を平面とした構成例を示したが、太陽電池７の発電部７２に集光する形態であれば、傾斜面６１の断面形状は他の形状であっても構わない。この点については、後述する実施例３にて詳しく説明する。

このように、文字板４の外周部に突起部６と傾斜面６１と反射膜６２とを設けることにより、カバーガラス１を透過して傾斜面６１に入射した光は、高い効率で太陽電池７の発電部７２に導光することができ、太陽電池７の高い光起電力が得ることができる。さらに、傾斜面６１の集光性によって、傾斜面６１に入射した光のほとんどを発電部７２に導光でき、太陽電池７の発電部７２への光入射光の効率を非常に高くすることができる。その結果、太陽電池７の短辺を短くしたものであっても高い光起電力量を得ることができる様になる。

次に、本発明の太陽電池付電子時計における太陽電池の発電特性について説明をする。
ここでは、上記の光発電効果に関する本発明の優位性について、本発明の文字板４による太陽電池の発電量と、特許文献１の技術に従った導光素子による光発電量とを、先に示した同一の太陽電池素子７を用いて比較測定した結果を示す。図３は、本実施例における文字板４を備えた太陽電池付電子時計の光発電量と、特許文献１に記載の従来構成による光発電量とを、同一の太陽電池素子７を用いて完全拡散光源の照度５００ルクス下で比較測定した結果を示したグラフである。なお、本グラフにおける縦軸は、太陽電池７における接続電極７３（図２参照）から得た取り出し電力（相対値）を示している。

図３から、完全拡散光源下での本発明の太陽電池付電子時計を構成する文字板４の外周部に備えた傾斜面６１を経由した太陽電池７の発電量は、特許文献１の技術に従った導光素子を経由した太陽電池の発電量の２倍以上に達していることがわかる。したがって、本発明の構成を採用すれば、太陽電池７の短辺を特許文献１の技術によるものより半分以下としてもほぼ同じ発電量を確保できることとなり、時計全体の薄型構成に寄与するところは大きい。

また、完全拡散光源下で行った本グラフには特に図示しないが、平行入射光源下での本発明の文字板４による太陽電池７の発電量が、特許文献１の技術に従った導光素子による太陽電池の発電量より多くなることが、容易に理解できよう。

このように、この文字板４が搭載された太陽電池付電子時計は、時計全体を薄く構成しながらにして、帯状の太陽電池７から時計駆動と蓄電に必要十分な電力を得ることができることが判る。

次に、本発明の第２の実施例における太陽電池付電子時計の他の構成例を図４を用いて説明する。図４は、本発明の太陽電池付電子時計における他の構成例を示す断面図である。

図４に示すように、第２の実施例における文字板４と第１の実施例の文字板との相違点は、断面形状のうちの突起部６下部が空隙となっている点である。

本実施例における文字板４は、ステンレス板を材質としてプレス加工によって作成しており、文字板４と突起部６および傾斜面６１は一体である。なお、傾斜面６１を研磨して高反射率面としているので反射膜は設けていないが、本発明の太陽電池付電子時計では、この構成も傾斜面６１に反射性部材を備えた構成として定義する。このような構成によれば、文字板４、突起部６、傾斜面６１を容易に、しかも安価に製造することができ、低価格で光利用効率の高い太陽電池付き電子時計を提供することができる。

この第２の実施例における文字板４は、第１の実施例で示した反射膜６２がないだけで、他の構造は図１に示す第１の実施例と同じ構造であり、動作もほぼ同じであるので、ここでの詳細な説明は省略する。また、図４の傾斜面６１に、アルミニウムやチタンやニッケルや金（Ａｕ）の薄膜からなる反射膜を形成すれば、光の利用効率をさらに向上させる構成となることは言うまでもない。

次に、本発明の第３の実施例における太陽電池付電子時計のさらに他の構造例を図５を用いて説明する。図５は、本発明の太陽電池付電子時計におけるさらに他の構成例を示す断面図である。下記の説明では、実施例１で示した構成例と比較しながら説明する。

図５に示すように、第３の実施例における文字板４と第１の実施例の文字板との相違点
は、第１の実施例では、傾斜面６１の断面形状が平坦面であったのに対して、本実施例では、傾斜面６１が下に凸の円錐曲線形状で構成されている点にある。本実施例における傾斜面６１は、太陽電池７の発電部７２に対峙し、カバーガラス１を透過してきた外光を太陽電池７の発電部７２に集光するよう設計されている。具体的には、第３の実施例では傾斜面６１の断面形状は、太陽電池７の発電部７２上に焦点を持つ放物線である。文字板４と突起部６は絞り加工とプレス加工によって形成し、傾斜面６１は切削及び研磨加工を追加している。

なお、この傾斜面６１の断面形状は、放物線形状に限定されるものではなく、太陽電池７の発電部７２上に焦点を有することのできる形状であれば良い。つまり本実施例で示す傾斜面６１の形状は、下に凸の円錐曲線形状であれば良いことになる。傾斜面６１の断面形状をこのような円錐曲線形状として傾斜面６１の光反射率を高くすることで、カバーガラス１を通過して傾斜面６１に入射した光を、太陽電池７に集光させて、より効率よく発電部７２にその光を導くことができる。

この第３の実施例における文字板４は、第１の実施例における図１に示した傾斜面６１の形状が異なるだけで、他の構造は図１に示す第１の実施例と同じ構造であり、動作もほぼ同じであるので、ここでの詳細な説明は省略する。また、本図には示さなかったが、傾斜面６１表面にアルミニウムやチタンやニッケルや金（Ａｕ）の薄膜からなる反射膜を形成すれば、さらに良好な入射光の利用効率を得ることのできる構成となる。

次に、第４の実施例における文字板の構成を図６および図７の斜視図を用いて説明する。図６は、第１〜３の実施例で示した文字板４の構成を示しており、図７は、本実施例における文字板の構成例を示している。

上述してきた第１〜第３の実施例における文字板４においては、図６に示す、文字板４外周部の全周に亘って突起部６を設け、その突起部６における傾斜面６１に反射膜６２（図示せず）を形成した例（実施例１）、あるいは突起部６と傾斜面６１とを形成した例（実施例２、３）を示した。

それに対して、本実施例のける太陽電池付電子時計の文字板４における突起部６と傾斜面６１の形状は、図７に示すように、全周に亘って均一な形状でなく、円周上に部分的に切り欠き部６３を形成し、他の部分は、第１〜第３の実施例で示した突起部６および傾斜面６１の断面形状のいずれかの形状としてある。

この図７に示す文字板４を用いた太陽電池付電子時計とすれば、先の実施例とはデザインが異なる文字板４を得ることができ、さらに例えば、時計の５分おきの分目盛位置と合致させる位置に切り欠き部６３を配置すれば、先の実施例に示した形態と比べてデザイン的な変化を与えながらにして、先の実施例とほぼ同様の効果を得ることができる。

次に、第５の実施例における文字板のさらに他の構成例について説明する。
以上の第１〜第４の実施例では、文字板４と環状の突起部６及び傾斜面６１とを一体で形成する形態として説明したが、複数体に分割したものを組み合わせた構成であっても良い。たとえば、時計の外装ケースが矩形状のケース２であれば、矩形状の文字板４の各辺毎に分割して突起部６と傾斜面６１とを配置することができる。

この様な構成とすることにより、角型形状の時計にも、本発明で用いる文字板４と突起部６と傾斜面６１とを容易に装填することができるようになる。

本発明の太陽電池付電子時計の構成例を示す断面図である。 本発明の太陽電池付電子時計における太陽電池の構成例を示す斜視図である。 本発明の太陽電池付電子時計により得られる発電能力と、従来の太陽電池付電子時計により得られる発電能力とを比較したグラフである。 本発明の太陽電池付電子時計における他の構成例を示す断面図である。 本発明の太陽電池付電子時計における他の構成例を示す断面図である。 本発明の太陽電池付電子時計における実施例１〜３に示した文字板の構成を示す斜視図である。 本発明の太陽電池付電子時計における他の文字板の構成例を示す斜視図である。

符号の説明

１ カバーガラス
２ ケース
３ 時計ムーブメント
４ 文字板
５ａ 秒針
５ｂ 分針
５ｃ 時針
６ 突起部
７ 太陽電池
８ 取り出し端子
２１ カバーガラス保持庇部
２２ 太陽電池保持土手
６１ 傾斜面
６２ 反射膜
６３ 切り欠き部
７１ 基板
７２ 発電部
７３ 接続電極

Claims (4)

1. カバーガラスと文字板との間であり、前記文字板の外側に、前記文字板に対して略鉛直方向に配した太陽電池を有する太陽電池付電子時計において、
   前記文字板における外縁部近傍に、前記文字板表面における他の部位よりも突出して、前記太陽電池に対峙した傾斜面を有する突起部を設け、
   前記突起部における前記傾斜面には、前記カバーガラスを透過する入射光を反射する部材にて形成された反射性部材が設けられており、前記反射性部材にて反射した反射光を、前記太陽電池に導く様に構成されていることを特徴とする太陽電池付電子時計。
2. 前記傾斜面の断面形状は、平面、または円錐曲線形状であることを特徴とする請求項１に記載の太陽電池付電子時計。
3. 前記突起部と前記文字板とが、一体に成形されていることを特徴とする請求項１または２に記載の太陽電池付電子時計。
4. 前記突起部と前記文字板は、切削、プレス、または絞り加工によって、一体に成形されてい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。
   
   

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