WO2004066042A1 - ソーラーセル付き電子時計 - Google Patents

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WO2004066042A1
WO2004066042A1 PCT/JP2003/015919 JP0315919W WO2004066042A1 WO 2004066042 A1 WO2004066042 A1 WO 2004066042A1 JP 0315919 W JP0315919 W JP 0315919W WO 2004066042 A1 WO2004066042 A1 WO 2004066042A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
solar cell
dial
watch
electronic timepiece
timepiece
Prior art date
Application number
PCT/JP2003/015919
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Takashi Osa
Tomomi Murakami
Hitoshi Fujita
Original Assignee
Citizen Watch Co., Ltd.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Citizen Watch Co., Ltd. filed Critical Citizen Watch Co., Ltd.
Priority to JP2004567153A priority Critical patent/JP4598535B2/ja
Priority to US10/541,725 priority patent/US7400556B2/en
Priority to CN2003801089366A priority patent/CN1739070B/zh
Priority to EP03778855A priority patent/EP1586963A4/en
Publication of WO2004066042A1 publication Critical patent/WO2004066042A1/ja
Priority to HK06104426.0A priority patent/HK1083372A1/xx

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G04—HOROLOGY
    • G04C—ELECTROMECHANICAL CLOCKS OR WATCHES
    • G04C10/00—Arrangements of electric power supplies in time pieces
    • G04C10/02—Arrangements of electric power supplies in time pieces the power supply being a radioactive or photovoltaic source

Definitions

  • the present invention relates to a timepiece having a solar power generation system that generates light using light, and a charging system that charges power generated by the solar power generation system, wherein an electronic timepiece with a solar cell is disposed in a return portion.
  • the dial since the surface of the solar cell is dark brown, it is necessary to place the dial on the solar cell to hide the color of the surface.
  • the dial had to have some light-transmitting properties, that is, light transmittance. For this reason, even if the color of the dial is set to white, the dial will have a grey-colored dial such as frosted glass, and there will be restrictions on the design because a beautiful white color cannot be obtained.
  • FIGS. 17 to 20 are embodiments described in Patent Document 1.
  • FIGS. 17 and 18 show the first embodiment.
  • FIGS. 19 and 20 show the second embodiment. An example is shown.
  • the solar cell block 1 2 1 shown in Fig. 18 is a flexible printed circuit board 1 2 2
  • a plurality of photovoltaic cells 1 2 3 are mounted on top, and these photovoltaic cells 1 2 3 are connected by an electrode pattern, and a spacer 1 2 4 for filling the gap between the photovoltaic cells 1 2 3 is further provided.
  • the solar cell block 122 is bonded to the support ring 125 via a flexible printed circuit board.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of a wristwatch showing a state in which the solar cell block 122 shown in FIG. 19 is assembled in a watch case 127.
  • the surface of the solar cell 1 2 3 stands upright with respect to the dial 1 26 and faces the clock center.
  • This solar cell block 122 has a structure attached to a support ring 125.
  • the solar cell block 13 1 shown in FIG. 21 has a structure in which solar cells 13 3 made of amorphous silicon are formed on a thin stainless steel plate 13 2 provided with an insulating film.
  • the plurality of solar cells 133 are connected to the positive and negative electrodes 134a and 134b arranged at both ends of the stainless steel thin plate 132 by a wiring pattern 135.
  • FIG. 20 is a cross-sectional view of a wristwatch showing a state where the solar cell block 13 1 shown in FIG. 21 is incorporated in a watch case 13 36.
  • the structure is such that the solar cell blocks 13 1 are arranged upright and facing the center of the clock.
  • FIG. 22 and FIG. 23 show drawings of the first embodiment described in Patent Document 2.
  • FIG. 22 and FIG. 23 show drawings of the first embodiment described in Patent Document 2.
  • FIG. 22 is a plan view of an elongated strip-shaped solar cell 141 formed on a flexible substrate 140, and positive and negative electrodes 144 a and 1 at both ends of the solar cell 144.
  • 4 7b is a rooster.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view showing a state where the solar cell 14 1 is incorporated in a watch case 14 6.
  • the solar cell 14 1 in FIG. 23 is a cross-sectional view taken along the line D—D in FIG. 22, and the positive and negative electrodes 14 7 a (1 4 7 b) of the solar cell 14 1 are connected to the connection spring 1. The part in contact with 48 is shown.
  • the solar cell 14 1 is a ring-shaped bank portion 14 that is higher than the arrangement surface 14 2 a of the dial 14 of the clock movement 14 2 and along the outer peripheral portion of the clock movement 14 2. 4 are arranged on the inner peripheral surface 144a.
  • This solar cell 1441 has a light transmissive dial ring 144 arranged inside and built into a watch case 144.
  • a plurality of solar battery cells 123 are arranged in a circumferential shape, and are electrically connected in series. Have a length. For this reason, if the same solar battery block 121 as in this embodiment is incorporated in a watch with a small parting diameter, the solar cells 123 overlap with each other to prevent the solar cells 123 from being exposed to light. come. However, the photovoltaic block 122 has a problem in that the required power cannot be obtained because the output power of the photovoltaic cells 123 that is not exposed to light defines the entire output power.
  • parting diameter refers to the diameter (crossover) of the shape in the plane direction in the space where the hour, minute, and second hands are placed between the dial and the windshield, and in the case of a watch with a facing ring, , Refers to the inside diameter of the dial.
  • the present invention provides an electronic timepiece with a solar cell in which the solar cell is arranged substantially perpendicular to the dial, and an electronic timepiece with a solar cell having a structure capable of using a common solar cell and a common watch movement irrespective of the cut-off diameter size.
  • the purpose is to provide watches. Disclosure of the invention
  • the present invention provides a watch movement, a watch case for storing the watch movement, a middle frame for storing and holding the watch movement in the watch case, a solar cell, and a dial,
  • a solar cell for storing the watch movement
  • a middle frame for storing and holding the watch movement in the watch case
  • a solar cell for storing and holding the watch movement in the watch case
  • a solar cell for storing and holding the watch movement in the watch case
  • a solar cell and a dial
  • the solar cell is arranged in a solar cell positioning portion provided in the middle frame.
  • the solar cell does not have to be arranged in the watch movement, so that even if the size of the parting diameter changes, only the change of the inner frame, which is an exterior part, can be performed, and the watch movement can be commonly used.
  • the solar cell is an elongated strip-shaped solar cell formed on a flexible substrate.
  • the solar cell is made into a long and narrow band shape, it can be rounded into a ring shape according to the size of the middle frame when the solar cell is assembled in the middle frame, so it is common even if the watch diameter changes.
  • solar cells can be used.
  • the positive and negative electrodes of the solar cell are arranged at the same side end of the solar cell.
  • the relative position of the positive and negative electrodes will change if the watch diameter is different.
  • the relative position between the positive and negative electrodes does not change even if the parting diameter size changes. Therefore, there is no need to change the connection structure between the positive and negative electrodes of the solar cell and the watch element, and a common watch element can be used regardless of whether the watch is for men or women.
  • the present invention has a configuration in which an extraction electrode for extracting generated power of the solar cell and the solar cell are separately manufactured and joined.
  • the shapes of the bow I extraction electrode and the solar cell can be simplified to facilitate manufacture, and the processing cost can be reduced.
  • the solar cell can be used in common simply by changing the length (or shape) of the extraction electrode.
  • the present invention provides the dial, wherein the dial has a plurality of sides forming a main outer peripheral shape, and a corner for connecting intersections of the plurality of sides.
  • the dial has a plurality of photovoltaic units arranged along the plurality of sides of the dial and substantially perpendicular to the dial, and the plurality of photovoltaic units are electrically connected in parallel, respectively. There is a configuration.
  • an electronic timepiece with solar cells can be configured by preparing only one band-shaped solar cell having a plurality of photovoltaic units, compared to a case where a plurality of band-shaped solar cells are independently arranged. The structure is simple, and cost can be reduced.
  • the photovoltaic power generation unit may be configured by arranging a plurality of amorphous silicon layers in the width direction of the substrate and electrically connecting them in series.
  • the outer peripheral shape of the dial formed by the plurality of sides and the corners is rectangular or barrel-shaped.
  • the present invention can be applied to a dial having a rectangular or barrel-shaped outer peripheral shape, thereby enriching the design variation of the electronic timepiece with solar cells.
  • FIG. 1 is a plan view of a completed solar cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view of a zora cell according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a plan view of an extraction electrode according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a perspective view showing a state in which the completed solar cell according to the embodiment of the present invention has been incorporated into a middle frame of a male watch having a large diameter.
  • FIG. 5 is a perspective view showing a state in which the completed solar cell according to the embodiment of the present invention has been incorporated in a middle frame of a female watch having a small diameter.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of a main part of an electronic timepiece with a solar cell for a man showing an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view showing a state in which the timepiece movement of the electronic timepiece with solar cells shown in FIG. 6 is fitted in a middle frame.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a main part of an electronic timepiece with a solar cell for women showing an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a graph showing measured acquisition current and light receiving efficiency with respect to the parting diameter of the electronic timepiece with solar cells according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a plan view showing another embodiment of an electronic timepiece with a zora single cell of the present invention, showing a state in which a timepiece movement is incorporated in a middle frame.
  • FIG. 11 is a plan view showing another embodiment of the electronic timepiece with a solar cell of the present invention, showing a state where the timepiece movement is incorporated in a middle frame.
  • FIG. 12 is a plan view of an electronic timepiece with a solar cell showing another embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is a sectional view taken along line AA of FIG.
  • FIG. 14 is a plan view of a solar cell obtained by developing the completed solar cell shown in FIG. 12 into a planar shape.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line BB of the completed solar cell shown in FIG.
  • FIG. 16 is a cross-sectional view of the completed solar cell shown in FIG. 14 taken along line CC.
  • FIG. 17 is a plan view of a completed solar cell showing a state of electrical connection of a plurality of amorphous silicon layers in a completed solar cell of another embodiment.
  • FIG. 18 is a cross-sectional view of a main part of a timepiece with a solar cell showing the first embodiment described in Patent Document 1.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view of a main part of a solar cell block showing a first embodiment described in Patent Document 1.
  • FIG. 20 is a sectional view of a main part of a timepiece with a solar cell showing a second embodiment described in Patent Document 1.
  • FIG. 21 is a plan view of a solar cell block showing a second embodiment described in Patent Document 1.
  • FIG. 22 is a plan view of the solar cell body of the first embodiment described in Patent Document 2.
  • FIG. 23 is a cross-sectional view of the electronic timepiece with a solar cell of the first embodiment described in Patent Document 2.
  • FIG. 1 is a plan view of the completed solar cell 1 and shows a state where the solar cell 2 and the extraction electrode 4 are integrated by thermocompression bonding.
  • FIG. 2 is a plan view of a solar cell.
  • the solar cell 2 is an elongated strip-shaped single cell in which an amorphous silicon layer or the like is formed on a base substrate 3 made of PET film, and is a photovoltaic power generation area that has flexibility and generates electric power by receiving light.
  • Positive and negative electrodes 2b and 2c are arranged side by side at the same side edge of the back side of the photovoltaic region 2a.
  • the external shape of the solar cell 2 is about 96.8 mm long, 2.4 mm wide, and thickness
  • the photovoltaic region 2a is about 92.1 mm in width and 1.6 mm in width.
  • the entire periphery of the photovoltaic power generation area 2a has an edge 2d that does not emit light even when it is about 0.4 m wide, but this forms a large number of solar cells on a large PET film. This is the cutting allowance for cutting and separating the individual sheets into individual zora cells.
  • FIG. 3 is a plan view of the extraction electrode 4.
  • the extraction electrode 4 has positive and negative electrodes 4c and 4d formed on a flexible printed circuit board having a total thickness of about 0.1 mm.
  • the joining surface 4a of the extraction electrode 4 and the solar cell 2 is coated with an anisotropic conductive adhesive, and the position of the positive and negative electrodes 4c and 4d of the solar cell 2 is joined to the extraction electrode 4. After alignment with the electrodes 4e and 4f, they are joined by thermocompression bonding to form a completed zora-cell 1.
  • the extraction electrode 4 is provided with a long hole 4b for adjusting a mounting position. On both sides of the elongated hole 4b, elongated positive and negative output electrode patterns 4c and 4d are provided. By connecting the extraction electrode 4 to a clock circuit board (not shown), the generated power from the completed solar cell 1 is supplied to the clock circuit board.
  • FIG. 4 is a perspective view of the completed solar cell 1 when assembled in a watch case. The complete zora cell 1 is assembled into a watch in a ring shape such that the photovoltaic region 2a faces the center of the watch as shown in FIG.
  • the photovoltaic region 2a cannot be arranged at the positive and negative electrodes 2b and 2c of the solar cell 2. Therefore, the winding method of the completed solar cell 1 does not arrange the positive and negative electrodes 2b and 2c of the solar cell 2 outside the area where the extraction electrode 4 is attached in order to increase the power generation area. It is preferable to wind the wire in a ring shape with the other end 2 e inside. In addition, 1 indicates the overlapping portion of the zora cell 2.
  • Fig. 5 is a perspective view of the completed solar cell 1 showing the wound state of the solar cell 1 when the completed solar cell 1 having the same length as that of Fig. 4 is incorporated in a watch case having a small parting diameter. Since the winding diameter ( ⁇ d) is smaller than that in Fig. 4, the overlapping part 1 of the solar cell is wider.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of an electronic timepiece with a solar cell according to an embodiment of the present invention, showing a main part cross-sectional view in the case of a male timepiece with a cut-off diameter of ⁇ 28 mm.
  • the watch movement 5 is fitted into a donut-shaped middle frame 9, and after attaching the dial 7, hour, minute and second hands 8, a light-transmitting dial ring 10 is placed on the dial outer peripheral edge 7 a, and the watch case is Incorporate in 6.
  • the completed solar cell 1 is installed in the middle frame 9 in advance.
  • the middle frame 9 is used to store and hold the watch movement 5 in the watch case 6 when incorporating the watch movement 5 into the watch case 6, and to absorb shock from the outside of the watch. It is an exterior part, and several types are manufactured according to each watch case 6.
  • the middle frame 9 has a ring-shaped stepped portion 9a, which is a positioning portion of the solar cell 1, formed therein.
  • the completed solar cell 1 is rolled into the ring-shaped step portion 9a, and the completed solar cell 1 obtained by rolling the ring-shaped completed solar cell 1 on the inner peripheral surface 9b of the step portion 9a tends to spread. , Or attached by bonding or the like.
  • the extraction electrode 4 of the completed solar cell 1 is put out to the back side 16 through the hole 9 provided in the middle frame 9, and the length of the extraction electrode 4 is passed through the insulating sheet 13 and the holding plate 14. Pass the screw 1 2 through the hole 4 b and fix it to the positioning tube 15.
  • the position of the positioning tube 15 arranged in the middle frame 9 is shown as being set to 10.45 mm from the center of the clock. As a result, electrical connection between the completed solar cell 1 and the circuit board 11 is established.
  • FIG. 7 is a plan view of an electronic timepiece with a solar cell, showing a state in which a timepiece movement 5 is housed in a donut-shaped middle frame 9 in which the completed solar cell 1 is incorporated.
  • FIG. 7 shows a state in which the extraction electrode 4 protruding from the hole 9c of the middle frame 9 is fixed to a circuit board (not shown) by the screw 12 via the holding plate 14 or the like.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of an electronic timepiece with a solar cell, showing a main part cross-sectional view in the case of a female watch having a cut-off diameter of ⁇ 24 mm.
  • the parting diameter is smaller than that shown in FIG. 6, the completed solar cell 1 and watch movement 5 are the same as those shown in FIG.
  • the position of the positioning tube 15 for fixing the extraction electrode 4 of the completed solar cell 1 arranged in the middle frame 9 w is 10.45 mm from the center of the clock, as shown in FIG. It is the same as a male watch with a diameter of 28 mm.
  • the middle frame 9 w that holds the watch movement 5 on the watch case 6 w fits in the radial direction according to the watch case size. Is smaller than the parts in Fig. 6.
  • the completed solar cell 1 used for this women's watch is the same as the men's watch, but the length of the overlapping part 1 of the completed solar cell 1 as shown in Fig. 5 is reduced due to the reduced parting diameter. By increasing the size, the same completed solar cell 1 can be used in common.
  • the distance L between the completed solar cell 1 and the positioning tube 15 is smaller in the female watch than in the male watch, but the hole 4b for fixing the extraction electrode 4 is elongated, and Since the elongated positive and negative output electrode patterns 4c and 4d connected to the positive and negative output electrodes of the solar cell 2 are formed on both sides of the elongated hole 4b, the complete solar cell 1 and the positioning tube 1 are formed. Even if the distance L to 5 changes, the same extraction electrode 4 can be commonly used within a certain range.
  • the solar cell 2 and the bow I extraction electrode 4 can be used in common for both men's and women's watches, and as a result, the completed solar cell 1 can be used in common. It is possible.
  • the dial ring 10 is made by injection molding with a light-transmitting and colorless and transparent polycarbonate resin, and has a glossy surface.
  • Light is incident on the completed solar cell 1 when the light 20 transmitted through the windshield 19 directly passes through the light-transmitting return ring 10 and when the light 20 transmitted through the windshield 19 is the dial. In some cases, the light is reflected at 7 or further reflected at the lower surface of the windshield 19 and passes through the light-transmitting dial ring 10. In this way, light G is incident on the completed solar cell 1 to generate power.
  • the electric power generated by the completed solar cell 1 is mounted on a circuit board 11 in the timepiece movement 5 and charged to a secondary battery (not shown) via a booster circuit and a charging circuit (not shown). The watch is driven by power from a secondary battery.
  • the watch diameter of the timepiece shown in FIG. 8 of this embodiment is smaller than the watch diameter shown in FIG. 6, a part of the solar cell 2 overlaps to generate an area where power cannot be generated.
  • the solar cell 2 is a single cell, unlike the case where a plurality of solar cells are connected in series in the circumferential direction as shown in the conventional example, the amount of power generation corresponding to the light receiving area is Can be obtained.
  • Fig. 9 shows the measured power generation performance of the completed solar cell 1 when assembled in a watch case with the cut-off diameter of the structure shown in Fig. 6 under the illuminance of 501 tl x. It is the graph which measured the acquisition current and the light receiving efficiency.
  • the acquired current is the generated current in a completed watch incorporating the completed solar cell 1 when the dial is illuminated with light of constant illuminance from the vertical direction to the dial, and the operating voltage of the completed solar cell 1 . 45 V, dial color measured under black conditions.
  • the light receiving efficiency refers to the amount of power generation (two-cell power generation current) when the completed solar cell 1 is laid flat under the same illuminance as described above and light is applied from a direction perpendicular to the photovoltaic power generation area. Is the ratio of the obtained current to the product of the exposure ratio of the photovoltaic power region and the following expression.
  • Light receiving efficiency acquisition current ⁇ ⁇ cell generation current X exposure ratio ⁇
  • the obtained current of the completed solar cell of the single cell used in the present example is obtained almost in proportion to the parting diameter.
  • the completed solar cell of the present embodiment is a single cell, and that even if a part of the photovoltaic power generation area of the completed solar cell is hidden, power generation is performed in an amount corresponding to the area that is exposed to light. I have. This is a great difference from the case where a plurality of solar cells are arranged in series in the circumferential direction as in the conventional example shown in Patent Document 1 mentioned above.
  • the light receiving efficiency is about 22% at a cutoff diameter of ⁇ 29.5 mm and about 20% at a diameter of ⁇ 13 mm when viewed from an approximate straight line.
  • the electronic timepiece with solar cell uses a single solar cell, and the open voltage Vo c of the completed solar cell. Is 0.6V. To charge a Li secondary battery with a rated voltage of 1.35V, the generated voltage must be increased.
  • the amount of power generated by the completed watch under the above-mentioned average light irradiation conditions per day is as follows:
  • Minimum acquisition current clock power dissipation X 24 hr x boost ratio ⁇ irradiation time ⁇ boost efficiency
  • the parting diameter with respect to the acquisition current of 10.6 XA is about 25 mm. That is, It was confirmed that the parting diameter should be 25 mm or more in order to obtain sufficient power generation to function as a clock.
  • the watch for women shown in Fig. 8 shows that the watch structure is possible up to a cut-off diameter of 24 mm
  • the watch movement used in the description of the present embodiment uses a watch From the power generation performance for, the parting diameter should be 25 mm or more.
  • the parting diameter is 25 mm or more. It is possible to drive an electronic timepiece with a solar cell.
  • the solar cell with a cutoff diameter of 24 mm or less will be used. It is also possible to drive an electronic timepiece with a cell.
  • the light receiving efficiency also depends on the color of the dial. In other words, using a white or bright color dial, where light is likely to be reflected by the dial, increases the light receiving efficiency. When the dial color is black, the light receiving efficiency is small. Therefore, if a bright dial is used, a watch with a smaller diameter can be used.
  • the description is given using a band-shaped single cell solar cell, but a solar cell such as a two-stage cell in which the solar cell 2 is divided into upper and lower two parts in the longitudinal direction. It is also possible to use one cell.
  • FIGS. 10 and 11 show another embodiment of the present invention, which shows an example in which a clock movement according to the present invention is used for a watch having a dial design with an oval and rounded corners. .
  • the shape of the middle frame 9 is an ellipse or the like, it is the same as the above-described embodiment.
  • the completed solar cell 1 is arranged on a step (not shown) of the middle frame 9, and a clock This shows a state in which the movement 5 has been fitted and the completed solar cell 1 has been connected to the watch movement 5.
  • the present invention can be applied to solar power generation clocks having a parting shape other than round.
  • the solar cell will be open.
  • the color tone of the middle frame with the color tone of the solar cell, it is possible to make the cut from outside the watch inconspicuous.
  • FIGS. 12 to 16 show still another embodiment of the present invention, and a watch according to the present invention.
  • the following shows an example of using a movement on a design watch with small radius corners such as a rectangular shape and a barrel shape using a movement.
  • the shape of the watch dial is not only circular, but also rectangular, barrel-shaped, etc., according to the design of the outer case.
  • amorphous silicon used as a photovoltaic member of a solar cell is bent with a small radius, for example, 500 m or less, cracking occurs in the amorphous silicon. Therefore, when the solar cell is bent in accordance with the corners of a rectangle, a barrel, or the like, the amorphous silicon no longer serves as a photovoltaic member. For this reason, it has not been possible to adopt a structure in which a solar cell is arranged perpendicularly to the dial, for an electronic watch having a dial having a small radius such as a rectangle or a barrel.
  • the electronic timepiece with a solar cell solves the above-mentioned problems, and is capable of responding to a wide variety of timepiece designs.
  • the dial 7 of the electronic timepiece with solar power shown in FIG. 12 shows a case where the outer peripheral shape is a rectangle, which is one of the rectangles.
  • the outer shape of the dial 7 includes a plurality of sides 7a, 7b, 7c, 7d forming a main outer periphery, and the plurality of sides and sides 7d and 7a, 7a and 7b, 7b And have corners (intersections) 7e, 7f, 7g, 7h for connecting 7c, 7c and 7d.
  • the completed zora cell 1 includes a plurality of photovoltaic units (photovoltaic regions) la, lb, lc, and Id arranged at the corners 7e, 7f, 7g, and 7h of the dial 7.
  • the plurality of photovoltaic units l a, l b, l c, and 1 d are arranged in series and electrically formed in a strip shape connected in parallel.
  • This completed solar cell 1 is arranged along the plurality of sides 7a, 7b, 7c, 7d of the dial 7 as shown by broken lines.
  • FIG. 13 is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 12, and a movement 5 of the electronic timepiece is arranged below the dial 7 like a conventional electronic timepiece.
  • 6 is an outer case
  • 9 is a middle frame for holding the movement 5 of the electronic watch
  • the middle frame 9 is interposed between the outside of the movement 5 and the outer case 6 to make the movement 5 an outer case. 9 is held.
  • the completed solar cell 1 is placed on the bank 9a of the middle frame 9 so that the light receiving surface 1r is on the inner peripheral side of the dial, and a plurality of dials 7 are indicated as shown by broken lines in FIG. Are arranged along the sides 7a, 7b, 7c and 7d in a ring shape substantially perpendicular to the dial 7. You.
  • the dial ring 10 is arranged on the light receiving surface 1 r side of the completed solar cell 1 to improve the holding of the band-shaped solar cell 1 and the appearance of the electronic timepiece.
  • the dial ring 10 is made of a translucent material capable of receiving light, and is arranged in a ring shape with respect to the dial 7, similarly to the completed solar cell 1.
  • the strip-shaped completed solar cell 1 is formed by folding the portions corresponding to the rectangular corners 7 e, 7 f, and 7 h of the dial 7, and embankments 9 a of the inner frame 9 and the dial ring 10. Will be held between.
  • the completed solar cell 1 has a substrate 2 on which an amorphous silicon layer constituting a photovoltaic unit is mounted.
  • the amorphous silicon layer 21 is a photovoltaic unit for converting light energy into electric energy.
  • a plastic film substrate is used as the substrate 2.
  • a metal foil 22 such as aluminum is formed on the film substrate 2.
  • the metal foil 22 serves as an anode electrode for extracting the electric power generated by the amorphous silicon layer 21 described above.
  • the d, e, and f portions of the strip-shaped completed solar cell 1 shown in FIG. 14 have the same cross-sectional structure.
  • FIG. 15 shows a BB cross-sectional view of the cross-sectional structure of the d portion
  • FIG. 16 shows a C-C cross-sectional view.
  • the metal foil 22 is a common electrode that connects the same poles of the amorphous silicon layer 21 d on the right and the amorphous silicon layer 21 c on the left in FIG.
  • FIG. 15 instead of connecting the amorphous silicon layers 21c and 21d on both sides, they become independent patterns and become connection electrodes 22a described later.
  • the transparent conductive film 23 is formed on the upper surface of the amorphous silicon layer 21 and formed on the incident light side of the amorphous silicon layer 21 and serves as an electrode on the cathode side of the generated power.
  • the insulating member 24 is for preventing a short circuit between the upper and lower electrodes of the amorphous silicon layer 21 divided into the right and left, the transparent conductive film 23 and the metal foil 22.
  • the conductive member 25 includes a transparent conductive film 23 formed on the upper surface of the amorphous silicon layer 21 d on the right side, a transparent conductive film 23 formed on the upper surface of the amorphous silicon layer 21 c on the left side, and a connection electrode 22. a is electrically connected. As a result, the right amorphous silicon layer 21 d and the left amorphous silicon layer 21 c are electrically connected.
  • the protective film 26 is a transparent insulating material that covers the surface of the solar cell 1.
  • the transparent conductive film 23 becomes a cathode-side electrode disposed on the upper surface side of the left and right amorphous silicon layers 21c and 21d, and is electrically connected by the connection electrode 22a and the conductive member 25. (Fig. 15).
  • the anode electrodes on the lower surfaces of both the left and right amorphous silicon layers 21c and 21d are electrically connected by the metal film 22 (FIG. 16).
  • connected to the amorphous silicon layers 2 la and 21 d, 21 d and 21 c shown in FIG. 14 and the amorphous silicon layers 2 la, 21, 21 c and 21 d Are connected in parallel.
  • connection terminals 4 for connecting the power generated by the four amorphous silicon 21a, 21b, 21c, 21d to the movement 5 of the electronic watch are crimped. Have been.
  • the d part shown in FIG. 14 is replaced with the D part shown in FIG.
  • the part e is stored in the part E and the part f is stored in the part F.
  • the amorphous silicon layer 21 is very brittle, there is no problem if the bending radius is large, but if the bending radius is small, it cannot withstand and cracks occur.
  • the generation of the cracks causes a short circuit between the metal electrode 22 constituting the upper and lower electrodes and the transparent conductive film 23, or a short circuit due to infiltration of moisture, which is a factor that impairs the power generation function.
  • the completed solar cell of the present embodiment since it has a structure that can withstand bending at a small radius, portions corresponding to the corners 7 e, 7 f, 7 g, and 7 h of the dial 7 are provided. Thus, the electrical connection between the respective amorphous silicon layers 21 is ensured without causing cracks in the semiconductor device.
  • an electronic timepiece with a solar cell was constructed in which four amorphous silicon layers were electrically connected in parallel to one completed solar cell.
  • An embodiment having the configuration shown in FIG. That is, a plurality of strip-shaped amorphous silicon layers 21 are arranged in the width direction of the substrate 2 to form a solar cell unit in which the plurality of amorphous silicon layers 21 are electrically connected in series. Then, the solar cell units are provided in a number corresponding to the plurality of sides of the dial 7 (in FIG. 17, four solar cell units 21 a ′ corresponding to the four sides 7 a, 7 b, 7 c, and 7 d).
  • a flexible conductive member 27 is disposed at a portion corresponding to the corners 7a, 7b, 7c, 7d of the dial 7.
  • the plurality of solar cells are electrically connected in parallel to form a completed solar cell.
  • an electronic timepiece with a solar cell using a metal dial can be provided by arranging the solar cell in the facing portion, and furthermore, a common watch movement and a common An electronic timepiece with a solar cell that can use a completed solar cell can be provided.

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Abstract

　本発明は、時計ムーブメントと、該時計ムーブメントを収納する時計ケースと、前記時計ムーブメントを前記時計ケース内に収納して保持するための中枠と、ソーラーセルと、文字板とを備えたソーラーセル付電子時計において、前記ソーラーセルを前記中枠に設けたソーラーセル位置決め部に略垂直に配置した構成とするとともに、前記ソーラーセルを、可撓性を有する基板上に形成した細長い帯状のソーラーセルとしてある。　これにより、ソーラーセルを時計ムーブメントに配置しなくてすむので、見切り径のサイズが変わっても、外装部品である中枠の変更だけを行えばよく、時計ムーブメントは共通使用することができる。また、ソーラーセルを中枠に組み込む際に中枠の大きさにあわせてリング状に丸めることができるので、時計の見切り径サイズが変わっても共通のソーラーセルを使用できる。

Description

明 細 書 ソ―ラ—セル付き電子時計
技術分野
本発明は、 光を利用して発電するソーラー発電システムと、 このソ一ラー発電 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において、 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に関する。 背景技術
従来からソーラーセルを有し、 太陽光などの光を発電電力源として利用する電 子時計が数多く商品化されている。 これら電子時計では、 ソーラーセルを光半透 過性の文字板の下に配置すると文字板のデザィンに制約を生じ、 その結果デザィ ン面でバラエティに富んだ商品提案が出来なかった。
すなわち、 ソーラ一セルの表面は暗褐色をしているため、 その表面の色を隠す には文字板をソーラーセル上に載せる必要がある。 一方、 ソーラーセルが光を受 けて発電するためには文字板はある程度光を通す性質、 つまり光透過性が必要で あった。 そのため、 文字板の色を白色にしょうとしても、 曇りガラスのようなグ レ一がかった色調の文字板となってしまい、 綺麗な白色が出せないことからデザ イン上の制約があった。
ところで、 近年は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、 文字板に対し略垂直な状態で、 文字板の外周に配置したソーラーセル付き 電子時計が提案されている。 このような従来例として、 日本国実公昭 6 2— 4 2 3 9 0号公報 （特許文献 1 ) あるいは日本国特開 2 0 0 2— 1 4 8 3 6 6号公報
(特許文献 2 ) で開示されている、 可撓性のある帯状のプリント基板に形成した ソーラーセルを風防ガラスと文字板との間隙部の壁面に巻き付けたものがある。 第 1 7〜 2 0図は、 特許文献 1に記載された実施例で、 第 1 7図及び第 1 8図 は第 1実施例を示し、 第 1 9図及び第 2 0図は第 2実施例を示している。
第 1 8図に示す太陽電池プロック 1 2 1は、 フレキシブルプリント基板 1 2 2 上に複数の太陽電池セル 1 2 3を実装すると共に、 これら太陽電池セル 1 2 3を 電極パターンによって接続し、 更に太陽電池セル 1 2 3間の隙間を埋めるための スぺーサ 1 2 4を配置した構成としてある。 太陽電池ブロック 1 2 1は、 フレキ シブルプリント基板を介して支持リング 1 2 5に接着している。
第 1 8図は、 第 1 9図に示す太陽電池プロック 1 2 1を時計ケ一ス 1 2 7に組 み込んだ状態を示す腕時計の断面図である。 太陽電池ブロック 1 2 1は、 太陽電 池セル 1 2 3の表面が文字板 1 2 6に対して直立して時計中心に向いている。 こ の太陽電池ブロック 1 2 1は、 支持リング 1 2 5に貼り付けた構造となっている。 第 2 1図に示す太陽電池ブロック 1 3 1は、 絶縁膜を施したステンレス薄板 1 3 2上にアモルファスシリコンによる太陽電池セル 1 3 3を形成したものである。 この複数の太陽電池セル 1 3 3は、 ステンレス薄板 1 3 2の両端に配置した正負 電極 1 3 4 a、 1 3 4 bと配線パターン 1 3 5で接続してある。
第 2 0図は、 第 2 1図に示す前記太陽電池ブロック 1 3 1を時計ケース 1 3 6 に組み込んだ状態を示す腕時計の断面図である。 柔軟性があるステンレス薄板製 の太陽電池ブロック 1 3 1を時計ケース 1 3 6の見返し内壁面 1 3 7の内側に巻 き付けて、 太陽電池セル 1 3 3が文字板 1 3 8に対して直立して時計中心に向く ように太陽電池ブロック 1 3 1を配置した構造となっている。
第 2 2図、 第 2 3図は、 特許文献 2に記載された第一実施形態の図面を示して いる。
第 2 2図は、 可撓性を有する基板 1 4 0上に形成した細長い帯状のソーラーセ ル 1 4 1の平面図であり、 ソ一ラーセル 1 4 1の両端に正負電極 1 4 7 a、 1 4 7 bを酉己置している。
第 2 3図は、 ソーラーセル 1 4 1を時計ケース 1 4 6に組み込んだ状態の断面 図である。 第 2 3図におけるソ一ラ一セル 1 4 1は、 第 2 2図の D— D断面図で あり、 ソーラーセル 1 4 1の正負電極 1 4 7 a ( 1 4 7 b ) が接続バネ 1 4 8と 接している部位を示している。 前記ソ一ラーセル 1 4 1は、 時計ムーブメント 1 4 2の文字板 1 4 3の配置面 1 4 2 aよりも上方で、 且つ時計ムーブメント 1 4 2の外周部に沿ったリング状土手部 1 4 4の内周面 1 4 4 aに配置してある。 こ のソーラーセル 1 4 1は、 内側に光透過性の見返しリング 1 4 5を配置して時計 ケース 1 4 6に組み込んである。 しかしながら、 第 1 8図に示す特許文献 1の第 1実施例の構造では、 複数の太 陽電池セル 1 2 3が円周状に配置され、 力つ電気的に直列接続されており、 一定 の長さを有している。 このため、 見切り径が小さい時計に、 この実施例と同じ太 陽電池ブロック 1 2 1を組み込むと、 太陽電池セル 1 2 3同士が重なって光の当 らない太陽電池セル 1 2 3がでてくる。 しかし、 太陽電池ブロック 1 2 1は、 光 が当らない太陽電池セル 1 2 3の出力電力が、 全体の出力電力を規定するため、 必要な電力が得られないという問題があつた。
同様にして、 第 2 0図に示す特許文献 1の第 2実施例でも太陽電池セル 1 3 3 が電気的に直列接続されているため、 第 1 8図に示した特許文献 1の第 1実施例 と同様の問題があった。
また、 特許文献 1の第 2実施例の太陽電池ブロック 1 3 1の場合は、 その両端 に発電電力取り出し用の正負の電極 1 3 4 a、 1 3 4 bがあるため、 見切り径の 小さい時計に用いると正負電極 1 3 4 a、 1 3 4 bが重なって電力を取り出せな いという問題があった。
同様にして、 第 2 2図及び第 2 3図に示す特許文献 2の第 1実施形態でもその 両端に発電電力取り出し用の正負の電極 1 4 7 a、 1 4 7 bがあるため、 特許文 献 1の第 2実施例と同様の問題があつた。
なお、 見切り径とは、 文字板と風防ガラスに挟まれた時分秒針を配置した空間 における平面方向の形状の直径 （差渡し） を指し、 また、 見返しリングが形成さ れた時計の場合は、 見返しリングの内径を指す。
さらに、 特許文献 2の第 1実施形態の構造では、 ソーラーセル 1 4 1を配置す るリング状土手部 1 4 4が時計ム一ブメント部品上に形成されているため、 見切 り径を変える場合にはソーラーセルを配置する時計ムーブメント部品を変えなけ ればならないという問題があつた。
なお、 小さな見切り径の時計に対しては、 見返しリング 1 4 5の内径だけを小 さくして見返しリング 1 4 5の幅 Wを大きくすることも考えられるが、 見切り径 に対して時計ケース 1 4 6の外径が大きい時計となってしまい、 デザィン的に問 題があった。
以上のように、 従来技術では、 ソーラーセルやゾーラ一セルを配置する時計ム ーブメント部品を、 見切り径が異なる時計には共通して使用することができず、 見切り径にあわせてソ一ラ一セルや太陽電池ブロック、 及びそれらを配置する時 計ムーブメント部品を新たに作り直さなければならないという問題があった。 したがって、 本発明は、 ソーラーセルを文字板に対して略垂直に配置したソー ラーセル付電子時計において、 見切り径サイズにかかわらず共通のソーラーセル 及び共通の時計ムーブメントを使用できる構造のソーラーセル付き電子時計の提 供を目的とする。 発明の開示
本発明は、 時計ムーブメントと、 該時計ムーブメントを収納する時計ケースと、 前記時計ムーブメントを前記時計ケース内に収納して保持するための中枠と、 ソ 一ラーセルと、 文字板とを備え、 前記ソーラーセルを前記文字板に対して略垂直 に配置したソ一ラ一セル付電子時計において、
前記ソーラーセルを前記中枠に設けたソーラーセル位置決め部に配置した構成と してある。
これにより、 ソーラーセルを時計ムーブメントに配置しなくてすむので、 見切り 径のサイズが変わっても、 外装部品である中枠の変更だけを行えばよく、 時計ム ーブメントは共通使用することができる。
また、 本発明は、 前記ソーラーセルを、 可撓性を有する基板上に形成した細長 い帯状のソーラーセルとしてある。
このように、 ソーラーセルを細長い帯状とすると、 ソーラーセルを中枠に組み 込む際に中枠の大きさにあわせてリング状に丸めることができるので、 時計の見 切り径サイズが変わつても共通のソーラーセルを使用できる。
また、 本発明は、 ソーラーセルの正負電極を前記ソーラーセルの同一側端部に 配置してある。
従来のように、 ソーラーセルの両端に正負電極を配置してあると、 時計の見切 り径が異なった場合、 前記正負電極の相対位置が変化してしまうが、 本発明のよ うに、 前記正負電極をソーラーセルの同一側端部に配置すると、 見切り径サイズ が変わっても正負電極間の相対位置は変わらない。 したがって、 ソーラーセルの 正負電極と時計ム一ブメン卜への接続構造を変える必要もなくなり、 男性用時計、 女性用時計にかかわらず共通の時計ム一ブメントを使用することができる。 本発明は、 前記ソーラーセルの発電電力を取り出す引き出し電極と、 前記ソ一 ラ一セルとを別個に製造し、 接合した構成としてある。
これにより、 弓 Iき出し電極とソ一ラーセルの形状を単純化して製造を容易にし、 加工コストの低下を図ることができる。 また、 時計の見切り形状が大幅に変化す るときは、 引き出し電極の長さ （または形状） を変えるだけでソーラーセルを共 通に使用することができる。
また、 本発明は、 前記文字板が、 主要な外周形状を形成する複数の辺と、 該複 数の辺と辺の交点を接続するための角部を有する文字板であって、 前記ソーラー セルが、 前記文字板の前記複数の辺に沿って、 かつ前記文字板に対し略垂直に配 置した複数の光発電部を有し、 該複数の光発電部をそれぞれ電気的に並列接続し た構成としてある。
このようにすると、 文字板の角部には非常に脆い材質で構成される光発電部 (光発電領域） からなるソーラーセルを配置しなくてよいので、 光発電部を小さ い半径で曲げて使用する必要がなくなり、 自由な文字板形状を形成できる。 また、 複数の光発電部を備える帯状のソ一ラーセルを 1枚用意するだけでソーラーセル 付電子時計を構成することができ、 複数の帯状のソーラーセルを独立して配置す る場合に比べ、 構造が簡単で、 コストダウンを図ることが可能となる。
なお、 光発電部を、 基板の幅方向に複数のアモルファスシリコン層を配置し、 電気的に直列接続して構成することも可能である。
また、 本発明は、 前記複数の辺と前記角部とで形成される前記文字板の外周形 状が矩形あるいは、 樽形としてある。
これにより、 矩形あるいは樽形の外周形状を有する文字板に採用可能で、 ソー ラーセル付電子時計のデザィンバリエーションを豊富にすることができる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の実施形態による完成ソーラーセルの平面図である。
第 2図は、 本発明の実施形態によるゾーラ一セルの平面図である。
第 3図は、 本発明の実施形態による引き出し電極の平面図である。
第 4図は、 本発明の実施形態による完成ソ一ラーセルを見切り径の大きい男性 用時計の中枠に組み込んだ状態を示す斜視図である。 第 5図は、 本発明の実施形態による完成ソーラーセルを見切り径の小さい女性 用時計の中枠に組み込んだ状態を示す斜視図である。
第 6図は、 本発明の実施形態を表す男性用のソーラーセル付き電子時計の要部 断面図である。
第 7図は、 第 6図に示すソーラーセル付き電子時計の時計ムーブメントを中枠 に嵌め込んだ状態を示す平面図である。
第 8図は、 本発明の実施形態を表す女性用のソーラーセル付き電子時計の要部 断面図である。
第 9図は、 本発明の実施形態によるソーラーセル付き電子時計の見切り径に対 する取得電流及び受光効率を測定したグラフである。
第 1 0図は、 本発明のゾーラ一セル付き電子時計の他の実施形態であって、 中 枠に時計ムーブメントを組み込んだ状態を示す平面図である。
第 1 1図は、 本発明のソーラーセル付き電子時計の他の実施形態であって、 中 枠に時計ムーブメントを組み込んだ状態を示す平面図である。
第 1 2図は、 本発明の他の実施形態を示すソーラーセル付電子時計の平面図。 第 1 3図は、 第 1 2図の A— A断面図。
第 1 4図は、 第 1 2図に示す完成ソーラーセルを平面状に展開したソーラーセ ル平面図。
第 1 5図は、 第 1 4図に示す完成ソーラーセルの B— B断面図。
第 1 6図は、 第 1 4図に示す完成ソーラーセルの C— C断面図。
第 1 7図は、 他の実施形態の完成ソーラーセルにおける、 複数のアモルファス シリコン層の電気的接続状態を示す完成ソーラーセルの平面図。
第 1 8図は、 特許文献 1に記載された第 1の実施例を示す太陽電池付時計の要 部断面図である。
第 1 9図は、 特許文献 1に記載された第 1の実施例を示す太陽電池プロックの 要部断面図である。
第 2 0図は、 特許文献 1に記載された第 2の実施例を示す太陽電池付時計の要 部断面図である。
第 2 1図は、 特許文献 1に記載された第 2の実施例を示す太陽電池ブロッの平 面図である。 第 2 2図は、 特許文献 2に記載された第 1実施形態のソーラーセル体の平面図 である。
第 2 3図は、 特許文献 2に記載された第 1実施形態のソーラーセル付電子時計 の断面図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 本発明の実施形態について、 図面を参照しながら説明する。
なお、 本発明は、 この実施形態に限定されるものではない。
まず、 実施形態にかかるソ一ラ一セルの構造について説明する。
第 1図は、 完成ソーラーセル 1の平面図であり、 ソ一ラ一セル 2と引き出し電 極 4とを熱圧着によって一体化した状態を示している。
第 2図はソ一ラ一セルの平面図である。 ソーラーセル 2は、 P E Tフィルム製 のベース基板 3上にァモルファスシリコン層等を形成した細長い帯状の単セルの ソーラーセルであり、 可撓性を有し、 光を受けて発電を行う光発電領域 2 a及び 該光発電領域 2 aの裏面側の同一側端部に正負電極 2 b、 2 cを並べて配置して ある。
ソ一ラ一セル 2の外形形状は、 長さ約 9 6 . 8 mm、 幅 2 . 4 mm、 厚さ
1 5 mm程度の細長い帯形状で、 光発電領域 2 aの大きさは約 9 2 . 1 mm、 幅 1 . 6 mmである。 光発電領域 2 aの外周全周には幅 0 . 4 m程度の光が当って も発 しない縁部 2 dがあるが、 これは大判の P E Tフィルム上に多数のソ一ラ 一セルを形成したシ一トから個々のゾーラ一セルに切断分離する際の切断代であ る。
第 3図は引き出し電極 4の平面図である。 引き出し電極 4は、 総厚 0 . 1 mm 程度のフレキシブルプリント基板に正負電極 4 c、 4 dを形成してある。 引き出 し電極 4のソーラーセル 2との接合面 4 aには異方性導電接着剤が塗付してあり、 前記ソーラーセル 2の正負電極 4 c、 4 dの位置と引き出し電極 4の接合電極 4 e、 4 f とは位置合わせが行なわれた後、 熱圧着によって接合され、 完成ゾーラ —セル 1が形成される。
引き出し電極 4には、 取り付け位置調整のための長穴 4 bが設けてある。 この 長穴 4 bの両側には細長い形状の正負出力電極パターン 4 c、 4 dが設けてあり、 引き出し電極 4と図示されていない時計回路基板とを接続することによって、 完 成ソーラーセル 1からの発電電力は時計回路基板に供給されるようになっている。 第 4図は、 時計ケースに組み込む際の完成ソーラーセル 1の斜視図である。 完 成ゾーラ—セル 1は、 第 4図に示すように光発電領域 2 aが時計の中心を向くよ うにリング状になって時計に組み込まれる。
ソーラーセル 2の正負電極 2 b、 2 cの部分には光発電領域 2 aを配置できな い。 従って、 完成ソーラーセル 1の巻き付け方は、 発電面積を広く取るために、 引き出し電極 4を貼り付けた部位を外側に、 ソ一ラ一セル 2の正負電極 2 b、 2 cを配置していない他端部 2 eを内側にしてリング形状に巻き付けるのが良い。 なお、 1はゾーラ一セル 2の重なり部分を示す。
第 5図は第 4図と同じ長さの完成ソーラーセル 1を、 見切り径が小さい時計ケ ースに組み込む際のソ一ラ一セル巻き付け状態を示す完成ソ一ラ一セルの斜視図 であり、 巻き付け径 ( Φ d ) が、 第 4図のものより小さいためにソーラーセル の重なり部分 1が広くなつている。
次に、 本発明のソーラーセル付き電子時計の実施形態について説明する。
第 6図は、 本発明の一実施形態にかかるソ一ラ一セル付き電子時計の断面図で、 見切り径が Φ 2 8 mmの男性用時計の場合の要部断面図を示している。
時計ムーブメント 5は、 ドーナツ状の中枠 9に嵌め込まれ、 文字板 7、 時分秒 針 8を取り付けた後、 文字板外周縁 7 aに光透過性の見返しリング 1 0を載せて、 時計ケース 6に組み込む。 完成ソーラーセル 1は中枠 9に予め組み込んでおく。 なお、 中枠 9とは、 時計ムーブメント 5を時計ケ一ス 6に組み込む際に、 時計 ム一ブメント 5を時計ケース 6に収納して保持し、 また時計外部からの衝撃を吸 収するための外装部品であり、 個々の時計ケース 6に合わせて何種類も製作され るものである。
中枠 9にはソーラーセル 1の位置決め部であるリング状段部 9 aが形成してあ る。 このリング状段部 9 aに完成ソーラーセル 1を丸めて収める共に、 前記段部 9 aの内周面 9 bにリング形状の完成ソーラーセル 1を丸めた完成ソーラーセル 1が広がろうとする張力で、 又は接着等により貼りつけて、 配置してある。
また、 中枠 9に設けた穴部 9じから、 完成ソーラーセル 1の引き出し電極 4を 裏ブ夕 1 6側に出し、 絶縁シート 1 3、 押え板 1 4を介して引き出し電極 4の長 穴 4 bにネジ 1 2を通し、 位置決めチューブ 1 5に固定する。 なお、 本実施形態 では、 中枠 9に配置した位置決めチューブ 1 5の位置は、 時計中心から 1 0 . 4 5 mmに設定した場合を示している。 これによつて、 完成ソーラーセル 1と回路 基板 1 1との電気的接続を取っている。
第 7図は、 ソーラーセル付き電子時計の平面図であり、 時計ムーブメント 5を、 完成ソーラーセル 1を組み込んだドーナツ状の中枠 9に収めた状態を示す。 また、 第 7図は、 中枠 9の穴部 9 cから出した引き出し電極 4を、 前記押え板 1 4等を 介してネジ 1 2によって図示しない回路基板へ固定した状態を示している。
第 8図は、 ソーラーセル付き電子時計の断面図で、 見切り径が φ 2 4 mmの 女性用時計の場合の要部断面図を示している。 第 6図に示すものに比べて見切り 径が小さくなっているが、 完成ソーラーセル 1及び時計ムーブメント 5は第 6図 に示すものと同一のものを使用している。 この実施形態のものでは、 中枠 9 wに 配置した完成ソーラーセル 1の引き出し電極 4を固定する位置決めチューブ 1 5 の位置は、 時計中心から 1 0 . 4 5 mmであり、 第 6図に示した見切り径が φ 2 8 mmの男性用時計の場合と変わっていない。
なお、 外装部品である時計ケース 6 w、 文字板 7 w、 見返しリング 1 0 w等の ほか、 時計ムーブメント 5を時計ケース 6 wに保持する中枠 9 wは時計ケースサ ィズに合わせて径方向の大きさが第 6図の部品よりも小さくなっている。
この女性用時計に用いる完成ソーラーセル 1は、 男性用時計と同じものである が、 '見切り径が小さくなつた分、 第 5図に示すように完成ソーラーセル 1の重な り部位 1の長さを増やすことによって同じ完成ソーラーセル 1を共通して使用す ることが可能となっている。
また、 完成ソーラーセル 1と位置決めチューブ 1 5との距離 Lは女性用時計の 方が男性用時計よりも小さいが、 引き出し電極 4の固定用の穴 4 bは長穴形状に なっており、 かつ、 前記長穴 4 bの両側にはソーラーセル 2の正負出力電極と繋 がった細長い形状の正負出力電極パターン 4 c、 4 dが形成されているため、 完 成ソーラーセル 1と位置決めチューブ 1 5との距離 Lが変化しても、 一定範囲以 内で同じ引き出し電極 4を共通して使用することが可能となっている。
以上により、 男性用時計でも女性用時計でもソーラーセル 2及び弓 Iき出し電極 4を共通に使うことができ、 その結果、 完成ソーラーセル 1を共通に使うことが 可能となっている。
前述のように、 腕時計のデザインバリエーションを取るため、 一つの時計ム一 ブメントに対して複数の外装デザィンを用意することは一般的に行われている。 すなわち、 同一の時計ムーブメントを使ってデザイン違い、 サイズ違いの時計に 合わせて外装部品である時計ケース、 文字板、 指針、 中枠等を設計、 製作を行つ ている。 したがって、 本発明のように、 見切り径違いのデザインに対応してソー ラーセルを配置するための外装部品である中枠を、 サイズごとにいくつか用意し ておくことにはなんら問題ない。
なお、 8図のものは、 第 6図のものに比べて完成ソ一ラーセル 1と位置決め チューブ 1 5との距離 Lが小さいため、 引き出し電極端部 4 gが時計ムーブメン ト 5の中心に寄っている。 そのため、 引き出し電極の図示しない接続パターンと 金属製の回路支持板 1 7との接触によるショートの恐れがある。 そこで、 その防 止策として、 引き出し電極 4と回路支持基板 1 7との間に絶縁シート 1 8を配置 してある。
また、 見返しリング 1 0と完成ソーラーセル 1の間には空気層 1 0 aがあり、 見返しリング 1 0を通過した光が界面で反射して屈折や散乱が起こり、 暗褐色の ソーラーセル 2の色を外から見え難くする効果がある。
なお、 見返しリング 1 0は光透過性があり無色透明のポリ力一ポネート樹脂に より射出成形で作り、 その表面状態は光沢面にしてある。
次に、 第 6図にもとづいて本実施形態におけるソ一ラ一セル付き電子時計の発 電動作について説明する。
完成ソーラーセル 1への光の入射は、 風防ガラス 1 9を透過した光 2 0が直接 光透過性の見返しリング 1 0を透過する場合と、 風防ガラス 1 9を透過した光 2 0が文字板 7で反射して、 或いは更に風防ガラス 1 9の下面で反射して光透過性 の見返しリング 1 0を透過する場合とがある。 このようにして、 完成ソーラーセ ル 1に光 Gが入射することにより、 発電が行なわれる。 完成ゾーラ一セル 1で発 電された電力は時計ムーブメント 5内の回路基板 1 1に実装 ·形成された図示し ない昇圧回路、 充電回路を介して図示しない二次電池に充電される。 時計は、 二 次電池から電力を受けて駆動する。
次に、 見切り径サイズと発電量の関係について説明する。 本実施形態の第 8図に示す時計の見切り径は、 第 6図に示す時計の見切り径ょ りも小さいため、 ソーラーセル 2の一部が重なり発電できない領域を生ずる。 し かしながら、 ソーラーセル 2は単セルであるので、 従来例で示したような複数の ソーラーセルを円周方向に直列に接続した場合とは異なり、 受光面積に応じた分 の発電量は得ることが出来る。
第 9図は、 5 0 0 1 tl xの照度下において、 第 6図に示した構造で見切り径を 変えた時計ケースに組み込んだ場合の完成ソーラーセル 1の発電性能を測定し、 見切り径に対する取得電流及び受光効率を測定したグラフである。
なお、 取得電流とは、 完成ソーラーセル 1を組み込んだ完成時計において文字 板に対して垂直方向から一定照度の光を当てた状態での発電電流であり、 完成ソ —ラーセル 1の動作電圧を 0 . 4 5 V、 文字板色は黒の条件下で測定した。 また、 受光効率とは、 前記と同じ照度下で完成ソーラーセル 1を平置きした状 態で光発電領域に対して直角方向から光を当てた場合の発電量 （二セル発電電 流） と巻き付けによる光発電領域の露出割合との積に対する前記取得電流の割合 であり、 次式で表せる。
受光効率 =取得電流 ÷ {セル発電電流 X露出割合 }
=取得電流 +露出セル換算発電電流 ①
第 9図によれば、 本実施例に用いる単セルの完成ソーラーセルの取得電流は、 見切り径に対してほぼ比例して得られることが判る。 これは、 本実施形態の完成 ソーラーセルが単セルで、 完成ソーラーセルの光発電領域の一部が隠れても光が 当っている領域に応じた量の発電が行われている事を示している。 この点が前述 の特許文献 1に示した従来例のように円周方向に複数の太陽電池セルを直列接続 して配置した場合との大きな差である。
また、 第 9図より、 受光効率は、 近似直線でみると見切り径 φ 2 9 . 5 mm で約 2 2 %、 φ 1 3 mmで約 2 0 %のレベルとなっていることがわかる。
次に、 本実施形態に用いる時計の消費電気量と完成ソーラーセルによる発電量 との関係について説明する。
( 1 ) 時計消電
本実施例の説明に用いる時計の仕様は三針デ一ト付きアナログ時計であり、 時 計消電 = 0 . 5 3 Aである。 よって、 一日分運針に要する消電量 = 1 2. 7 A'h r……②
となる。 -
(2) 本実施形態で示したサイズの時計ケースに組み込んだ状態での、 完成ソ 一ラーセルの発電性能
完成ソーラーセルの発電電流 =6 0 A
(条件：照度 50 0 1 u , 動作電圧 0. 45 V、 完成ソーラーセル平置き） 本実施形態によるソーラーセル付き電子時計は、 単ソ一ラーセルを用いたもの で完成ソーラーセルの開放電圧 Vo cは 0. 6Vであり、 定格電圧 1. 3 5Vの L i二次電池を充電するためには発電電圧を昇圧する必要がある。
昇圧システムの仕様を昇圧倍率 3倍、 昇圧効率 90 %とすると、 前記一日当りの 平均光照射条件における完成時計での発電量は、
発電量 =照射時間 X露出セル体換算発電電流 X受光効率 X昇圧効率 ÷昇圧倍 率……③
より計算できる。
更に①式を③に代入すると
発電量 =照射時間 X取得電流 X昇圧効率 ÷昇圧効率……④
となる。 '
ここで、 ④式の一日当りの平均照射条件における完成時計での発電量が、 ② 式の一日分運針に要する消電量よりも多ければ時計として成り立つ。
すなわち、 時計消電 X 24 h r≤照射時間 X取得電流 X昇圧効率 ÷昇圧倍 率 ⑤
となれば良い。
従って、 一日当りの平均照射条件を照度 5 0 0 1 u x、 照射時間を 4 h rと想 定すると、 最少の取得電流は⑤式より
最少の取得電流 =時計消電 X 24 h r X昇圧倍率 ÷照射時間 ÷昇圧効率
=0. 5 3 AX 24h r X 3÷4 h r÷ 9 0
= 1 0. 6 A
となる。
次に、 第 9図の見切り径に対する取得電流のグラフから、 取得電流 1 0. 6 X Aに対する見切り径はおよそ 2 5 mmであることが読み取れる。 すなわち、 時計として機能するのに十分な発電量を得るには、 見切り径を 2 5 mm以上とす れば良いことが確認できた。
なお、 第 8図に示す女性用時計では、 見切り径が 2 4 mmまでは時計構造的に 可能であることを示したが、 本実施形態の説明に用いた時計ムーブメントにおい ては、 時計消電に対する発電性能から見切り径を 2 5 mm以上とすれば良い。 このように本発明によれば、 長さ約 9 6 . 8 mm、 幅 2 . 4 mm、 厚さ 1 5 mm程度の細長い帯形状を有するソーラーセル 2を用いて、 見切り径が 2 5 m m以上のソ一ラ一セル付き電子時計を駆動することが可能となる。 もちろん、 時 計ムーブメントの低消電化が進んだり、 見返しリング 1 0における受光効率が向 上したり、 ソ一ラーセルの発電能力の性能が向上したりすれば、 見切り径が 2 4 mm以下のソーラーセル付き電子時計を駆動することも可能である。
受光効率は文字板の色によっても左右される。 すなわち、 文字板での光の反射 が起こりやすい白や明るい色の文字板を使うと受光効率が大きくなり、 文字板色 が黒色では小さく、 黒色と白色とでは白の方が受光効率は倍以上となるため、 明 るい色の文字板を使えば更に見切り径の小さな時計が可能となる。
更に、 本発明の実施形態の説明では、 帯状の単セルのソーラーセルを用いて説 明を行ったが、 ソ一ラ一セル 2を長手方向に上下二分割した二段セル等のソ一ラ 一セルを用いることも可能である。
第 1 0図及び第 1 1図は本発明の別の実施形態であり、 本発明による時計ムー ブメントを使って文字板の形状が楕円及び隅丸の長方形のデザインの時計に用い た例を示す。 中枠 9の形状が楕円等の形状をしている他は前述の実施形態と同じ であり、 中枠 9の図示しない段部に完成ソーラーセル 1を配置すると共に、 中枠 9に時計ム一ブメント 5を嵌め込み、 完成ソーラーセル 1を時計ムーブメント 5 に接続した状態を示す。 このようにすれば、 見切り形状が丸以外のソ一ラ一発電 時計にも応用可能である。
但し、 見切りの形状、 大きさにより見切り形状の周長が、 ソーラーセルよりも 長い場合には、 ソ一ラ一セルが開いた形状となる。 しかしながら、 この場合でも 中枠の色調をソーラーセルの色調と合わせることによって、 時計外部から切れ目 を目立たなくすることが可能である。
第 1 2図〜第 1 6図は本発明のさらに別の実施形態であり、 本発明による時計 ムーブメントを使って文字板の形状力長方形、 樽形等の小さい半径の角を有する デザィンの時計に用いた例を示す。
腕時計の文字板の形状は、 外装ケースのデザインに合わせ、 円形のみならず、 長 方形、 樽形状などさまざまな形状をとることは周知のことである。 一方、 ソーラ 一セルの光発電部材として採用されているアモルファスシリコンは、 小さい半径、 例えば 5 0 0 m以下で曲げるとそのアモルファスシリコンに亀裂破壊が生じ てしまう。 従って、 長方形、 樽形状等の角部に合わせてソーラーセルを曲げると、 アモルファスシリコンは光発電部材としでの役割を果たさなくなる。 このため、 長方形、 樽形状等の小さい半径の角部を有する文字板の電子時計にはソーラーセ ルを文字板に対して垂直に配置する構造を採用することができなかった。
本実施形態のソーラーセル付き電子時計は、 上記課題を解決し、 幅広い時計の デザィンに対応できるようにしている。
第 1 2図に示すソ一ラー付き電子時計の文字板 7は、 外周形状が矩形の一つで ある長方形の場合を示している。 この文字板 7の外形は、 主要な外周を形成する 複数の辺 7 a、 7 b、 7 c、 7 dと、 これら複数の辺と辺 7 dと 7 a、 7 aと 7 b、 7 bと 7 c、 7 cと 7 dを接続するための角部 （交点） 7 e、 7 f、 7 g、 7 hを有している。
完成ゾーラ一セル 1は文字板 7の角部 7 e、 7 f、 7 g 7 h以外に配置され る複数の光発電部 （光発電領域） l a、 l b、 l c、 I dを備えている。 複数の 光発電部 l a、 l b、 l c、 1 dは、 直列に配置すると共に、 電気的には並列に 接続した帯状に形成してある。 この完成ソーラーセル 1は破線で示すように前記 文字板 7の前記複数の辺 7 a、 7 b、 7 c、 7 dに沿って配置されている。
第 1 3図は、 第 1 2図の A— A断面図で、 従来の電子時計のように文字板 7の 下には電子時計のムーブメント 5が配置されている。 6は外装ケ一ス、 9は電子 時計のムーブメント 5を保持するための中枠で、 中枠 9をムーブメント 5の外側 と外装ケース 6との間に介在させることによりム一ブメント 5は外装ケース 9に 保持されている。
完成ソーラーセル 1は、 その受光面 1 rが文字板内周側になるように中枠 9の 土手部 9 aに立てかけた状態で、 第 1 2図の破線で示すように文字板 7の複数の 辺 7 a、 7 b、 7 c、 7 dに沿って文字板 7に対し略垂直にリング状に配置され る。 見返しリング 1 0は、 完成ソーラーセル 1の受光面 1 r側に配置され、 帯状 のソーラーセル 1の保持と電子時計の見栄えをよくしている。 見返しリング 1 0 は、 光を入光できるような透光性の素材で作られており、 完成ソーラーセル 1と 同様に文字板 7に対しリング状に配置されている。
以上のように、 完成ソーラーセル 1を文字板 7の複数の辺 7 a、 7 b、 7 c、 7 dに沿って文字板 7に対し略垂直に配置すると、 第 1 2図に示す D、 E、 F部 において帯状の完成ソーラーセル 1は、 文字板 7の長方形の角部 7 e、 7 f 、 7 hに対応する個所が折り曲げられて中枠 9の土手部 9 aと見返しリング 1 0の間 で保持されることになる。
次に、 第 1 4〜 1 6図に基づいて帯状の完成ソーラーセル 1の構造について説 明する。 なお、 第 1 2図に示す D、 E、 F部に対応する完成ソーラーセル 1の部 分を、 第 1 4図の展開図の中で d、 e、 f部として示した。
完成ソーラーセル 1は、 基板 2に光発電部を構成するアモルファスシリコン層 を実装してある。 アモルファスシリコン層 2 1は、 光エネルギーを電気工ネルギ —に変換するための光発電部である。 本実施形態では、 基板 2として、 プラスチ ック製のフィルム基板を用いている。 このフィルム基板 2の上にはアルミ等の金 属箔 2 2が形成してある。 この金属箔 2 2は、 前述のアモルファスシリコン層 2 1の発電する電力を取り出す陽極側の電極となる。
第 1 4図に示す帯状の完成ソーラーセル 1の d、 e、 f部はいずれも同一の断 面構造を有している。
ここで、 d部の断面構造の B— B断面図を第 1 5図に、 C一 C断面図を第 1 6図 に示す。 金属箔 2 2は、 第 1 6図においては、 図中、 右側のアモルファスシリコ ン層 2 1 dと、 左側のアモルファスシリコン層 2 1 cの同じ極を接続する共通の 電極となっており、 第 1 5図においては、 両側のアモルファスシリコン層 2 1 c 及び 2 1 dをつなぐのではなく、 独立したパターンとなり、 後述する接続電極 2 2 aとなる。
透明導電皮膜 2 3は、 アモルファスシリコン層 2 1の上面に形成してあり、 ァ モルファスシリコン層 2 1の入射光側に形成し、 発電電力の陰極側の電極となる。 絶縁部材 2 4は、 左右に分断したアモルファスシリコン層 2 1の上下の電極、 透明導電皮膜 2 3と金属箔 2 2の短絡を防止するためのものである。 導電部材 2 5は、 右側のアモルファスシリコン層 2 1 dの上面に形成した透明 導電皮膜 2 3と、 左側のアモルファスシリコン層 2 1 cの上面に形成した透明導 電皮膜 2 3及び接続電極 2 2 aとを電気的に接続するものである。 この結果、 右 側のアモルファスシリコン層 2 1 dと左側のアモルファスシリコン層 2 1 cは、 電気的に接続される。
保護皮膜 2 6は、 ソーラーセル 1の表面を覆う透明な絶縁材である。
以上のように、 透明導電皮膜 2 3は、 左右のアモルファスシリコン層 2 1 c、 2 1 dの上面側に配置された陰極側の電極となり、 接続電極 2 2 aと導電部材 2 5によって電気的に接続される （第 1 5図） 。 また、 左右両方のアモルファスシ リコン層 2 1 c、 2 1 dの下面の陽極側の電極は、 金属皮膜 2 2によって電気的 に接続される （第 1 6図） 。 同様にして、 第 1 4図に示す各アモルファスシリコ ン層 2 l aと 2 1 d、 2 1 dと 2 1 cに接続され、 各アモルファスシリコン層 2 l a、 2 1 , 2 1 c、 2 1 dは並列に接続されている。
完成ソーラーセル 1の右側端部には、 4個アモルファスシリコン 2 1 a、 2 1 b、 2 1 c、 2 1 dが発電する電力を電子時計のムーブメント 5へ接続するため の接続端子 4が圧着されている。
以上のような完成ソ一ラ一セル 1をソーラーセル付電子時計の外装ケース 6に 収納するにあたっては、 第 1 4図に示した d部が第 1 2図に示した D部へ、 同様 に e部が E部へ、 f部が F部へと組み込まれて収納される。
アモルファスシリコン層 2 1は、 非常に脆いので、 曲げ半径が大きい場合は問 題ないが、 曲げ半径が小さい場合には耐えられず亀裂が生じる。 その亀裂の発生 は、 上下の電極を構成する金属電極 2 2と透明導電皮膜 2 3との短絡、 あるいは、 水分の浸入による短絡などをもたらし、 発電機能を損なう要因となる。
しかしながら、 本実施形態の完成ソーラーセルによれば、 小さい半径での曲げに 耐えられる構造となっているので、 文字板 7の各角部 7 e、 7 f 、 7 g、 7 hに 対応する部分に亀裂を生じることがなく、 それぞれのアモルファスシリコン層 2 1の電気的接続が確保される。
なお、 第 1 4図に示す実施形態では、 一枚の完成ソーラーセルに四個のァモル ファスシリコン層を電気的に並列に接続したソーラーセル付き電子時計を構成し ていたが、 第 1 7図に示すような構成の実施形態とすることもできる。 すなわち、 基板 2の幅方向に複数の帯状のアモルファスシリコン層 2 1を配置し て、 これら複数のアモルファスシリコン層 21を電気的に直列接続したソーラー セルユニットを構成する。 そして、 このソーラーセルユニットを文字板 7の複数 の辺に対応する数だけ設け （第 17図では、 四辺 7 a、 7 b、 7 c、 7 dに対応 する四つのソーラーセルュニット 21 a' 、 21 ' , 21 c ' 、 21 d， ） 、 これらソーラーセルユニットをそれぞれ文字板 7の辺に沿って、 かつ、 文字板に 対してほぼ垂直に配置する。 一方、 文字板 7の角部 7 a、 7 b、 7 c、 7 dと対 応する部分には、 可撓性の導電部材 27を配置する。 また、 前記複数のソーラー セルュニッ卜は、 電気的に並列接続して完成ソーラーセルとしてある。 産業上の利用可能性
本発明によれば、 見返し部にソーラーセルを配置することによって、 金属文字板 を使用したソーラーセル付き電子時計を提供することができ、 更に見切り径サイ ズにかかわらず共通の時計ムーブメント及び共通の完成ソーラーセルを使用可能 なソ一ラ一セル付き電子時計を提供することができる。

Claims

請 求 の 範 囲
1 . 時計ムーブメントと、 該時計ムーブメントを収納する時計ケースと、 前記 時計ムーブメントを前記時計ケース内に収納して保持するための中枠と、 ゾーラ 一セルと、 文字板とを備え、 前記ソーラーセルを前記文字板に対して略垂直に配 置したソーラーセル付電子時計において、 ' 前記ソーラーセルを前記中枠に設けたソーラーセル位置決め部に配置したことを 特徴とするゾーラ一セル付電子時計。
2 . 前記ソーラーセルを、 可撓性を有する基板上に形成した細長い帯状のソー ラーセルとした請求項 1記載のソーラーセル付電子時計。
3 . ソーラーセルの正負電極を前記ソーラーセルの同一側端部に配置した請求 項 1又は 2記載のソーラーセル付電子時計。
4. 前記ソーラーセルの発電電力を取り出す引き出し電極と、 前記ソーラーセ ルとを別個に製造し、 接合した請求項 1又は 2記載のソーラ一セル付電子時計。
5 . 前記文字板が、 主要な外周形状を形成する複数の辺と、 該複数の辺と辺の 交点を接続するための角部を有する文字板であって、 前記ソーラーセルが、 前記 文字板の前記複数の辺に沿って、 かつ前記文字板に対し略垂直に配置した複数の 光発電部を有し、 該複数の光発電部をそれぞれ電気的に並列接続した請求項 1記 載のソ一ラ一セル付電子時計。
6 . 前記光発電部が、 基板の幅方向に複数のアモルファスシリコン層を配置し、 電気的に直列接続して構成してある請求項 5記載のソーラーセル付電子時計。
7 . 前記複数の辺と前記角部とで形成される前記文字板の外周形状が矩形であ る請求項 5又は 6記載のソーラーセル付電子時計。 8 - 前記複数の辺と前記角部とで形成される前記文字板の外周形状が樽形であ る請求項 5又は 6記載のゾーラ一セル付電子時計。
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