JP4532590B2 - ソーラーセル付き電子時計 - Google Patents

Description

本発明は、光を利用して発電するソーラー発電システムを有し、かつ前記ソーラー発電システムによって発電した電力を充電する充電システムを有する時計のうち、見返し部にソーラーセルを配置したソーラーセル付き電子時計の時計構造に関するものである。

従来から、ソーラーセルを有し、太陽光などの光をエネルギー源として利用する電子時計は数多く存在している。これら電子時計の多くは、ソーラーセルを文字板の下面に配置するため、発電に利用される光は風防ガラスを通過し、さらに文字板を通過してソーラーセルに達せねばならない。そのため、文字板には光透過性が要求される。従って、文字板のデザインに制約を生じ、ユーザーのファッションの一部となるような、豊富なバリエーションでの商品提案ができなかった。

つまり、ソーラーセルの表面は暗褐色を呈しており、美しいと言える色ではない為、その表面の色を隠すために文字板をソーラーセル上面に配置する必要がある一方で、光発電のために文字板は光透過性が必要となる。その為、金属板は使用できず、曇りガラスのようなぼやけた色調が多くなり、鮮やかな発色の文字板が使用できないというデザインの多様性に関する問題があった。

ところで、近年、時計の消費電力の低減化が進み、ソーラーセルの面積をある程度小さくしても時計を駆動できるようになってきている。そこで、ソーラーセルを文字板外周に文字板に対し略垂直に配置したソーラーセル付きの電子時計が提案されている。この従来例として、可撓性のある細長い帯形状のフィルム基板に形成したソーラーセルを時計ムーブメントの文字板の配置面より上方で且つ上記時計ムーブメントの外周部に沿ったリング状土手を設けて、前記ソーラーセルを前記リング状土手部の内面に配置したものがある。（例えば、特許文献１参照）

特開２００２−１４８３６６号公報（第３−４頁、第１−２図、第４−５図）

前記特許文献１の第１実施形態では、単セルのソーラーセルを使用しており、時計ムーブメントの時計回路基板に設けた昇圧回路との組み合わせによって、前記ソーラーセルからの発電電圧を昇圧することによって、時計ムーブメントの駆動や、二次電池を充電するための電圧を確保している。

また、前記特許文献１の第２実施形態では、ソーラーセルの長辺方向に細長い矩形の光発電セル３つを直列に接続することで所要の電圧を確保している。

さらに、前記特許文献１の第３実施形態では、ソーラーセルの長辺方向に２分割した各光発電セルの両端に取り出し電極を配置した独立した２枚の光発電セルを使い、電圧検出回路によって二次電池の電圧を検出し、その電圧によって前記光発電セルを直列又は並列に接続するとともに、並列接続時は昇圧回路によって昇圧し、所要の電圧を確保している。

しかしながら、特許文献１の第１実施形態では、ソーラーセルが単セルである為に発電に
よって得られる電圧が低いために昇圧回路が不可欠であるが、昇圧回路での損失があるために、ソーラーセルで発電した電力を時計駆動用に効率良く使用することができず、又、該昇圧回路用のスペースを確保しなければならないという問題があった。

そこで、ソーラーセルの発電部を長辺方向に複数（例えば、２個）の光発電セルに分割して直列接続することで昇圧回路を不要にすることも考えられる。
しかし、このようなソーラーセルを搭載した電子時計を腕に装着すると、着衣により部分的に遮光されてしまい、発電に寄与しない光発電セルが発生し、うまく充電できなくなる。

本発明の目的はソーラーセルを文字板に対して略垂直に配置したソーラーセル付き電子時計において、上記問題点を解決し、時計の携帯中でも安定した発電を効率的にできる時計構造を提供することである。

上記目的を達成するための本発明の要旨は、
帯状のソーラーセルを有し、
該ソーラーセルの短辺方向が文字板に対し略垂直となるように配置する
ソーラーセル付き電子時計において、
前記ソーラーセルの光発電セルを長辺方向に２つに等分割すると共に、
該2分割された光発電セルの一方を１２時方向に、他方を６時方向に配置し、
両分割光発電セルを電気的に接続したことを特徴とする。

このような配置にすることにより、着用時に時計が袖に隠れたとしても、各光発電セルにはほぼ均等な面積に光が当たり、各光発電セル間の発電電圧差が小さく抑えられ効率的な発電が可能となる。

前記光発電セルの分割境界線が、文字板の３時方向又は９時方向となるように、
前記ソーラーセルを配置したことを特徴とする。

分割境界線が、文字板の３時方向又は９時方向に配置することで、袖に隠れた時の分割された光発電セルの受光セルの受光面積を略等しく出来る。

以上の如く、本発明の実施により、腕着用時において袖に隠れた場合にも、分割光発電セルに均等に受光させる事が可能となる。

本発明の第１実施形態のソーラーセルの平面図である。 本発明の一実施の形態を示すソーラーセル付き電子時計の断面図である。 図１の部分拡大図である。 本発明の第４実施形態のソーラーセル付き電子時計の使用例である。 本発明の第２実施形態のソーラーセルの平面図である。 本発明の第３実施形態のソーラーセルの平面図である。

以下図面により本発明の実施の形態を詳述する。

図１は本発明によるソーラーセル１の平面図であり、細長い帯状の発電領域２０と前記発電領域２０の両端にはソーラーセル１で発電した電力を取り出す取り出し電極３ａ、３ｂが配置してある。

また、発電領域２０にはソーラーセル１の短辺方向９から互い違いに対向した櫛歯型で、また、ソーラーセル１の長辺方向８中央の境界線２ｅで左右に分割された面積が等しい４つの光発電セル２を配置したものである。

尚、前記ソーラーセル１の断面構造（図示せず）は、薄い樹脂フィルム製のベース基板４上に図示されていない透明電極層、アモルファスシリコーン層、金属薄膜層、保護印刷層を積層させて光発電セル２を構成しており、アモルファスシリコーン層を挟む透明電極層及び金属薄膜層が各々の光発電セルの正負電極となる。

また、前記ソーラーセル１は、薄い樹脂フィルム上に形成されているため可撓性を有する。

図３は図１の一部を拡大したものであり、各光発電セル２は短辺方向の両側から互い違いに対向した櫛歯型に形成されている。つまり、互いに向き合わせた櫛の一方の歯２ａを他方の櫛の歯の間２ｂに入れ込むように配置されているため、主に下部に配置された光発電セル２ｃでも、櫛の歯に相当する部分は上部まで領域が広がっており、逆に上部の光発電セル２ｄは歯に相当する部分が下部にまで広がっている。よって、上部と下部の光発電セルの発電効率差異を無くすことができる。

また、図３を使ってソーラーセル１の各々の光発電セル２と取り出し電極３ａ、３ｂとの電気的な接続構造について説明すると、取り出し電極３ａと光発電セル２ｃの正極（図示せず）とはカーボン配線５ａにより接続し、さらに光発電セル２ｃの負極（図示せず）と上部に隣接する光発電セル２ｄの正極はカーボン配線５ｂにより接続する。また、光発電セル２ｄの図示しない負極と長辺方向８に隣接する光発電セル２ｇの図示しない正極をカーボン配線５ｃにより接続する。さらに、２ｃと２ｄ、２ｃと３ａの間の接続と同様に、２ｇと下部に隣接する光発電セル２ｈ、２ｈと３ｂの間も接続を行う。この接続により、一方の取り出し電極３ａから全ての光発電セル２を経由して他方の取り出し電極３ｂまで電気的に直列に接続するものである。この接続方法は全ての実施形態のソーラーセルについて共通している。

尚、ソーラーセル１は、従来のレーザパターニングとスクリーンを使った手法では、絶縁のために光発電セル２同士の間隙、即ち絶縁領域２ｆの幅が少なくとも４００μｍ程度必要であった。光発電セル２同士の間を複雑な形状にしてしまうと、絶縁領域２ｆに大きな面積を取られてしまい、光発電セル２自体の面積が小さくなり、発電量が確保できなくなってしまうが、本発明ではフォトリソ加工を用いてソーラーセル１を形成しているため、絶縁領域２ｆの幅は５０μｍ程度で済み、絶縁領域の形状が複雑になっても、必要な発電領域の面積を確保する事ができる。

次に本発明によるソーラーセルを使った時計構造について説明する。

図２はソーラーセル付き電子時計の断面図であり、時計ムーブメント１０には時計指針１７ａ、１７ｂ、１７ｃを運針駆動する図示しない指針駆動輪列、回路基板、発電した電力を貯めておく二次電池等が内蔵されている。

１２は時計ムーブメント１０の外周部にリング状に設けたソーラー支持リング部である。前記ソーラー支持リング部１２は、前記時計ムーブメント１０を構成する部品の一つであり、図示されていない部分で該時計ムーブメント１０と一体化されている。

また、ソーラー支持リング部１２の内壁面１２ａには、可撓性がある前記ソーラーセル１をリング状に丸めて配置しており、ソーラーセル１が広がろうとする力で内壁面１２ａに張り付いているものである。

１５は時計ムーブメント１０に内蔵されている駆動回路とソーラーセル１とを電気的に接続する接続バネであり、前記ソーラーセル１の取り出し電極３ａ、３ｂと独立して接触するために２本配置している。

１３はソーラーセル１を覆うように該ソーラーセル１の内側に配置した見返しリングであり、光透過性を有する材質で作られている。

１１は文字板であり、文字板の下にソーラーセルを配置する構造のソーラーセル付き電子時計に用いられる光透過性の文字板である必要はなく、１次電池を使った電子時計や機械式時計に用いられる金属製の文字板でよい。

次に本発明によるソーラーセルを使った時計における発電動作について説明する。

図２において、矢印Ａのような光が入ると、風防ガラス１６を透過した光は、文字板１１の表面１１ａで反射され、再び風防ガラス１６の下面１６ａでその一部が反射し見返しリング１３に入る。見返しリング１３に入光すると、該見返しリング１３を通過し、光はソーラーセル１の光発電セル２に入射することによって光の量に応じた電流と電圧を発生する。

ここで、１つの光発電セル２が発電する電圧は、凡そ０．６Ｖ前後であり、定格電圧が１．５Ｖ程度の２次電池を使用する場合、図２に示した光発電セルを４段直列に接続したソーラーセルを使用することによって、昇圧回路を経由することなく、直接二次電池に充電できる電圧を確保できることができる。

第２の実施形態として、図５に示すように光発電セル２を長辺方向に分割せずに使用することも可能である。しかし、発電電圧が小さいため、一般的な時計駆動用の電圧を確保するためには昇圧回路を必要とする。

また、第３の実施形態として、例えば、多機能で消費電力の大きい時計ムーブメントでは、３Ｖで駆動するように設計されることがある。この場合には、図６のように、光発電セル２を長辺方向８に３等分割し、６段直列接続することで、所定の電圧を確保できる。同様にして、時計ムーブメントの種別の所要電圧に合わせて光発電セル２を長辺方向８に等分割することにより、昇圧回路は不要となる。

ところで、例えば光発電セル２を長辺方向８に３等分割し、上部、下部の各３段をそれぞれ直列に接続した上で、上部、下部を取り出し電極３ａ、３ｂの間に並列に接続した場合、定格電圧が１．５Ｖの２次電池を使用する時計ムーブメントに対して、昇圧回路を必要としないが、携帯して使用する際には袖の影響を受けて各光発電セル２間で出力の差異が
生じ、安定した発電を望めない。

次に第４の実施形態として、図４により、本発明の光発電セルを長辺方向に２等分割したソーラーセルを使った時計を携帯した際の袖の影響について説明する。

まず、ソーラーセル１を時計ケース１４に組み込む際の時計ケース１４に対するソーラーセル１の相対位置は、発電領域２０を長辺方向８に２等分割する境界線２ｅを時計ケース１４の３時方向、あるいは９時方向にして組み込むものである。つまり、各光発電セル２は３時方向から１２時方向を通り９時方向までの範囲か、或いは、３時方向から６時方向を通り９時方向までの範囲に配置されることになる。

前述のように時計ケース１４に対してソーラーセル１を組み込むことによって、図４に示すように、時計４０を腕５０に装着して着衣５１により部分的に遮光されても、各光発電セルにはほぼ均等な面積に光が当たり、各光発電セル間の発電電圧差が小さく抑えられ効率的な発電が可能となる。

１ ソーラーセル
２ 光発電セル
２ｅ境界線
２ｆ絶縁領域
３ａ、３ｂ取り出し電極
１０時計ムーブメント
１１文字板
１２ソーラー支持リング部
１３見返しリング
２０発電領域
４０ソーラーセル付き電子時計

Claims (2)

1. 帯状のソーラーセルを有し、
   該ソーラーセルの短辺方向が文字板に対し略垂直となるように配置する
   ソーラーセル付き電子時計において、
   前記ソーラーセルの光発電セルを長辺方向に２つに等分割すると共に、
   該2分割された光発電セルの一方を１２時方向に、他方を６時方向に配置し、
   両分割光発電セルを電気的に接続したことを特徴とするソーラーセル付き電子時計。
2. 前記光発電セルの分割境界線が、文字板の３時方向又は９時方向となるように、
   前記ソーラーセルを配置したことを特徴とする請求項１記載のソーラーセル付き電子時計。

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