JP4559605B2 - 電子機器 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽電池を備え、この太陽電池により発電された電力によって駆動される装置を有する電子機器に関し、特に、細線状の光発電セルを有する透明な太陽電池を利用することによって、デザインの多様化を可能にした電子機器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池を備え、この太陽電池を電源として動作する装置を内蔵した電子機器がよく知られている。
ところで、太陽電池は、光を受けて発電する光発電セルが、通常は暗褐色などの不透明な材質のもので基板全面に形成されているため、ディジタル表示部材やアナログ表示部材の上に太陽電池を設けることは出来なかった。
そのため、ディジタル表示部材やアナログ表示部材を備えた電子機器に太陽電池を装着しようとすると、これら表示部材を避けて装着しなければならず、見栄えが悪くなるばかりか、電子機器のデザイン上の制約を受けることになる。
【０００３】
また、近年では、内部が透けて見えるスケルトンが流行しており、時計においても遊び心から、より透明性の高いものが求められるようになってきている。
しかしながら、太陽電池を利用している従来の時計では、不透明であるという太陽電池の性質上の理由及び太陽電池の有効面積を小さくすると充分な起電力が得られないと言う機能上の理由から、上記したような要求に応えることは困難であった。
【０００４】
この点を解決するために本出願人は特願２０００−７８９２０号で、光発電セルをきわめて細くすることによって透明性を向上させ、かつ、電子機器を作動させるのに十分な起電力を得ることのできる太陽電池を用いることによって、前記電子機器のデザイン選択の自由度を大幅に向上させ、利用者の遊び心を満足することのできる電子機器を提供できるように提案した。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで太陽電池は薄膜のシリコン等を積層して光発電セルを構成しているため、直接光発電セルに数千ボルト（Ｖ）の静電気が印加された場合、内部放電によるピンホールや、縁の焼き付き等の発生で、ショートにより素子が破壊してしまう危険があった。
【０００６】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、光発電セルの表面、或いは近傍に透明電極膜を構成することにより、人体などに発生する静電気等の外的環境から前記電子機器を守る、耐久力のある電子機器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、太陽電池により発電された電力によって駆動される装置を有する電子機器において、前記太陽電池は、セル基板と、このセル基板に複数個設けられた導電部を直列に接続する接続部と、前記太陽電池から電力を取り出すための出力端子と、前記導電部と接続し前記セル基板上に形成された光発電セルを有すると共に、前記セル基板上又はセル基板近傍に透明電極膜を形成し、該透明電極膜を前記装置のアースと接続したことを特徴とするものであり、好ましくは、前記光発電セルは、前記セル基板上に適宜の間隔で複数形成され且つ前記セル基板の周囲に設けられた前記導電部に接続される細線状の光発電セルをであって、前記セル基板は透明基板よりなることを特徴とする。
【０００８】
更に、前記透明電極膜は、前記セル基板の光発電セル形成面と反対側に形成されているものであり、また、前記透明電極膜は、前記セル基板の光発電セル形成面側に形成されていることを特徴とする。或いは前記透明電極膜は、前記光発電セル形成面側の前記セル基板面上に絶縁部材を介して形成されていることを特徴とする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の電子機器に使用される透光形太陽電池の平面図である。
透光形太陽電池１０（以下、太陽電池１０と記載する）は、ガラスやアクリル板等の透明性の高い透明基板１２を基材として形成される。図１に示す太陽電池１０は円形状の透明基板１２を基材としているが、透明基板１２としては、この太陽電池１０を使用する電子機器の表示部材２２（図１中仮想線で示す）の形状に合わせて、円形、楕円形、矩形、多角形及び不定形等、種々の形状のものを用いることが出来る。
【００１０】
透明基板１２の表面には、その周縁に沿って、複数（この実施形態では四つ）の導電部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、が配置される。これら四つの導電部１４ａ〜１４ｄのうち、両端に位置する導電部１４ａ、１４ｄ、には、その端部に、太陽電池１０から電力を取り出すための出力端子１６ａ、１６ｂが形成されている。導電部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄは、この太陽電池１０が使用される電子機器の表示部材２２よりも外側に配置するのが好ましい。
【００１１】
なお、導電部１４ａ〜１４ｄ及び接続部１５は、銅やアルミ等の薄い導電膜を透明基板１２上にエッチングすることによって形成することができるが、銅箔やアルミ箔などの薄い箔を透明基板１２上に貼り付けて形成してもよい。また、銅やアルミに代えて、透明基板１２上に透明な導電材料を塗布して形成しても良い。
【００１２】
また、透明基板１２の表面には、隣り合う導電部１４ａ、１４ｄ、又は導電部１４ｂ、１４ｃのいずれか一方の導電部（例えば１４ａ）から、透明基板１２を横断して、他方の導電部（例えば１４ｄ）まで、直線状の光発電セル１８が並行に複数本形成されている。光発電セル１８は不等間隔で形成してもよいが、この実施形態では、太陽電池１０の透明性をより高くするために、等しい間隔Ｓで形成されている。この間隔Ｓ及び間隔Ｓに対する光発電セル１８の線幅は、光発電セル１８を外観上目立たないようにして太陽電池１０の透明性を高くすることができ、かつ、太陽電池１０によって電子機器を動作させるのに必要な起電力を得ることができるものであるのがよい。例えば、間隔Ｓは約０．１ｍｍ、この間隔Ｓに対する線幅が３％〜３０％、好ましくは５％〜２０％の範囲内であるのがよい。
【００１３】
なお、図１で示す光発電セル１８は、平行な直線に形成されているが、これに限らず、波形、放射状、半円状、梯子状等、種々の形態に形成することが可能である。透明基板１２の形状や電子機器を作動させるのに必要な起電力等を考慮して、最適な光発電セル１８の形成形態を選択するのが好ましい。
【００１４】
光発電セル１８の一端は、光発電セル１８の延長線上にある二つの導電部１４ａ、１４ｄ、又は導電部１４ｂ、１４ｃのいずれか一方に接続される。図１に示すように、導電部１４ａ、１４ｄ又は導電部１４ｂ、１４ｃに接続される光発電セル１８を交互に配置して、各導通部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄに接続される光発電セル１８の総面積が、それぞれ等しくなるようにするのが好ましい。
【００１５】
導電部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄのうち、一つの導電部に接続された光発電セル１８によって発電される電圧が約０．４Ｖ〜０．６Ｖであれば、四つの導電部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄを直列に接続することで、電子機器を駆動させるのに十分な約１．６Ｖ〜２．４Ｖの電圧を得ることができる。
このように、光発電セル１８を接続した導電部を複数設け、これらの導電部を直列に接続することで、電子機器を動作させるのに十分な電力を得ることができる。
【００１６】
光発電セル１８の他端は、その延長線上にある他方の導電部の近傍まで延びている。例えば、一端が導電部１４ｃに接続された光発電セル１８は、透明基板１２を横切り、電子機器の表示部材２２を越えて、導電部１４ｃに向かい合う他方の導電部１４ｂの手前まで伸びている。光発電セル１８の他端と他方の導電部との間のギャップｇは、可能な限り狭いものであることが好ましい。ギャップｇには光発電セル１８が形成されず、透明度の高い部分であるから、このような透明度の高いギャップｇが透明基板１２の周縁に集まることで、太陽電池１０に色ムラができやすくなるからである。
【００１７】
図２は、上記構成の太陽電池１０を、電子機器の一例である腕時計に利用した実施形態にかかわり、この腕時計の平面図である。
この腕時計２０の表示部材２２は、指針と文字盤とを有するアナログ表示部材である。
【００１８】
表示部材２２は、時を表す時針２４、分を表す分針２６及び秒を表す秒針２８とからなる指針と、表示部材２２の周縁に沿って配置された時刻を表示するための文字、模様等からなる目盛り２３を有する文字盤とからなる。
この実施形態では、図1の太陽電池１０が、表裏を反転させて腕時計２０に取り付けられる。すなわち、太陽電池１０は、導電部１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ及び光発電セル１８を形成した表面を下に向けた状態で、腕時計２０に取り付けられる。また、この実施形態の太陽電池１０は、腕時計２０の表示部材２２よりも大きく形成されている。太陽電池１０の導電部１４ａ〜１４ｄは、外装ケース３０の内側に張り出し形成された見切り部３０ａによって、外側から容易に見ることができないように隠されている。
【００１９】
この実施形態の腕時計２０は、太陽電池１０を構成する透明基板１２の裏側に透明電極膜（ＩＴＯ膜）８０が形成され、さらに時刻を表す目盛り２３が刻印又は印刷等されている。したがって、この実施形態では、透明基板１２の裏面と目盛り２３とで、アナログ表示部材の文字盤を形成している。もちろん、目盛り２３は透明基板１２の裏面に限らず、表面に設けるものとしてもよい。また、目盛り２３を光発電セルで形成しても良い。
時針２４、分針２６及び秒針２８を駆動させるムーブメント４２は腕時計２０の中央に配置され、外装ケース３０の内周面から延びる4つのリブ部分１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄによって支持されている。リブ部分１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄは、それぞれ時針２４が１２時、３時、６時及び９時を示す位置に設けられていて、この腕時計２０の表示部材２２の一部を構成している。
【００２０】
なお、ムーブメント４２を腕時計２０の中央で支持することができるのであれば、リブの数は４本に限らず、１本〜３本又は５本以上としても良い。
リブ部分１９ａ、１９ｂ、１９ｃ、１９ｄの間には、腕時計２０の径方向に広がり、かつ、垂直方向に貫通する４つの空間部３２が形成されている。そして、この腕時計２０では、裏蓋としてガラス板等の透明な基板を用いることで、空間部３２を通して、腕時計２０を上側から下側まで（あるいは下側から上側まで）見通すことが可能になる。
【００２１】
この様に構成された腕時計２０の太陽電池１０部分の詳細を図３から図５を参照しながら説明する。
図３は図２におけるＩ−Ｉ断面図、図４は太陽電池１０の部分断面図、図５は導通バネの平面形状を示す平面図である。
図３に示すように、外装ケース３０の上面には、風防ガラス３４、パッキン３５、導通バネ８２、太陽電池１０及び太陽電池保持部材３６が取り付けられる。
太陽電池１０は透明基板１２の風防ガラス３４側に、透明電極膜８０と目盛り２３を構成し、図２に図示しているムーブメント４２や秒針２８側に、光発電セル１８を素子とする太陽電池１０が構成されている。
【００２２】
図４はその太陽電池１０の断面構造を示す断面図である。
太陽電池１０は透明基板１２の１つの面に、透明電極膜８０と目盛り２３を構成し、他方の面に光発電セル１８を素子とする太陽電池１０が構成されている。該透明電極膜８０は、一般的にＴ．Ｃ．Ｏ．（Transparent Conductive Oxideの略）と呼ばれ、その一部にＩＴＯ膜（Indium Tin Oxideの略）が定義されている。ＩＴＯ膜は酸化スズ（ＳｎＯ２）と酸化インジュウム（ＩｎＯ３）の混合品であり、粉末状の微細結晶をバインダーに混練させた液状の物を吹き付け塗装あるいは塗りつけることで生成したり、蒸着法により結晶をイオン化して被覆させる方法で生成する。
【００２３】
生成する厚さは薄膜であり、塗装の場合数ミクロンメーター、蒸着の場合は、およそ１０００〜２０００オングストローム（約０．１〜０．２ミクロンメーター）である。色は無色透明であるが、その厚みにより又透過する光の波長により若干の特性が変化する。本発明で使用している範囲は無色透明で光のスペクトルによる透過率の変化がおよそ一割減少する範囲すなわち１０００〜２０００オングストローム（約０．１〜０．２ミクロンメーター）の範囲内を使用している。又、透明電極膜８０の導電性能を示す導電率は、表面抵抗値で示すと数オームから数キロオームの範囲で使用している。これは太陽電池１０の光発電セル１８の抵抗値と等価あるいはそれ以下の抵抗値が必要なためである。
【００２４】
太陽電池１０の光発電セル１８側は、光発電セル１８全体を被覆するアクリル樹脂等の透明な保護膜８１が形成されており、一部に光発電セル１８を露出させた部分に出力端子１６ａ、１６ｂが形成されており、図３に示す接続部材６０に接して太陽電池１０の出力を取り出す構成となっている。
【００２５】
さらに、図３の太陽電池１０の透明電極膜８０側には、透明電極膜８０に接して導通バネ８２が風防ガラス３４側に構成され、パッキン３５を介して、風防ガラス３４により断面固定されている。
導通バネ８２は薄板の金属部材からなり、図示していないが、断面方向に弓形にカールしている為、パッキン３５を介して、風防ガラス３４により断面方向に圧縮されることで太陽電池１０の透明電極膜８０に圧接して導通をとっている。
【００２６】
又導通バネ８２は図５にその平面形状を示すが、円形のリング状の形状を成し、外周に複数の突起状の導通部８２ａを有している。導通バネ８２の複数の導通部８２ａを含む外形は、外装ケース３０の内径に対し大きく構成され、導通バネ８２を外装ケース３０に組み込んだ状態では、導通バネ８２は径方向に圧接されて外装ケース３０との導通をはかり、全体には透明電極膜８０と外装ケース３０との電気的な導通をはかっている。
【００２７】
上記構成による作用としては、腕時計を腕に装着した状態、あるいは装着するために腕時計を持った状態での静電気等の電気的衝撃に対し、太陽電池１０を保護する為である。
人体に帯電する静電気は数千ボルト（Ｖ）に達するといわれているが、携帯中に回路を構成する回路部品や時計機能が一部破壊される現象が発生している。腕時計は腕に装着している場合や、装着するために時計を持つ時に、外装ケース３０や風防ガラス３４を介して静電気が印加される場合がほとんどであり、外装ケース３０から時計のムーブメント４２内や太陽電池１０に入り込んで、素子や回路部品を破壊する危険がある。
【００２８】
特に本発明の太陽電池１０の構成のように、腕時計の表面に露出している風防ガラス３４の近傍に配置された場合、常に静電気による電気衝撃を受ける危険が高く、太陽電池１０も、薄膜のシリコン等を積層して光発電セル１８を構成しているため、直接光発電セル１８に数千Ｖの静電気が印加された場合、内部放電によるピンホール等の発生で素子が破壊してしまう危険があった。
【００２９】
本発明の構成で、腕時計の外装ケース３０、あるいは風防ガラス３４側またはプラでできた裏蓋側から静電気が印加された場合、太陽電池１０の透明基板１２に形成された透明電極膜８０から外装ケース３０と導通している導通バネ８２を介して外装ケース３０に抜ける構成となっている。
つまり外装ケース３０や、風防ガラス３４側またはプラでできた裏蓋側から印加された静電気は、外装ケース３０に導通していない光発電セル１８の一部に気中放電により印加される前に、外装ケース３０に導通している導通バネ８２の接続部８２ａを介して透明電極膜８０に流れ、外装ケース３０へ戻ることで、静電気に対してのバイパス効果により、
太陽電池１０を静電気衝撃から守る作用となっている。
【００３０】
又、前述のように透明電極膜８０の導電性能を示す導電率は、表面抵抗値で示すと数オームから数ｋオームの範囲で使用している。これは太陽電池１０の光発電セル１８の抵抗値より等価あるいはそれ以下の抵抗値となっており、より透明電極膜８０側に静電気を逃がしやすい構成としている。
【００３１】
本発明の実施の形態では、太陽電池１０の透明基板１２の風防ガラス３４側に、透明電極膜８０を構成し、ムーブメント４２側に、光発電セル１８を素子とする太陽電池１０が構成されている、としたが、透明電極膜８０を光発電セル１８側に絶縁部材を介して構成したり、透明基板の側面を含む両面に形成したり、あるいは風防ガラス面に構成しても耐静電気のバイパス作用には影響がない。
【００３２】
又、透明電極膜８０が構成されている透明なフイルム状の基板を、別部材として、太陽電池１０近傍に太陽電池１０の全体を覆う面積に配置したり、あるいはリング状に配置し、外装ケース３０と通電することにより、同等の作用を得ている。
【００３３】
本発明の実施の形態では、光発電セル１８を細線状に構成した透明性の高い太陽電池１０に透明電極膜８０を構成した、としたが、一般に使用されている透明性の無いフィルムベースのソーラーセルやガラス基板の全面に構成されたソーラーセルも、シリコンの薄膜により光発電セルが構成されている例がほとんどであり、当然、人体に帯電する静電気等の印加による電気的衝撃により、その面積によりレベルの差があるが、ピンホール等の発生の危険がある。その静電気から太陽電池を守るため、バイパスとしての導電部材が必要であり、その導電部材に代わって、透明電極膜８０を光発電セルの入光側に構成する事が可能であり、その分デザイン性の広がりを保持する事ができる。
【００３４】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば光発電セルをきわめて細くして表示部材のほぼ全面を横切るように構成することによって透明性を向上させた太陽電池を用いることによって、電子機器、特に時計のデザイン選択の自由度を大幅に向上させることができる。
【００３５】
また、時計の径方向に広がり、かつ、垂直方向に貫通する空間を形成するとともに、時計の裏蓋にも透明なガラスを用いることで、上側から下側までを見通すことのできる斬新なデザインの時計を得ることができ、利用者の遊び心を満足させることが出来るようになり、光発電セルの表面、或いは近傍に透明電極膜を構成し、外装ケースと導通させることにより、人体に発生する静電気等の外的環境から前記電子機器を守る、耐力のある電子機器を提供することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の電子機器に使用される透光形太陽電池の平面図である。
【図２】本発明の太陽電池を、電子機器の一例である腕時計に利用した実施形態にかかり、腕時計の平面図である。
【図３】本発明の実施形態における、図２のＩ−Ｉ断面図である。
【図４】本発明の実施形態における太陽電池の部分断面図である。
【図５】本発明の実施形態における図５は導通バネの平面形状を示す平面図である。
【符号の説明】
１０ 太陽電池
１２ 透明基板
１４ａ〜１４ｄ 導電部
１５ 接続部
１６ａ，１６ｂ 出力端子
１８ 光発電セル
２０ 腕時計
２２ 表示部材
２８ 秒針
３０ 外装ケース
３４ 風防ガラス
３６ 太陽電池保持部材
４２ ムーブメント
６０ 接続部材
８０ 透明電極膜
８１ 保護コート
８２ 導通バネ
８２ａ 接続部

Claims (11)

1. 太陽電池を備え、この太陽電池により発電された電力によって駆動される装置をケースに収納した電子機器において、
   前記太陽電池は、セル基板と、このセル基板に複数個設けられた導電部と、該導電部を直列に接続する接続部と、前記太陽電池から電力を取り出すための出力端子と、前記導電部と各々接続し前記セル基板に形成された光発電セルを有すると共に、前記セル基板面又はセル基板近傍に透明電極膜を形成し、該透明電極膜を前記装置のアースと接続したことを特徴とする電子機器。
2. 前記透明電極膜は、前記セル基板の光発電セル形成面と反対側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記透明電極膜は、前記セル基板の光発電セル形成面側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
4. 前記透明電極膜は、前記光発電セル形成面側の前記光発電セル上に絶縁部材を介して形成されていることを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
5. 前記透明電極膜は、前記セル基板の側面にも形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
6. 前記透明電極膜は透明なフィルム状基板に形成されていて、該フィルム状基板を前記太陽電池の近傍に且つ前記太陽電池の全体を覆う面積で配置したことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の電子機器。
7. 前記透明電極膜は、導通部材を介してケースに電気的に導通させることでアース接続されていることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の電子機器。
8. 前記導通部材は導通バネであって、該導通バネは、薄板の金属部材からなり、突起状の導通部を有し、該導通部が前記ケースの内径に圧接することでアース接続されることを特徴とする請求項７に記載の電子機器。
9. 前記透明電極膜は、透明なＩＴＯの薄膜で形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の電子機器。
10. 前記透明電極膜の表面抵抗値が、前記光発電セルの表面抵抗値以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の電子機器。
11. 前記光発電セルは、前記セル基板上に適宜の間隔で複数形成され且つ前記セル基板の周囲に設けられた前記導電部に接続される細線状の光発電セルであって、前記セル基板は透明基板よりなることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の電子機器。

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