JP2010212476A - 装着用太陽電池内蔵モジュール - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は装着対象の色の違いによっても安定した発電ができる装着用太陽電池内蔵モジュールを提供することを目的とするものである。
【解決手段】本発明は、この課題を解決するために装着対象に装着されて使用される太陽電池内蔵モジュールにおいて、可撓性を有するフレキシブル配線基板４と、このフレキシブル配線基板４上に形成された太陽電池２とを備え、フレキシブル配線基板４の下面に塗布された粘着剤５と、この粘着剤５の下面に反射光量調整部材６が形成されたものである。これにより、太陽電池２と装着対象との間に反射光量調整部材６が設けられることとなるので、装着対象の色によらず反射光量が安定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、人体などの装着対象に装着されて使用される装着用太陽電池内蔵モジュールとこれを用いた人体装着用太陽電池モジュールに関するものである。

以下、従来の人体装着用の太陽電池モジュールについて説明する。従来の太陽電池モジュールは、フレキシブル基板上に太陽電池が構成され、その装着面に衣服と着脱可能な装着具を設け、衣服に着脱可能に取着するものである。

なお、この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、例えば、特許文献１が知られている。
実開平３−３４０２１号公報

しかしながら従来のセンサ装置では、装着される衣服の色の違いや、衣服へ装着される場合と皮膚の上に直接装着される場合とで、太陽電池の効率が変化し、生じる電圧のばらつきが大きくなるという課題を有していた。

そこで本発明は、この問題を解決したもので、衣服上か皮膚上であるかの装着対象の違いや、衣服の色の違いなどに対しても安定した電圧を得ることができる装着用太陽電池モジュールを提供することを目的としたものである。

この目的を達成するために可撓性を有する樹脂基材と、この樹脂基材上に形成された太陽電池とを備え、前記樹脂基材の下面に塗布された粘着剤と、この粘着剤の下面に反射光量調整部材が形成されたものである。これにより初期の目的を達成することができる。

以上のように本発明によれば、装着対象に装着されて使用される太陽電池内蔵モジュールにおいて、可撓性を有する樹脂基材と、この樹脂基材上に形成された太陽電池とを備え、前記樹脂基材の下面に塗布された粘着剤と、この粘着剤の下面に反射光量調整部材が形成された装着用太陽電池内蔵モジュールである。

これにより、太陽電池と装着対象との間に反射光量調整部材が設けられることとなるので、装着対象の色によらず反射光量が安定する。従って、光の反射率の小さな暗色系の衣服などの上に装着された場合でも、高い発電効率の太陽電池を得ることができる。また、衣服上か皮膚上であるかの装着対象の違いや、衣服の色の違いなどに対しても安定した電圧を得ることができる。

さらに、装着対象が皮膚や反射率の大きな色の衣服であるような場合、反射光量調整部材の有無による太陽電池の効率の差は小さくなる。そこで、このような場合には、反射光量調整部材を剥がして衣服や肌へ直接装着することも可能となるので、別途装着具などを準備する必要がなくなる。さらにまた、太陽電池は可撓性を有した樹脂基材上に形成されるので、直接装着した場合でも装着者の違和感を小さくできる。そしてこの場合においても、効率の良好な装着用太陽電池内蔵モジュールを実現できる。

また、太陽電池が可撓性を有する樹脂基材上に形成されるので、装着対象の形状や、動きなどによらず、装着対象に対して装着用太陽電池内蔵モジュールをしっかりと装着することができる。従って、このような装着用太陽電池内蔵モジュール上にセンサなどを設けておけば、センサを測定対象に近接あるいは接触させて測定することも可能となるので、精度よく検知することができる。

（実施の形態１）
以下、本実施の形態における装着用太陽電池内蔵モジュール（以降モジュール１という）について図面を用いて詳細に説明する。図１は、本実施の形態における装着用太陽電池内蔵モジュールの断面図であり、図２は同、正面図であり、図３は同、回路ブロック図である。図１から図３において、本実施の形態におけるモジュール１は、太陽電池２と、この太陽電池２で駆動される回路３とを含み、これによって外部より電源が供給されなくとも自立的に動作するものである。これらの太陽電池２と回路３とは、１枚のフレキシブル配線基板４（可撓性を有する樹脂基材の一例として用いた）上に構成される。このフレキシブル配線基板４の下面には、粘着剤５が塗布され、この粘着剤５には反射光量調整部材６が貼り付けられている。

ここでこのモジュール１は、帯状（あるいは紐状）などの装着具（図示せず）によって、人体や衣服へ装着される。そこでモジュール１には装着具が固定される装着具固定部が設けられている。本実施の形態におけるモジュール１では、装着具固定部として装着具を取り付けるための孔７を形成している。なお、装着具は帯状あるいは紐状のものに限られるものではなく、モジュール１を装着対象へ装着可能なものであれば良い。たとえば、反射光量調整部材６の下面に両面テープのような粘着剤を貼り付けるものでも構わない。また装着具は、装着具側にクリップなどのように挟みこむことができる構造を有したものでも構わない。この場合、モジュール１側にクリップで挟みこむために、装着具固定部として何も電子部品などが実装されていない領域を設けておけば良い。

以上のような構成により、太陽電池２と装着対象との間に反射光量調整部材６が設けられるので、装着対象の色によらず反射光量が安定する。従って、衣服の色や肌の色の違いなどに対しても安定した電圧を得ることができる。特に、反射光量調整部材６に反射率の高い部材を用いれば、光の反射率の小さな暗色系の衣服などの上に装着された場合でも高い発電効率の太陽電池２を得ることができる。

本実施の形態においてフレキシブル配線基板４上にはプリント基板８が接続され、このプリント基板８上に実装された複数の電子部品によって回路３が形成されている。このようにフレキシブル配線基板４上に剛性を有したプリント基板８を接続し、このプリント基板８上に回路３を構成する構成とすることによって、電子部品を汎用の実装機によって実装できる。また本実施の形態では、装着具固定部をプリント基板８に設けることによって、装着具を繰り返し着脱した場合でも、装着具固定部の破損などが発生しにくくなる。このように何度も繰り返し着脱する必要がなく、装着具固定部の破損などの恐れの小さい場合、装着具固定部はフレキシブル配線基板４に設けても良い。

ここで回路３の一例として、たとえば装着対象の情報を検知するセンサ２１や、センサ２１で検知した信号が入力される信号処理回路２２や、太陽電池２より電源が供給され、各回路に接続されて各回路を駆動制御する電源駆動回路２３などを含む構成がある。この場合、モジュール１は外部より電源が供給されなくとも、センサ２１で装着対象の情報を継続的に検知することができる。さらにモジュール１に、信号処理回路２２の出力が接続された送受信回路２４や、この送受信回路２４に接続されたアンテナ２５を設ければ、モジュール１で検知した測定対象の情報を親機（図示なし）などの外部機器へ転送することも可能となる。

なお、モジュール１に太陽電池２で発電した電気を一時的に貯めておく二次電池（図示せず）あるいは、太陽電池２とは異なった発電手段（たとえば燃料電池などであり、図示せず）などを構成しておけば、たとえ光があたらないような場所においても、継続して回路３を動作させることが可能となる。そしてこのような場合、電源駆動回路２３はこれら電池と太陽電池２との切り替えも行う。そして本実施の形態では、送受信回路２４で親機よりセンサ２１を動作させる旨の信号を受信した場合にのみ、電源駆動回路２３は各回路を動作させる。これにより二次電池や発電手段を長い時間使用することができる。なお、本実施の形態では送受信回路を設けたが、送受信回路２４に代えてメモリを設け、センサで検知した情報をメモリへ格納してもよい。

ここで、反射光量調整部材６において反射光量調整部材６と粘着剤５との間（接触面）には、シリコン樹脂などによる剥離層（表面処理の一例として用いた、図示はなし）が形成されている。これにより、反射光量調整部材６は粘着剤５から容易に剥離（分離）可能となり、反射光量調整部材６を剥がすと粘着剤５はフレキシブル配線基板４側に残ることとなる。このようにフレキシブル配線基板４の下面に粘着剤５を設けておき、反射光量調整部材６は粘着剤５から剥がすことができる構成であるので、反射光量調整部材６を剥がすだけで、直接装着対象へ貼り付けて使用することも可能となる。したがって、モジュール１を直接衣服や肌へ装着することも可能となるので、装着具が不要となる。また、装着具を装着したときの違和感（締め付け感）なども少なくできる。そしてこれは、肌の色が色白である場合や、反射率の大きな色の衣服上に装着する場合には特に有効となる。

以上のような構成によって、反射光量調整部材６の反射率と装着対象の反射率とがほぼ等しい場合には、反射光量調整部材６を剥がして粘着剤５によって直接モジュール１を貼り付けることができる。一方、反射光量調整部材６の反射率と装着対象の反射率とが異なる場合には、モジュール１は反射光量調整部材６を剥がさずに、装着具を取り付け、この装着具によって衣服上へ装着することができる。これにより、装着対象の色の違いに関わらず、安定した発電効率を実現できる。

衣服や肌が反射率の大きな色であるような場合、反射光量調整部材の有無による太陽電池の効率の差は小さくなる。そこで、このような場合には、反射光量調整部材を剥がして衣服や肌へ直接装着することも可能となるので、別途装着具などを準備する必要がなくなる。

本実施の形態において反射光量調整部材６の反射率は肌の反射率とほぼ同じとしている。具体的には、肌の色に近い色合いのマット紙を用いている。これにより、モジュール１を肌へ直接装着した場合と、衣服へ装着した場合とでの太陽電池２の効率のばらつきを小さくできる。また、反射光量調整部材６は紙であるので、非常に低価格なモジュール１を実現できる。なお、反射光量調整部材６の素材は、紙に限られるものではなく、ＰＥＴなど他の材料を用いても構わない。ただし、このように光が透過するような材料を用いる場合、反射光量調整部材６の表面に反射率の高い材料や色の塗料などによる表面処理を行って、光を反射するようにすればよい。

本実施の形態における反射光量調整部材６には、肌に近い色を用いたが、これは他の色としても良い。たとえば反射光量調整部材６として反射素材を用いても良い。このとき、装着対象が反射率の小さな素材や暗色系の色である場合には、モジュール１は反射光量調整部材６を剥がさずに、装着具を取り付け、この装着具によって衣服上へ装着すると良い。一方、装着対象が反射率の大きな素材や淡色系の色である場合には、反射光量調整部材６を剥がし、粘着剤５によって直接モジュール１を貼り付けることができる。これによって、装着対象が違っても反射量を大きくできるので、装着対象の反射率の違いなどによらず効率の良好な太陽電池２を実現できる。従って、モジュール１がたとえば暗色系の衣服のような反射率の小さな素材上に装着されても安定した発電量を維持できる。なお反射素材には、たとえば反射光量調整部材６の色を反射率の大きな白色や淡色系の色の素材を用いるとか、あるいはマット紙でなく光沢紙やコーティング素材などのような表面がつるつるな素材を用いれば良い。

では、次に太陽電池２について詳細に説明する。太陽電池２には、フレキシブル配線基板４の上面には電極１０が形成され、この電極１０の上方に電極１０と対向して透明電極１１が形成されている。この透明電極１１と電極１０との間には空隙１２が形成され、この空隙１２内に電解液が充填されることによって太陽電池２が形成される。そして空隙１２の間隔を規定の寸法とし、電極１０と透明電極１１との間の短絡を防止するために、フレキシブル配線基板４と透明電極１１との間に樹脂製のスペーサ１３が挿入される。なお、このスペーサ１３はロの字状であり、中央部には孔１３ａが設けられている。そして空隙１２は、スペーサ１３と透明電極１１とフレキシブル配線基板４とによって囲まれることによって形成されることとなる。またこのスペーサ１３は、透明電極１１とフレキシブル配線基板４との間を接着し、空隙１２をシールする働きを有しており、これによって電解液が空隙１２から漏れることを防止している。なお本実施の形態において電極１０はフレキシブル配線基板４上に配線される銅箔によって形成している。従って、回路３の配線パターンと同時に形成できるので、非常に生産性が良好である。

ここで透明電極１１は、ＰＥＴ製などの可撓性を有した樹脂フィルム上に、スパッタリングや蒸着などの方法によって、透明導電膜｛ＩＴＯ（酸化インジウム・スズ）、酸化亜鉛、あるいは酸化スズなど｝が形成されたものである。本実施の形態において電極１０は銅箔によって形成したが、こちらも可撓性基材上に透明導電膜を形成したものを用いても良い。

このような太陽電池２の下方に、紙製の反射光量調整部材６が設けられることとなる。これにより、モジュール１を装着したときに、フレキシブル配線基板４を通過した光が、反射光量調整部材６によって反射し、透明電極１１に入るので、透明電極１１へ入る光量が増加する。従って、発電効率の良好な太陽電池２を実現できる。なお、このとき反射光量調整部材６は透明導電膜や電極１０よりも大きくしておくことが望ましい。

ここで、モジュール１はある期間の間、継続的に情報を検知するために、長期間人体に貼り付けられた状態のままとなる。しかし、同一場所への長期の装着はかぶれなどの原因となるため、定期的にモジュール１を貼り付ける位置を変更することや、あるいは入浴時にモジュール１を外し、装着箇所を洗うなどの処置をすることが望ましい。ところが、一般的に一度肌へ貼り付けた粘着剤５には、ごみ（垢など）が付着するので、再度貼り付けようとした場合、粘着剤５に粘着力が大幅に低下する。そこで、このように人体へ粘着剤５で直接貼り付けて使用されるモジュール１では、多くとも数回程度の再利用の後は廃棄され、新しいモジュール１へと交換されるため、低価格であることが非常に重要となる。そこで、本実施の形態における太陽電池２には、色素増感型太陽電池を用いている。色素増感型太陽電池は、シリコンアモルファスによる太陽電池に比べて、その製造コストや原材料のコストが低価格であるからである。これにより、非常に低価格なモジュール１を実現できる。

また、本実施の形態における色素増感型の太陽電池２では電極１０（下側）がプラス極であり、透明電極１１（上側）がマイナス極であり、このマイナス極へ光が当たって電子を発生する。そしてモジュール１は、フレキシブル配線基板４側が下となるように装着する。これにより、透明電極１１が上向きとなるので、発電効率の良い太陽電池２を得ることができる。

なお、本実施の形態におけるモジュール１では、フレキシブル配線基板４の両端部にプリント基板８が接続され、このプリント基板８上に装着具固定部が形成されている。従って、装着具は剛性を有したプリント基板８部分に接続されるので、装着具固定部の強度が強い。従って装着具を何度も繰り返し装着しても、装着具固定部の破損などが発生しにくくできる。

本発明にかかる装着用太陽電池内蔵モジュールは、装着対象の色などによっても太陽電池の電圧が安定するという効果を有し、人体に貼り付けて動作させるセンサ機器などに用いると有用である。

本実施の形態におけるセンサ装置の断面図 同、正面図 同、回路ブロック図

２ 太陽電池
４ フレキシブル配線基板
５ 粘着剤
６ 反射光量調整部材

Claims (9)

1. 装着対象に装着されて使用される太陽電池内蔵モジュールにおいて、可撓性を有する樹脂基材と、この樹脂基材上に形成された太陽電池とを備え、前記樹脂基材の下面に塗布された粘着剤と、この粘着剤の下面に反射光量調整部材が形成された装着用太陽電池内蔵モジュール。
2. 前記反射光量調整部材は粘着剤から分離可能とし、前記太陽電池内蔵モジュールは前記粘着剤で前記装着対象へ装着可能とした請求項１に記載の装着用太陽電池内蔵モジュール。
3. 前記太陽電池内蔵モジュールには、装着対象へ装着される装着具が固定される装着具固定部が設けられた請求項２に記載の装着用太陽電池内蔵モジュール。
4. 装着対象は人体もしくは衣服とし、反射光量調整部材の色は装着者の肌の色とほぼ同じ色とした請求項３に記載の装着用太陽電池内蔵モジュール。
5. 反射光量調整部材には反射素材を用いた請求項３に記載の装着用太陽電池内蔵モジュール。
6. 太陽電池には樹脂基材上に形成された電極と、この電極の上方に設けられた透明電極とを有し、反射光量調整部材は前記電極と前記透明電極のうちの少なくともいずれか一方の大きさより大きくした請求項３に記載の装着用太陽電池内蔵モジュール。
7. 可撓性を有する樹脂基材と、この樹脂基材上に形成された太陽電池とを備えた太陽電池内蔵モジュールにおいて、前記太陽電池内蔵モジュールを衣服上から人体へと装着するための装着具が固定される装着具固定部と、前記樹脂基材の下面に設けられた粘着剤と、この粘着剤の下面に設けられた反射光量調整部材とを有し、この反射光量調整部材の前記粘着剤と接触する面には、前記反射光量調整部材を前記粘着剤から剥離可能とする表面処理が施され、太陽電池内蔵モジュールは装着対象の光に対する反射率と前記反射光量調整部材の反射率とが異なる場合には、前記装着具固定部へ装着具を取り付けて、前記反射光量調整部材を前記粘着剤から剥がさないままで装着対象へ装着できるとともに、装着対象の光に対する反射率と前記反射光量調整部材の反射率とがほぼ等しい場合には、前記反射光量調整部材を剥がし、前記粘着剤によって直接装着対象へ装着できる装着用太陽電池内蔵モジュール。
8. 可撓性を有する樹脂基材と、この樹脂基材上に形成された太陽電池とを備えた太陽電池内蔵モジュールにおいて、前記太陽電池内蔵モジュールを装着対象へと装着するための装着具が固定される装着具固定部と、前記樹脂基材の下面に設けられた粘着剤と、この粘着剤の下面に設けられた反射光量調整部材とを有し、前記反射光量調整部材には反射素材が用いられるとともに、この反射光量調整部材の前記粘着剤と接触する面には、前記反射光量調整部材を前記粘着剤から剥離可能とする表面処理が施され、太陽電池内蔵モジュールは前記装着対象が淡色系の色である場合には、前記反射光量調整部材を剥がして直接装着対象へと装着される装着用太陽電池内蔵モジュール。
9. 可撓性を有する樹脂基材と、この樹脂基材上に形成された太陽電池と、前記樹脂基材の下面に塗布された粘着剤と、この粘着剤の下面に設けられた反射光量調整部材とを備え、前記粘着剤で衣服に装着されて使用される太陽電池内蔵モジュールにおいて、前記反射光量調整部材には反射素材が用いられるとともに、前記太陽電池内蔵モジュールを衣服上から人体へと装着するための装着具が固定される装着具固定部が設けられ、太陽電池内蔵モジュールは前記衣服が暗色系の色である場合には、前記装着具固定部へ装着具が取り付けられるとともに、衣服上に装着される人体装着用太陽電池内蔵モジュール。

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