JP6264987B2 - 電子機器 - Google Patents
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Description
しかしながら、ソーラーパネル上の隅々にまで受光部を設けようとすると、形状に対する種々の制約から、部分的に幅の狭い受光部が形成されてしまう。このような幅の狭い受光部では、より幅の広い受光部に比べて内部の電極層の電気抵抗値が高くなるため、受光部全体としては電極層の電気抵抗値が局所的に上昇することとなり、発電能力の低下を招来してしまう。このような発電能力の低下は、より大きな電流が流れる高照度の条件下において、特に顕著に現れる。
複数の受光領域と、当該複数の受光領域よりも狭い幅を有しつつ当該複数の受光領域を連結する連結領域と、を含むソーラーセルを有するソーラーパネルを備え、
前記連結領域には、導電性材料からなる導電性補強材が設けられ、前記複数の受光領域に、電気的に接続されていることを特徴とする。
図1から図3を参照しつつ、本発明に係る電子機器の第1の実施形態について説明する。
なお、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
図1は、本実施形態における時計の分解斜視図である。
図1に示すように、本実施形態の時計100は、文字板1と、円偏波アンテナ4を含むモジュール3と、ソーラーパネル5と、を備えている。
また、時計100は、ソーラーパネル5によって発電された電力が充電され、時計100の電源部を構成する図示しない二次電池を備えている。
これらの文字板1、モジュール3、円偏波アンテナ4、ソーラーパネル5及び二次電池は、図示しないケースに収納されている。
文字板1のほぼ中央部には、指針2が取り付けられる指針軸31を挿通させる貫通孔11が形成されている。
本実施形態の時計100は、後述するようにマイクロ波であるGPS電波を受信する円偏波アンテナ4を備えている。このため、文字板1は、マイクロ波を透過させる非金属材料で形成されていることが好ましく、例えば樹脂やガラス等により形成される。
また、時計100は、光を受光して発電するソーラーパネル5を備えている。このため、文字板1は、透明又は半透明の光透過性を有する材料で形成されている。
なお、文字板1は、例えば透明又は半透明の樹脂やガラス等で形成された基材の表面に、マイクロ波を減衰させず光の透過を妨げない程度の厚みの金属膜を蒸着したり、各種印刷を施したものであってもよい。
本実施形態の時計100に設けられている制御回路は、GPS電波の中に含まれる時刻情報等を用いて時計100内部の時刻を正確な時刻に修正する機能を有している。
指針軸31は、時針用、分針用、秒針用等の複数の回転軸が同一軸上に重ねて配置されたものであり、後述するソーラーパネル5の貫通孔51及び文字板1の貫通孔11に挿通されて、各回転軸にこれと対応する指針2(例えば時針、分針、秒針)が接続されている。
ムーブメントの動作によって指針軸31が回転すると、指針軸31の各回転軸に取り付けられた各種指針2が、指針軸31の軸周りに文字板1の上面をそれぞれ個別に回転するようになっている。
アンテナ嵌装部32は円偏波アンテナ4の外形形状に沿う形状の切欠き部又は凹部である。
なお、アンテナ嵌装部32内に円偏波アンテナ4が嵌装された状態において、モジュール3の上面と円偏波アンテナ4の上面とはほぼ面一となることが好ましい。
GPS電波には、各GPS衛星に搭載されている高精度原子時計による時刻情報と、約6日毎に更新される全衛星の概略精度の天体暦(すなわち、軌道情報)と、約90分毎に更新される衛星自身の天体暦とを含むデータが含まれており、各GPS衛星は、L1(1575.42MHz)又はL2(1227.60MHz)の周波数の電波(マイクロ波)によって、これらの情報を地上に送信している。
時計100は、円偏波アンテナ4により複数のGPS衛星のうちの少なくともいずれか1つからGPS電波を受信して、その中に含まれる時刻情報等を用いて時計100内部の時刻を正確な時刻に修正することができる。
また、GPS電波には、上記のように各GPS衛星の軌道上の位置を示す軌道情報も含まれている。このため、時計100は、複数のGPS衛星からそれぞれ送信されたGPS電波を円偏波アンテナ4によって受信し、その中に含まれる時刻情報及び軌道情報等を用いて測位計算を行うことも可能である。
基台41は、例えばセラミック等の誘電材料により形成されている。
放射電極42は、例えば所定厚さの銀箔、金属板又は金属膜等で構成されている。
放射電極42の大きさ(各辺の長さ等)は、円偏波アンテナ4によって受信すべき電波の周波数等に基づいて最適化されるものであり、本実施形態では、GPS電波の周波数帯において最も高いアンテナ特性を示すように調整されている。
また、円偏波アンテナ4において円偏波特性を有する位置、すなわち、インピーダンス整合が図れる位置には、放射電極42への給電を行う給電点43が設けられている。
なお、放射電極42に給電する方式は特に限定されない。
また、給電点43に対応する位置に、放射電極42に給電する図示しない給電部材(例えば、給電ピンや同軸ケーブル等)が挿通される図示しない貫通孔を円偏波アンテナ4の厚み方向に貫通して形成してもよい。
アンテナ嵌装部32に嵌装された状態において、円偏波アンテナ4は、指針軸31を避けた位置に配置される(図2参照)。なお、円偏波アンテナ4を設ける位置や配置する向きは図示例に限定されない。
本実施形態では、放射電極42はほぼ正方形に形成されており、各辺(周縁部)から広がる放射パターンが円偏波アンテナ4のアンテナ特性(アンテナの電波受信性能)に大きく影響する。
このため、円偏波アンテナ4のアンテナ特性を良好にするためには、放射電極42の各辺からの放射パターンの広がりを阻害しないことが重要である。
本実施形態のソーラーパネル5は、文字板1とモジュール3との間に配置され、文字板1の面方向の面積に対応した面積を有している。
本実施形態の文字板1は、前述のように光透過性を有する材料で形成されており、ソーラーパネル5の面積を文字板1の面方向の面積に対応させることで、ソーラーパネル5の受光面積を最大限広く確保することができる。
なお、ソーラーパネル5の形状等は特に限定されない。ソーラーパネル5は、文字板1の面方向の面積にほぼ対応した面積を有し、文字板1とほぼ重なり合うものであればよく、その面積や形状が文字板1の面積や形状と一致していなくてもよい。
図1及び図2に示すように、ソーラーパネル5のほぼ中央部には、指針軸31を挿通させる貫通孔51が設けられている。
本実施形態において、ソーラーパネル5は、受光部である複数のソーラーセル50(本実施形態では、7つのソーラーセル50a〜50g)を有している。これら複数のソーラーセル50は、円偏波アンテナ4の放射電極42の上方に配置される受光面(受光・発電が可能な面)を有するソーラーセル50(本実施形態では、ソーラーセル50c,50e)を含んでいる。
ソーラーセル50c,50eは、円偏波アンテナ4の放射電極42の上方に配置される第一受光領域501と、放射電極42の上方から外れた位置に配置される第二受光領域502と、これら第一受光領域501及び第二受光領域502を連結する連結領域503とをそれぞれ有している。
なお、以下の説明では、ソーラーパネル5上の第一受光領域501,第二受光領域502及び連結領域503のうち、ソーラーセル50cのものにはその符号に添字「c」を付し、ソーラーセル50eのものにはその符号に添字「e」を付して、それぞれを識別することとする。
このため、本実施形態では、放射電極42の上方に配置される受光面を有するソーラーセル50については、放射電極42の端部を覆わないように、その受光面が放射電極42と重なり合うか、これよりも小さく形成した第一受光領域501を有するものとしている。そして、当該第一受光領域501と、放射電極42の上方から外れた位置に配置される第二受光領域502とを、放射電極42の端部を跨ぐ連結領域503によって一繋がりの受光部として連結させることにより、当該第一受光領域501が受光部として有効に機能するようにしている。
ここで、連結領域503は、放射電極42の各辺の中点部分を避けた位置(例えば放射電極42の角部分)であって、円偏波アンテナ4の給電点43からできるだけ離間した位置に設けられている。また、連結領域503は、第一受光領域501及び第二受光領域502よりも狭い幅Wを有する狭窄部となっている。この連結領域503の幅Wは、後述するようにソーラーパネル5の発電能力にも影響するものであり、文字板1の光透過率と、当該連結領域503を有するソーラーセル50の総面積とに基づく所定の値以下となっている。この「所定の値」とは、後述する導電性補強材Rを連結領域503に設けない場合に、ソーラーパネル5の発電時において、連結領域503での通電量の制限が生じる当該連結領域503の幅である。このように連結領域503を狭窄部とすることにより、放射電極42の端部からの放射パターンの広がりが阻害されるのを最小限度に止めることができる。
なお、連結領域503は、放射電極42の端部を跨ぐ部分が狭窄部となっていればよく、つまり、放射電極42の端部に跨設された狭窄部を含むものであればその形状は特に限定されない。
金属電極54は、例えばステンレスやアルミニウム導体等の金属材料を含んで形成されている。なお、金属電極54を形成する材料はこれに限定されない。
半導体層55は、例えばアモルファスシリコン(a-Si:H)等で形成されている。半導体層55としては、例えばp型半導体とn型半導体とが接合されたpn接合型の半導体が用いられる。
金属電極54や半導体層55は、例えば、樹脂基板53の上に蒸着等の手法により積層形成される。なお、樹脂基板53上に金属電極54や半導体層55を設ける手法はこれに限定されない。
また、透明電極56は、例えば、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化スズ等をガラス等の基板上に結晶化させることで形成されている。なお、透明電極56を形成する材料や形成手法はこれに限定されない。
金属電極54、半導体層55及び透明電極56を除去する手法は特に限定されず、例えばレーザーによる加工処理等が用いられる。
本実施形態の電極除去部57は、放射電極42の外形形状に沿うとともに放射電極42の端部に対応する位置(すなわち、放射電極42の外形を画する各辺)を挟んで、端部よりも内側に1mm程度、端部よりも外側に2mm程度の幅で設けられている。
なお、電極除去部57の幅や形状等は、ここに例示したものに限定されず、適宜設定される。
円偏波アンテナ4のアンテナ特性を維持する観点からは、放射電極42の端部からの放射パターンの広がりに影響を与える範囲すべてに電極除去部57が設けられることが好ましいが、電極除去部57を広く形成しすぎるとソーラーパネル5の受光面積が減少して発電効率を損なうこととなる。このため、電極除去部57は、円偏波アンテナ4のアンテナ特性を損なわない範囲で最小限度の幅に設けられることが好ましい。
連結領域503は、前述の通り、第一受光領域501及び第二受光領域502よりも幅の狭い狭窄部となっているため、第一受光領域501や第二受光領域502と同様の構造のままでは、透明電極56の電気抵抗値が第一受光領域501や第二受光領域502のものよりも高くなってしまう。そして、このように局所的に電気抵抗値の大きい部分があると、ソーラーパネル5の発電能力が低下してしまう。
そこで、本実施形態では、連結領域503の透明電極56上に導電性補強材Rを設けることで、連結領域503における透明電極56の電気抵抗値を低下させて、当該連結領域503で通電量が制限されないようにすることにより、ソーラーパネル5の発電能力の低下を抑制している。なお、金属電極54は、透明電極56と異なり、アルミニウム導体等の高い電気伝導率を有する材料で形成されているため、その電気伝導率を補う必要性はさほど高くない。
なお、導電性補強材Rは、高い電気伝導率を有する導電性材料(例えば銀など)であれば特に限定はされないが、透明電極56と同様に透明である(光透過性を有する)ことがより好ましい。但し、導電性補強材Rが不透明なものであっても、受光面積の小さい連結領域503での僅かな発電量が失われるだけであるため、さほど問題はない。
ソーラーセル50a〜50gは直列接続されており、1つのソーラーパネルとして機能するようになっている。
具体的には、ソーラーセル50aは接続部52aにおいて隣接するソーラーセル50bと電気的に接続され、ソーラーセル50bは接続部52bにおいて隣接するソーラーセル50cと電気的に接続されている。同様にして、ソーラーセル50c〜50fは、接続部52c〜52fにおいて隣接するソーラーセル50d〜50gと電気的に接続されている。
なお、例えばソーラーセル50a側の接続部52gとソーラーセル50g側の接続部52gとはそれぞれ独立しており、各接続部52g,52gにはそれぞれ図示しないコネクタ(接続部材)が接続される。そして、このコネクタが図示しない回路基板上の+電極・−電極にそれぞれ接続されることにより、ソーラーパネル5が回路基板と電気的に接続される。また、回路基板と接続される接続部は接続部52g,52gに限定されず、いずれかの接続部がこのような構成を有していればよい。
なお、接続部52a〜52gの位置や形状は図示例に限定されない。
そして、ソーラーパネル5には、文字板1の日付表示窓12に対応する位置に、日付表示用の開口部511が形成されている。
本実施形態では、この日付表示用の開口部511を、ソーラーパネル5のうち発電に利用することができない電極除去部57に設けている。
これにより、ソーラーパネル5における発電量に影響を与えずに日付表示用の開口部511を設けることができる。
本実施形態における時計100を組み立てる際は、まず複数のソーラーセル50に分割されたソーラーパネル5を形成する。それから、ソーラーパネル5のうち、放射電極42の上方に配置される第一受光領域501c,501eの周囲(連結領域503c,503eを除く部分)の金属電極54、半導体層55及び透明電極56を除去して電極除去部57を形成する。また、連結領域503の透明電極56上に導電性補強材Rを積層する。
そして、各ソーラーセル50a〜50gの受光面を各接続部52a〜52gにおいて直列接続するとともに、いずれかの接続部52a〜52g(例えばソーラーセル50a側に設けられた接続部52gとソーラーセル50g側に設けられた接続部52g)にそれぞれ図示しないコネクタ(接続部材)を接続し、このコネクタを図示しない回路基板上の+電極・−電極にそれぞれ接続する。これにより、ソーラーパネル5が回路基板と電気的に接続され、ソーラーパネル5において発電された電力が二次電池に充電可能な状態となる。
さらに、モジュール3側からソーラーパネル5及び文字板1を貫通して文字板1の上面に突出している指針軸31に指針2を取り付けた後、ケース上面(視認側)であって文字板1の上に透明なガラス等で形成された図示しない風防部材を装着する。これにより、時計100の組み立てが完了する。
また、時計100では、風防部材及び文字板1を透過したGPS電波が円偏波アンテナ4に入射する。
前述のように円偏波アンテナ4における放射電極42の端部は、導電性部材(ソーラーセル50の金属電極54、半導体層55及び透明電極56等)によって殆ど覆われない状態となっているため、放射パターンの広がりは阻害されず、円偏波アンテナ4は良好にGPS電波を受信することができる。
円偏波アンテナ4によって受信されたGPS電波は、モジュール3内の図示しない制御回路に送られ、制御回路は、このGPS電波に含まれる時刻情報等を用いて時計100内部の時刻を正確な時刻に修正する。
このため、連結領域503の内部における電極(透明電極56)の電気抵抗値を低く抑えつつ、当該連結領域503を介した第一受光領域501と第二受光領域502とを一繋ぎのソーラーセル50として有効に機能させることができる。したがって、ソーラーパネル5の発電能力を低下させることなく、その受光部を広く確保することができる。
また、本実施形態では、連結領域503において、導電性補強材Rが透明電極56上に積層されている。
つまり、連結領域503の透明電極56上に導電性補強材Rを積層させるだけの簡便な構成によって、ソーラーパネル5の発電能力を低下させることなく、その受光部を広く確保することができる。
これにより、円偏波アンテナ4の放射電極42の端部は連結領域503によって僅かに覆われただけの状態となるため、円偏波アンテナ4のアンテナ特性は殆ど劣化せず、時刻情報等を含むGPS電波を良好に受信することができる。
例えば、図5に示すように、連結領域503において、透明電極56に代えて導電性補強材Rが設けられることとしてもよい。この場合、導電性補強材Rは、透明電極56よりも電気伝導率が高い導電性材料からなるものであるのは勿論である。
このように構成すれば、連結領域503において、透明電極56に加えて金属電極54の電気抵抗値も低く抑えることができる。金属電極54については、前述の通り、そもそも高い電気伝導率を有する材料で形成されているため、その電気伝導率を補う必要性はさほど高くないものの、その電気抵抗値を低く抑えておくことにより、例えば連結領域503が非常に狭い幅Wに形成された場合などにも問題なく対応できる。
次に、図7を参照しつつ、本発明に係る電子機器の第2の実施形態について説明する。なお、本実施形態は、主にソーラーパネルの構成が第1の実施形態と異なるものであるため、以下においては、特に第1の実施形態と異なる点について説明し、第1の実施形態と同一の構成のものには同一の符号を付してその説明を省略する。
図7は、本実施形態におけるソーラーパネルの平面図である。
図7に示すように、本実施形態のソーラーパネル6は、モジュールに設けられた液晶画面を露出させるための複数の液晶画面窓61(本実施形態では、液晶画面窓611〜613)を有している。
具体的には、ソーラーセル60a,60c,60d及び60fは、2つの受光領域601と、これら2つの受光領域601を連結する連結領域603とをそれぞれ有している。このうち、連結領域603は、液晶画面窓61とソーラーパネル5の周縁部との間の狭窄部を含んでおり、2つの受光領域601のいずれよりも狭い幅を有している。
また、本実施形態では、ソーラーパネル6のうち、2つの受光領域601を連結する連結領域603に、第1の実施形態における連結領域503と同様に、高い電気伝導率を有する導電性材料からなる導電性補強材が設けられ、2つの受光領域601に電気的に接続されている。これにより、連結領域603における透明電極の電気抵抗値を低下させ、ソーラーパネル6の発電能力の低下を抑制している。
すなわち、ソーラーパネル6のうち、2つの受光領域601を連結するとともに当該2つの受光領域601よりも狭い幅を有する連結領域603に、導電性材料からなる導電性補強材Rが設けられ、2つの受光領域601に電気的に接続されているので、連結領域603の内部における電極(透明電極)の電気抵抗値を低く抑えつつ、当該連結領域603を介した2つの受光領域601を一繋ぎのソーラーセル60として有効に機能させることができる。したがって、ソーラーパネル5の発電能力を低下させることなく、その受光部を広く確保することができる。
また、本実施形態においては、これらの効果を得つつ、液晶画面窓61を大きく形成することができ、ひいては機能性や視認性において優れた時計を実現することができる。
本発明に係る電子機器は、ソーラーパネルにより発電を行い、発電された電力を駆動源として動作するものであればよく、例えば、歩数計、心拍計や脈拍計等の生体情報表示装置、移動距離や移動ペース情報、高度情報や気圧情報等の各種の情報を表示させる表示装置等であってもよい。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
〔付記〕
<請求項1>
複数の受光領域と、当該複数の受光領域よりも狭い幅を有しつつ当該複数の受光領域を連結する連結領域と、を含むソーラーセルを有するソーラーパネルを備え、
前記連結領域には、導電性材料からなる導電性補強材が設けられ、前記複数の受光領域に、電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。
<請求項2>
前記ソーラーパネルの上に配置され、光透過性を有する文字板を備え、
前記連結領域は、前記文字板の光透過率と、前記ソーラーセルの受光面の総面積とに基づく所定の幅以下の狭窄部を含むことを特徴とする請求項1に記載の電子機器。
<請求項3>
前記ソーラーセルは、金属電極、半導体層及び透明電極がこの順に積層されて構成され、
前記連結領域には、前記導電性補強材が前記透明電極上に積層され、前記複数の受光領域の透明電極に、電気的に接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子機器。
<請求項4>
前記ソーラーセルは、金属電極、半導体層及び透明電極がこの順に積層されて構成され、
前記連結領域には、前記金属電極及び前記透明電極に代えて前記導電性補強材がそれぞれ設けられ、前記複数の受光領域の金属電極又は透明電極に、それぞれ電気的に接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子機器。
<請求項5>
前記連結領域には、前記半導体層に代えて絶縁層が設けられていることを特徴とする請求項4に記載の電子機器。
<請求項6>
前記ソーラーパネルの下に配置され、放射電極を有する円偏波アンテナを含むモジュールを備え、
前記複数の受光領域は、前記円偏波アンテナの前記放射電極の上方に配置されるものと、当該放射電極の上方から外れた位置に配置されるものを含み、
前記連結領域は、前記円偏波アンテナの前記放射電極の端部の上方に跨設されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電子機器。
4 円偏波アンテナ
5,6 ソーラーパネル
50,60 ソーラーセル
54 金属電極
55 半導体層
56 透明電極
100 時計
501 第一受光領域
502 第二受光領域
503 連結領域
R 導電性補強材
S 絶縁層
W 幅(連結領域の幅)
Claims (6)
- 複数の受光領域と、当該複数の受光領域よりも狭い幅を有しつつ当該複数の受光領域を連結する連結領域と、を含むソーラーセルを有するソーラーパネルを備え、
前記連結領域には、導電性材料からなる導電性補強材が設けられ、前記複数の受光領域に、電気的に接続されていることを特徴とする電子機器。 - 前記ソーラーパネルの上に配置され、光透過性を有する文字板を備え、
前記連結領域は、前記文字板の光透過率と、前記ソーラーセルの受光面の総面積とに基づく所定の幅以下の狭窄部を含むことを特徴とする請求項1に記載の電子機器。 - 前記ソーラーセルは、金属電極、半導体層及び透明電極がこの順に積層されて構成され、
前記連結領域には、前記導電性補強材が前記透明電極上に積層され、前記複数の受光領域の透明電極に、電気的に接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子機器。 - 前記ソーラーセルは、金属電極、半導体層及び透明電極がこの順に積層されて構成され、
前記連結領域には、前記金属電極及び前記透明電極に代えて前記導電性補強材がそれぞれ設けられ、前記複数の受光領域の金属電極又は透明電極に、それぞれ電気的に接続されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の電子機器。 - 前記連結領域には、前記半導体層に代えて絶縁層が設けられていることを特徴とする請求項4に記載の電子機器。
- 前記ソーラーパネルの下に配置され、放射電極を有する円偏波アンテナを含むモジュールを備え、
前記複数の受光領域は、前記円偏波アンテナの前記放射電極の上方に配置されるものと、当該放射電極の上方から外れた位置に配置されるものを含み、
前記連結領域は、前記円偏波アンテナの前記放射電極の端部の上方に跨設されていることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の電子機器。
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