(57)【要約】【課題】  リング状のフィルムソーラーセルを文字板外周に配置したソーラーセル搭載腕時計は、文字板の材質にこだわらないデザイン自由度で優れている。しかし、ムーブメントから離れて実装するため、従来の帯状ソーラーセルには、回路に接続するための特別な構造が必要となり、それがコスト増あるいは信頼性に対する課題を生じさせていた。【解決手段】  ムーブメントと、ムーブメントを収納するケースと、ソーラーセルと、文字板とを有するソーラーセル搭載腕時計において、ソーラーセルは細長い帯状を有し、文字板の外周部にリング状に湾曲して配置しており、ソーラーセルの一端部は湾曲したリングに対し略垂直方向に折り曲げられ、端部は文字板の下面にあるムーブメントへ至るよう引き込まれ、文字板と平行に位置する回路基板に電気的に接続される構造とした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路基板を備えるムーブメントと、該ムーブメントを収納するケースと、ソーラーセルと、文字板とを有するソーラーセル搭載腕時計であって、前記ソーラーセルは帯状を有し、前記文字板の外周部にリング状に湾曲して配置しており、前記ソーラーセルの一端部は湾曲したリングに対し略垂直方向に折り曲げられ、前記端部は前記文字板の下面にある前記ムーブメントへ至るよう引き込まれ、前記回路基板に接続されるソーラーセル搭載腕時計。
【請求項２】
前記ソーラーセルは、発電部と接続電極と、該発電部と接続電極を結合する引き出し電極を有し、該引き出し電極部分において折り曲げを行うことを特徴とする請求項１に記載のソーラーセル搭載腕時計。
【請求項３】
前記引き出し電極は、可撓性を有する材料で形成されており、その長さは前記ソーラーセルの幅よりも長いことを特徴とする請求項２に記載のソーラーセル搭載腕時計。
【請求項４】
前記引き出し電極と前記接続電極とは、同一材料で形成されていることを特徴とする請求項２または請求項３に記載のソーラーセル搭載腕時計。
【請求項５】
前記ソーラーセルに施す前記折り曲げ箇所は、複数存在することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のソーラーセル搭載腕時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光発電エネルギーを利用して駆動するソーラーセル搭載腕時計であって、特に帯状のソーラーセルを腕時計の外周部に配置するとともに、容易に回路基板と接続をとれるソーラーセルの構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ソーラーセルは、太陽エネルギーを電気エネルギーに直接変換するものとして、近年各所で多くの利用がなされている。とりわけ可動部分が無いことや、平面状に形成されることから、携帯性を要求される様な電子機器には非常に好都合な発電素子である。その代表的な応用例としては、腕時計がある。
【０００３】
従来腕時計ではソーラーセルは時計駆動の本体となるムーブメントと文字板の間に配置して、文字板を透過した光によって発電を行う方式をとっていた。従って、文字板には一定量以上の光を透過させなければいけないという制約条件があり、デザイン自由度を制限させていた。そこで文字板の材質にこだわらないソーラーセルの配置が望まれていた。
【０００４】
これに対し、近年可撓性の基板に形成した帯状のソーラーセルを、文字板の外周部にほぼ垂直に立ててリング状に配置させることで、文字板の選択を自由に出来る構造が考えられ、実用化に至っている。
【０００５】
ここで従来のように文字板とムーブメントの間にソーラーセルを配置する場合は、ソーラーセルから電気エネルギーを伝達する回路基板は、直近のムーブメントにあるため両者間の配線は容易であった。しかし、文字板外周にソーラーセルを配置することになり、回路基板と位置的にずれること、また基本的に文字板と平行に位置している回路基板に対しソーラーセルは垂直の向きをなすことなどから、両者の配線には多少の工夫が必要となった。
【０００６】
そこで、接続用の電極を設けた帯状のソーラーセルが提案された。これについては、たとえば特許文献１に記載されている。この従来の方法では、帯状の基板に発電層が形成されているが、帯の両端がＬ字形状をなしており、Ｌ字の部分に外部との接続電極を設けている。これにより、ソーラーセルをリング状に湾曲させ、文字板外周に配置してもＬ字部分は文字板より下のムーブメント方向に延伸するため、ムーブメントにある回路基板との電気接続が可能となる。
【０００７】
ここで工業的にソーラーセルを製造する場合、一つのフィルム上に多数個を同時に形成し、工程後半にて分割して単個にすることでコストを低減するのが一般的である。しかし、この従来方法では、ソーラーセルがＬ字部分を有しているため、同一フィルムに多数個並べたとしても、
近接して効率よく配置するのが難しく、量産性に欠けていた。また、形状が複雑なため、分割するのにも手間がかかってしまう。
【０００８】
そこで、量産性を考慮してソーラーセルを出来る限り単純な形状に改良したものが、たとえば特許文献２に示されている。この従来例では、ソーラーセルの基本的な形状は帯状の長方形を有している。これであれば、製造をするにしても、同一基板内に密にセルを配置することが可能となり、また単純形状であるため分割も容易であることから、非常に量産性を有している。
【０００９】
ただし、単なる帯状のソーラーセルでは、文字板外周にリング状に配置した場合、文字板の下にある回路基板との接続は不可能となるため、この従来例では、別な部材として引き出し電極を用意し、リング状となるソーラーセルに垂直になるよう電気的に接合している。
この引き出し電極を付加することによって、ソーラーセルの電気接続は文字板の下にも延長することが可能となり、回路基板との導通をとることも出来るようになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】実公昭６２−４２３９０号公報（図１、図４）
【特許文献２】国際公開第２００４／０６６０４２号パンフレット（図１、図６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述のように、特許文献２の帯状ソーラーセルはソーラーセルとしての量産性は優れており、また実装した場合の電気接続も可能とはなった。しかし、ソーラーセル自体の量産性があがり低コスト化できる半面、別の引き出し電極部材が必要なことから、その材料費分あるいはソーラーセルと引き出し電極を接着する工程が増えることによるコストアップは避けられない。
【００１２】
また、このソーラーセルはリング状に湾曲させることから、引き出し電極との接合部分にも湾曲による応力が付加される。これにより、接着部分のはがれ、あるいは接触抵抗の増加などの問題が生じる虞がある。
【００１３】
そこで本発明の目的は上記の問題を解決し、単純形状の帯状ソーラーセルでありながら、文字板周囲にリング状に配置しつつ、余分な材料を用いることなく、回路基板とも良好に接続が可能なソーラーセル搭載腕時計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の目的を達成するために、本発明のソーラーセル搭載腕時計においては、下記に記載する手段を採用する。
【００１５】
回路基板を備えるムーブメントと、ムーブメントを収納するケースと、ソーラーセルと、文字板とを有するソーラーセル搭載腕時計において、ソーラーセルは細長い帯状を有し、文字板の外周部にリング状に湾曲して配置しており、ソーラーセルの一端部は湾曲したリングに対し略垂直方向に折り曲げられ、端部は文字板の下面にあるムーブメントへ至るよう引き込まれ、回路基板に電気的に接続される。
【００１６】
帯状のソーラーセルは、発電部と接続電極と、発電部と接続電極を結合する引き出し電極を有し、引き出し電極部分において折り曲げを行うことを特徴とする。
【００１７】
引き出し電極は、可撓性を有する材料で形成されており、その長さはソーラーセルの幅よりも長いことを特徴とする。
【００１８】
引き出し電極と接続電極とは、同一部材で形成されていることを特徴とする。さらに、ソーラーセルに施す折り曲げ箇所は、複数存在することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のソーラーセル搭載腕時計では、リング状に配置する帯状のソーラーセルは、略
長方形の単純な形状であることから、製造する場合同一基板上に多数のセルを効率よく配置することが可能である。また、単セルへの分割も容易であることから、低コストのセルが実現できる。
また、ソーラーセルの一部分を変形することで回路への接続が行えることから、接続用のための別部材を必要とせず、材料コストとして有利である。そして部材が複合されず、一体化していることから、接着部分の電気的接触不良の問題も回避でき、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態における腕時計搭載用ソーラーセルの平面図である。
【図２】本発明の実施形態における腕時計搭載用ソーラーセルの側面図である。
【図３】本発明の実施形態における腕時計搭載用ソーラーセルを折り曲げたところを示した平面図である。
【図４】本発明の実施形態における腕時計搭載用ソーラーセルをリング状に湾曲させたところを示した斜視図である。
【図５】本発明の実施形態におけるソーラーセル搭載腕時計の断面図である。
【図６】本発明の実施形態における腕時計搭載用ソーラーセルを複数回折り曲げたところを示した平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
まず、はじめに本発明の腕時計に搭載するソーラーセルの構造について説明する。図１には本発明のソーラーセル搭載腕時計に用いるソーラーセルの平面図を、また図２にはその側面図を示している。
なお、図１、図２共に、後述の折り曲げを加える前の状態を示している。
【００２２】
ソーラーセル１は、有機物からなる透明なフィルム基板１０を利用して、その上に透明導電性材料からなる下部電極２０が形成されている。ここでフィルム基板１０には、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）やＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）などのフィルムを用いる。このフィルムは、耐熱性が高いことからある程度高温の成膜プロセスに耐えうること、硬さと張りが強いことから成膜後の膜応力に耐えうること、などの特性を考慮して選ばれる。
【００２３】
また下部電極２０には、一般的にインジウム・スズ酸化物、酸化スズ、酸化亜鉛などの透明性を有する無機酸化物が用いられ、それぞれの酸化物ターゲットを利用したスパッタリング法などによって、フィルム基板１０上に形成される。成膜の際は、所望の形状に切り抜かれたメタルマスクを利用して、長方形に形成しておく。
【００２４】
下部電極２０の上には、光電変換層２５が設けられているが、光電変換層２５は、ｐ型アモルファスシリコン半導体とｉ型アモルファスシリコン半導体とｎ型アモルファスシリコン半導体の３層構造になっている。光電変換層２５は、それぞれの半導体層をプラズマＣＶＤ法を利用して積層することで作成される。
【００２５】
さらにその上には、上部電極３０が設けられている。上部電極３０は金属の薄膜からなっており、一般的にはやはり金属ターゲットを用いたスパッタリング法で形成される。金属は導電性が高く、光学的反射率も高いものが好ましく、アルミ、金、銀、プラチナなどが一般的に用いられる。なお、上部電極３０の強度を保つために、その上層にチタンなどの硬さのある金属を積層する場合もある。
【００２６】
ここまで述べたのがソーラーセル１の発電部３５の基本的な構造であるが、外部への接続を考えた場合、下部電極２０も部分的には露出している必要がある。そこで、上部電極
３０あるいは光電変換層２５はメタルマスクを用いて成膜するか、あるいは全面成膜の後にその一部をエッチングにより除去して、切り欠き部３１を設けた形状にし、下部電極２０が露出した形とする。
【００２７】
発電部３５の上下の電極に電気的に接続するよう、引き出し電極４０が形成されている。引き出し電極４０は変形可能であることが必要であるため、本発明では可撓性の金属膜を利用した。スパッタリング法を用いて基板と密着をとるためのチタン層を薄く形成し、その上に銅の膜をやはりスパッタリング法により形成する。さらにメッキにより銅の厚みを重ね、余分な部分をエッチングで除去し、引き出し電極４０が作成されている。
【００２８】
金属の材料としてはその他、銀、銅、アルミニウムなどの材料も利用可能であり、スパッタリング法により十分な厚さが得られれば、メッキによる厚膜化は必要ない。
【００２９】
ソーラーセル１の接続側端部１５付近には、２つの接続電極５０が設けられ２本の引き出し電極４０とそれぞれ接合している。これは、最終的にソーラーセル１を腕時計内部に搭載した時、回路基板の端子と電気接続をする部分である。また２つの接続電極５０の間にはスルーホール５５を設けている。これは、回路基板との接続の際にねじ止めをするときに利用する。
【００３０】
接続電極５０は、導電性樹脂ペーストをスクリーン印刷することで、形成されている。材料としては、エポキシ系樹脂にカーボン微粒子を混練したものであり、印刷後に加熱硬化することで、必要な導電性を発現している。導電性樹脂には、エポキシ系樹脂のほか、アクリル系樹脂、シリコーン系樹脂などを利用することも可能である。そして、材料の種類により、可撓性を発現するものもあるため、そのような材料を用いることで、接続電極５０の材料で引き出し電極４０も一体化して形成することも可能である。
【００３１】
後に述べるが、本発明では引き出し電極４０の途中にて、ソーラーセル１は折り曲げる必要がある。しかし、発電部３５や接続電極５０の部分は折り曲げから避ける必要があるため、引き出し電極４０の長さは、少なくともソーラーセル１の幅よりも大きい必要がある。
【００３２】
なお、以上の構造で本発明に必要なソーラーセル１の機能は果たすことが出来るが、耐湿性、耐衝撃性などの信頼性を向上させるため、あるいは他の導電材料に触れてのショートを防ぐために、保護膜を形成しておいたほうが良い。保護膜は、エポキシ樹脂やアクリル樹脂を塗布することで形成できるが、発電部３５全体を覆うだけでも良いが、接続電極５０以外のほぼ全面を覆った方が効果的である。
【００３３】
以上の構造を持ったソーラーセル１は、腕時計内部に実装するために本発明特有の変形を加える。それを示したのが、図３の平面図である。図３は、発電部３５については図１の裏面から見た図となっている。
【００３４】
ソーラーセル１は接続側端部１５に近い、引き出し電極４０部分において、それぞれの側面がおよそ直角になるように折り返されている。これによって接続電極５０部分は発電部３５とは位置関係がずれたところでの接続が可能となる。なお、この折り曲げ部６０は、可撓性のある引き出し電極４０部分でのみ行い、安全のため発電部３５や接続電極５０部分には及ばないようにしなければならない。また、図３においては、引き出し電極４０が形成されている面を外側にして折り曲げているが、引き出し電極４０を内側にして折り曲げても良い。その場合、引き出し電極同士のショートが生ずる可能性があるため、前に述べた保護膜は引き出し電極４０上も必ず覆うように形成する必要がある。
【００３５】
折り曲げたソーラーセル１は、今度は発電部３５においてリング状に湾曲させる。それを示したのが、図４である。図４のように、ソーラーセル１の基板１０が内側になるように湾曲させてリング状にするが、発電側端部１６は、折り曲げ部６０を通り越し、折り曲げ部６０が完全に発電部３５によって覆われる位置まで重ねられる。これによって、腕時計の内部に搭載した時、リング全面で発電が行えるとともに、折り曲げた形状も見えなくなることから、発電量と見栄えともに良好になる。なお、当然ながらこの構造では、リングの内面側から光を照射して発電するようになっている。
【００３６】
続いて、上記のリング形状のソーラーセル１を腕時計内部に搭載した構造を説明する。図５には本発明のソーラーセル搭載腕時計の要部断面図を示している。
【００３７】
まず腕時計には、回路基板５を備えるムーブメント２がある。ムーブメント２は、図示は省略するが、さらに機械要素、水晶振動子、二次電池などを備える。ムーブメント２はケース３の内部に収納されているが、位置的な固定のために、中枠６が設けられている。ムーブメント２の上には文字板４が供えられており、そして、文字板４の外周に先ほどリング状に湾曲させたソーラーセル１が配置されている。
【００３８】
リング状のソーラーセル１の内側には、見切りリング９が備えられており、外側に位置する中枠６の一部分との間にソーラーセル１は挟まれて固定がなされる。なお、見切りリング９は外部光がソーラーセル１に到達するよう、透明なプラスチック材料で出来ており、腕時計としての見栄えも良くしている。
【００３９】
ソーラーセル１は先の図４に示したように、リング状に湾曲し、接続端部１５付近を折り曲げた構造になっており、そのリング状の部分が文字板４の外周部に設置される。図５はそのリングの断面を見たところであるため、折り曲げ部の近くでは、セルは３層の構造になっている。
【００４０】
そして折り曲げて向きが変わった接続端部１５は、文字板４の外周から下方向に引き込まれ、ムーブメント２にまで達している。ムーブメント２には、回路基板５が設けられているが、引き込まれた接続端部１５はほぼ回路基板５の部分に達する長さになっている。
【００４１】
図示はしていないが回路基板５には、エネルギー入力用端子が設けられており、ソーラーセル１の接続電極５０と位置合わせがなされる。図４からも分かるように、このように引き込まれた場合、接続電極５０の設けられた面は回路基板５側を向くため、入力用端子と直接接触することが可能となる。位置合わせがなされた状態で、押さえ板７を重ね、それを押さえネジ８により押圧することで、良好な電気接触を得ることが出来る。なお、押さえネジ８はソーラーセル１のスルーホール５５を貫通させることで、さらに固定を確かなものとしている。
【００４２】
以上のような構成により、本発明のソーラーセル搭載腕時計は完成する。簡単に動作を説明すると、腕時計が外部光にさらされると、文字板４外周のソーラーセル１の内側に直接光が、あるいは文字板４を反射した光が到達し、発電部３５にて電気エネルギーへと変換される。電気エネルギーは引き出し電極４０を経由し、ムーブメント２へと引き込まれた接続電極５０から電気回路に到達することが出来る。このエネルギーで時計は継続して動作することとなる。
【００４３】
これまで説明した本発明の実施形態においては、腕時計搭載用のソーラーセル１は、その基板１０が内側になるようにリング状に湾曲させていた。これは、リングの内周部からの入射光を利用するためであるが、腕時計のケース３に透明な部分を設け、外周側から光を入射させる構造も実現することが出来る。その場合は、ソーラーセル１は基板１０が外
側を向くように湾曲させて利用する。
【００４４】
しかし、図４からも容易に想像できるように、ソーラーセル１をリング状にする向きを変えることで、接続電極５０が裏返るという課題がある。そこで、その場合は２回の折り曲げを施しても良い。２回の折り曲げを行ったソーラーセル１を図６に示した。図６から分かるように、２箇所の折り曲げ部６０を有するソーラーセル１は、図３にある１箇所の折り曲げ部６０を有するものと比べると、接続電極５０が現れる面が裏返っている。それにより、ソーラーセル１の基板１０面を内側に湾曲させた時と同じように、回路基板５との接続面を利用することは可能となる。
【００４５】
また、２回に限らず、複数回の折り曲げを行うことで、接続電極５０の位置や向きを変更することが可能である。これにより、さまざまな場所での回路基板５との接続が可能となる。また、折り曲げの角度も、図では約９０度になっているが、必要に応じて変えることも可能である。なお、折り曲げることにより対向したフィルム同士は、粘着性の両面テープなどを介在させ貼り付けておくことで、その後の工程を安定して行うことが出来る。
【００４６】
さらに本発明におけるソーラーセル１には、スルーホール５５を設け、回路基板に固定する際にネジ８を貫通させるように利用した。しかし、押さえ板７をソーラーセル１の接続端部１５よりはみ出すように作成し、ソーラーセル１の外部にてネジ止めが出来るように設計すれば、スルーホール５５は必ずしも必要はない。
【符号の説明】
【００４７】
１  ソーラーセル
２  ムーブメント
３  ケース
４  文字板
５  回路基板
６  中枠
７  押さえ板
８  押さえネジ
９  見切りリング
１０  基板
１５  接続側端部
１６  発電側端部
２０  下部電極
２５  光電変換層
３０  上部電極
３５  発電部
４０  引き出し電極
５０  接続電極
５５  スルーホール
６０  折り曲げ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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