(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
時刻を表示する時刻表示体と風防ガラスの間に、リング状太陽電池と見切りリングとを備え、
前記リング状太陽電池は、短冊状の基板に光電変換層が形成されて、該光電変換層の光入射方向が時計中心を向き、且つ前記時刻表示体の外縁部に沿って直立する様に、円筒状に丸めて配設されており、
前記見切りリングは、前記リング状太陽電池の時計中心側であり、且つ時刻表示体の表示領域外に配置した、採光面または光導出面に半透過性膜を有する透光性のプリズムであることを特徴とする太陽電池時計。
【請求項２】
前記見切りリングにおける、時計中心側の採光面を、ディンプル形状、エンボス形状、またはピラミダル形状のいずれかの構造としたことを特徴とする特許請求の範囲１項に記載の太陽電池時計。
【請求項３】
前記見切りリングにおける、前記リング状太陽電池と対向する光導出面を、ディンプル形状、エンボス形状、またはピラミダル形状のいずれかの構造としたことを特徴とする特許請求の範囲１または２項に記載の太陽電池時計。
【請求項４】
前記見切りリングの採光面または光導出面に、紫外線を可視光に変換できる波長変換層が形成されてなる事を特徴とする特許請求の範囲１から３のいずれかに記載の太陽電池時計。
【請求項５】
前記見切りリングにおける前記時刻表示体に接する端面に、光反射性の金属薄膜が形成されていることを特徴とする特許請求の範囲１から４項のいずれかに記載の太陽電池時計。
【請求項６】
前記見切りリングにおける前記時刻表示体に接する端面とともに、前記風防ガラスに対向する端面の両端面とが、光反射性の金属薄膜で覆われていることを特徴とする特許請求の範囲５項に記載の太陽電池時計。
【請求項７】
前記時刻表示体が、時計用文字板または液晶表示パネルからなることを特徴とする請求項１から６項のいずれかに記載の太陽電池時計。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光電変換の太陽電池を有し、時計を駆動する電池交換が不要の太陽電池時計に関する。さらに詳しくは、風防ガラスを透過する光の一部を太陽電池に導く機能を有した電池交換不要の太陽電池時計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽電池時計は光エネルギーを電気エネルギーに変換して時計駆動に利用するため、一般のクォーツ時計に内蔵される電池の消耗により、駆動が突然停止してしまうという心配がない。また、光エネルギーがある限り発電を続ける事が可能であるので、内蔵電池の交換が不要である。よって、使用済みの廃棄電池が発生することもないので、太陽電池時計には環境負担が小さい等の利点がある。
【０００３】
通常使用されている太陽電池時計の構造は、多くの発電効率を得るために文字板上に太陽電池を剥き出しにして配置したり、図６ａに示すように、文字板５裏面に太陽電池３０を配置していた。この構造に於ける文字板５は、半透過性である必要があるため文字板材料が限定されてしまうという問題点があった。
【０００４】
しかし、これら問題点を鑑みて実公昭６２−４２３９０において、風防ガラスと文字板との間の隙間に文字板最外周部に直立したリング状太陽電池装置を配設した太陽電池時計（図示せず）や、特公昭６３−５５０３８（図６ｂ）における、風防ガラス１の周囲に２本の導光リング４０を設け、その隙間に文字板に対し直立したリング状のフレキシブル基板の両面に係着された太陽電池装置を嵌合させて、風防ガラスから入射する光を有効に取り込む事ができる時計構造が提案された。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、デザインの制約を受けない文字板を使用するために、文字板の外周部にリング状太陽電池を直立して配置しても、風防ガラスに対し斜めからの入射光しか発電に寄与できず、二次電池への給電量が少なすぎるという問題点があった。
【０００６】
また、特公昭６３−５５０３８（図６ｂ）に記載された手段を採用した場合、風防ガラス１が特殊構造を要するので、風防ガラスに多く使用されているサファイアガラス等の硬質ガラスを用いることはできなかった。よって、この構造を採用しても、十分な給電量を得ることは出来るが、導光手段を有する風防ガラスの材質に軟質の材料を使用しなくてはならないという問題点があった。
【０００７】
本発明の目的は、デザインを制約されない文字板を使用でき、且つ時計の部品点数を増やすことなく十分な給電を行うことが出来る太陽電池時計を提案することである。
【０００８】
【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の太陽電池時計は、下記記載の手段を採用する。
【０００９】
すなわち、本発明の太陽電池時計は、リング状太陽電池と見切りリングとを備え、前記リング状太陽電池は所定の形状の太陽電池が円筒状基板の少なくとも片面に配置されて、該リング状太陽電池の光入射方向が時計中心を向き、且つ時計の時刻を表示する時刻表示体の外縁部に沿って直立して配設されており、前記見切りリングは透光性を有しており、且つ該リング状太陽電池の時計中心側で時刻表示体の表示領域外に配置されていることを特徴とする。
【００１０】
本発明の太陽電池時計は、前段見切りリングの時計中心側の端面である採光面とリング状太陽電池と対向する端面である光導出面のいずれかまたはその両端面が、ディンプル形状、エンボス形状、ピラミダル形状のいずれかの構造であることを特徴とする。
【００１１】
本発明の太陽電池時計は、前段見切りリングの採光面または光導出面に半透過性膜が形成されてなることを特徴とする。
【００１２】
本発明の太陽電池時計は、前段見切りリングの採光面または光導出面に紫外線を可視光に変換できる波長変換層を形成されてなる事を特徴とする。
【００１３】
本発明の太陽電池時計は、前段見切りリングの時刻表示体に接する端面に可視光域での光反射率が高い金属薄膜が形成されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の太陽電池時計は、前段見切りリングの時刻表示体に接する端面と風防ガラスに対向する端面の両端面が可視光域でも光反射率が高い金属薄膜で覆われていることを特徴とする。
【００１５】
本発明の太陽電池時計は、前段見切りリングに使用されている部材よりも高屈折率である微粒子が該見切りリング内に分散されていることを特徴とする。
【００１６】
本発明の太陽電池時計は、前段見切りリングに紫外線を可視光に変換できる波長変換機能を有する微粒子が該見切りリング内に分散されていることを特徴とする。
【００１７】
また、前記時刻表示体は時計文字板、液晶表示パネルのいずれでもよい。
【００１８】
（作用）
本発明を採用した太陽電池時計は、従来の時計で使用されている見切りリングを透光性部材とし、集光及び導波作用を持たせることで十分な光を採光することができ、情報表示体の表示領域外に直立したリング状太陽電池であても、時計を駆動するのに十分な給電することができる。
【００１９】
しかも本発明により、時計の文字板に使用する材料およびデザインの制約がなくなり、時計の部品点数を増やすことなく電池交換式の時計の外観と全く変わらない時計を提供することが出来る。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
以下図を用いて本発明の太陽電池時計の実施例について説明する。
【００２１】
図１（ａ）は本発明にかかる太陽電池時計の最適な実施形態を示す断面図で、（ｂ）はその平面図である。図２（ａ）は透光性の見切りリング３とリング状太陽電池２の断面の拡大図であり、（ｂ）はフレキシブルプリント基板１０上に形成された太陽電池の断面図である。
【００２２】
１は風防ガラス、２は光入射側を時計中心に向けたリング状太陽電池、３は見切りリング、４は時計時刻を表示する指針、５は文字板、６は指針を駆動するムーブメント、７は時計ケースを示す。
【００２３】
風防ガラス１を通して直接入射する光（図２ａ▲１▼）と、文字板５表面で反射した光（図２ａ▲２▼）と、文字板５と風防ガラス１の間で反射を繰り返した光（図２ａ▲３▼）のそれぞれが見切りリング３内に入射し、見切りリング３の外側に配置したリング状太陽電池２に光を導くことができる。そこで得た光を光電変換し電流としてムーブメント６内に配した二次電池に給電することができる。
【００２４】
時計を駆動し正確な計時を維持するために必要な電力を生成するための光量は、使用するリング状太陽電池２の変換効率により異なる。必要な光量に合わせて見切りリング３とリング状太陽電池２を設計する必要があるが、本実施例に於いては、変換効率が白色蛍光灯５００ルクス下で約１５％の太陽電池を用いた場合について説明する。
【００２５】
ここで使用する太陽電池は、図１（ａ，ｂ）、図２に示すように、フレキシブルプリント基板１０上に太陽電池を形成し、それを短冊状に切り出して、丸めてリング状太陽電池２として時計に組み込む構造を採用する。
【００２６】
図６（ａ）に示す様な従来型の太陽電池時計の文字板を透過する光が太陽電池３０に吸収される光利用効率は２０％程度である事を考慮して、風防ガラス１に入射する可視光の約２０％程度の光が見切りリング３に導光されてリング状太陽電池２に入射できるように設計した。
【００２７】
従来方式での一般的な太陽電池３０の面積は４ｃｍ２程度である。よって、時計を駆動し正確な計時を維持するために必要な見切りリング３の時計中心側の端面である採光面の見かけ状の面積は、文字板５面積の２０％でよいので１ｃｍ２とした。また、一般的に使用される見切りリング３の直径は３ｃｍ程度であることから、採光面の幅が１．１ｍｍ以上必要であるが、見切りリング３の採光面等での反射損失や散乱光の利用効率を考慮して、採光面の幅を１．４ｍｍとする。
【００２８】
上記寸法のリング状太陽電池２と見切りリング３を図１に示すように時計に組み込むことで、本発明の太陽電池時計を得ることが出来る。
【００２９】
風防ガラス１を透過した光を効率よく見切りリング３で採光する手段、またはリング状太陽電池２への光照射量を向上させる手段を以下に示す。
【００３０】
まず第１の手法を図３（ａ）を用いて説明する。見切りリング３の時計中心側の端面である採光面を加工することで、効率的に光を導波させることができる。つまり、見切りリング３内に光を閉じ込めるためにディンプル構造としたり、集光レンズとしての機能を持たせるためにエンボス構造としたり、集光、光閉じ込め機能を有するピラミダル構造のいずれかとすることで、見切りリング３の採光面に当たった光の直接反射を抑えて、且つ多くの光を効率的に導波させて、太陽電池の給電量を向上させることができる。図３（ａ）は、採光面をピラミダル構造とした見切りリング３の断面図を一例として示した。また、リング状太陽電池２と対向する端面の光導出面又はその両端面を加工して、給電量を向上させても良い。
【００３１】
上記のように、見切りリング３の材質はガラスでも良いが、加工性が要求されるため、アクリル樹脂、またはポリカーボネイト樹脂のいずれかであることが望ましい。また、見切りリング３の断面形状は光を採光できればどの様な形状でも構わないが、本実施例に於いては透明であり加工性に優れた樹脂材料からなり、且つ断面形状を直角三角形とし、プリズムの機能を有した見切りリングを採用した。
【００３２】
次ぎに第２の手段を図３（ｂ）を用いて説明する。紫外線を吸収して可視光に変換する機能を有する波長変換膜２１を見切りリング３の採光面に形成する。この手段を採用することで、可視光のみならず紫外光を光電変換に利用することができるので、リング状太陽電池２の発電量を更に向上させる事ができる。紫外光を波長変換できる薄膜材料は、例えば、硫化亜鉛、硫化カルシウムボロン添加物、硫化亜鉛マンガンナノクリスタル、ローダミンＢ、６Ｇ薄膜等を見切りリングの採光面に付着させて実現することができる。また、この波長変換膜２１を見切りリング３の光導出面に形成しても良いし、第１の手段にて形成された見切りリング３端面の加工方法と組み合わせて使用しても良い。
【００３３】
また、見切りリング３の採光面に、金属薄膜または光学干渉膜などの半透過性の膜２２を形成する。半透過性の膜２２を形成することで、見切りリング３の外観上の見栄えを良くすることができる。この半透過性の膜２２を見切りリング３の光導出面に形成しても良いし、第１の手段にて形成された見切りリング３端面の加工方法と組み合わせて使用しても良い。
【００３４】
第３の手段を図を用いて説明する。図４（ａ）に示すように、見切りリング３の底面、つまり文字板５と接する端面にアルミニウム、銀、プラチナ、金等の可視光域での光に対する反射率が高い金属薄膜を設けることで、見切りリング３で採光した光をより効率よくリング状太陽電池２に入射させる事が出来る。また、反射率は低くなるが、製造コストにメリットがある他の金属チタン、クロム、タングステン、タンタル等でもよい。
【００３５】
また、図４（ｂ）に示すように、見切りリング３の文字板５に接する端面と風防ガラス１に対向する端面を有する見切りリングの両端面を、光反射率が高い金属薄膜２３で覆うことで、見切りリング内に入射した光を効率的に反射させ、更に光入射量を向上させることができる。また、第１、第２の手段と組み合わせて第３の手段を採用しても良い。
【００３６】
以上、時刻表示体にアナログ時計の文字板５を想定して記述したが、時刻をデジタル表示できる液晶表示パネルを用いても良い。
【００３７】
次ぎに本発明に掛かるリング状太陽電池２の形成方法について図２（ａ，ｂ）を参酌して説明する。
【００３８】
ムーブメント６に搭載した二次電池、例えばリチウムイオン電池を充電するためには、相当の電圧が必要である。よって、本実施例に於いては４段直列接続型の太陽電池構造を採用する。
【００３９】
まず、素子を形成する基板としてポリカーボネート等の耐熱性で且つ透明なフレキシブルプリント基板１０を用いてアルミニウム薄膜等の金属電極膜を反応性スパッタリング法等の薄膜形成手段で形成する。これをフォトリソ工程、エッチング工程等により所定のパターンで４つに分割した第１の電極１１を形成する。
【００４０】
次ぎに、プラズマＣＶＤ法等の薄膜形成手段によりアモルファスシリコン薄膜の光電変換層１２を形成し、反応性スパッタリング法等の薄膜形成手段により酸化インジウム錫、酸化錫、酸化亜鉛等の透明導電膜を積層し、フォトリソ工程、エッチング工程等により第２の電極１３と光電変換層１２を所定のパターンに４分割する。ここで得られた太陽電池を４段の直列接続となるように、カーボンペースト等の導電性材料１５を用いて分割された隣接素子である一方の第１の電極と他方の第２の電極を接続し、所定のパターンにて透明な保護膜１４で覆うことで太陽電池を形成することが出来る。
【００４１】
その他の手法として、素子を分割せずに、集積回路等を用いて電圧を昇圧し二次電池を充電できるようにしたり、太陽電池を多重積層型とした素子としても良い。
【００４２】
以上透明な保護膜１４側から光を入射する場合について説明したが、透光性のフレキシブルプリント基板１０側から光を入射する場合は、第１の電極１１に透明導電膜、第２の電極１３に金属膜とした太陽電池を用いればよい。また、見切りリング３の外周端面に太陽電池を直接形成しても良い。
【００４３】
このようにしてフレキシブルプリント基板１０上に形成した太陽電池を、１．４ｍｍ幅で１０ｃｍの長さの短冊状に切り出して、円筒状に丸めてリング状太陽電池２とすることができる。
【００４４】
上記において、ポリカーボネイト基板上に光電変換層１２を形成し短冊状としてから丸めてリング状太陽電池２とした場合について説明したが、ステンレス薄膜等の可撓性の金属薄膜状に太陽電池２を形成しても良く、円筒基板の内側に太陽電池を形成し、所定の厚さでスライスしてリング状太陽電池２としてもよく、また透光性の円筒基板の内側または外側、あるいは両面に光電変換層１２が形成されたリング状太陽電池２としてもよい。
【００４５】
この様にして形成されたリング状の太陽電池２を図１（ａ，ｂ）に示すように時計の表示領域外周に配置し、その時計中心側に見切りリング３を固定して、本発明の太陽電池時計が完成する。ここで配置された太陽電池２／見切りリング３の界面での光反射損失防止のため、屈折率のほぼ等しい材料を用いて太陽電池２と見切りリング３を接着すると有効である。
【００４６】
（実施例２）
第２の実施例として、光を散乱することができる微粒子を内部に均一に分布させた見切りリング３を本発明の太陽電池時計に使用した場合について図５を用いて説明する。
【００４７】
見切りリングの採光面を通して見切りリング３に光が入射され、リング材質よりも高屈折率の微粒子２４によって光が散乱される。そして、散乱した入射光が見切りリング３の外周端面である光導出面から取り出され、リング状太陽電池２に導光されることで、よりいっそう効率よく光電変換をすることができる。
【００４８】
見切りリング３にガラスまたはアクリル樹脂あるいはポリカーボネイト樹脂等を用いた場合、見切りリング３の内部に分散させる微粒子２４は、ガラスや上記樹脂材料よりも高屈折率を有するチタン酸化物またはストロンチウムチタン酸化物等を用いればよい。また、紫外光を吸収して可視光に変換することが機能を有する、硫化亜鉛、硫化カルシウムボロン添加物、硫化亜鉛マンガンナノクリスタル、ローダミンＢ、６Ｇ等を使用して、太陽電池の発電量を向上させても良い。微粒子２４の径は可視光を効率的に散乱させるのに適した大きさである０．１〜１０μｍ程度が好ましいが、更に大きな径の粒子を組み合わせて用いても良い。また、微粒子２４の分散密度を大きくすると、光の散乱量が大きくなり、見切りリング３は見かけ上白色に見えるので、外観品質も向上させることができる。
【００４９】
また、ポリカーボネイト、ポリエーテルサルフォン、環状非晶質ポリオレフィン、アクリル等の透明な樹脂中にシリカの粒子を均一に分散させた見切りリング３を用いても同様な効果を得ることが出来る。
【００５０】
更にいずれの場合においても、散乱光を見切りリング３の光導出面から効率的に取り出すために、見切りリング３の端面にディンプル加工、エンボス加工、ピラミダル加工を施してもよい。
【００５１】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本構造を採用することで、太陽電池時計の最大の欠点であった文字板デザイン制約を受けない美観に優れた太陽電池時計を提供することができた。また、この太陽電池時計は、二次電池への充電量が十分得ることができ、しかも部品に特殊な加工が必要なく、従来時計の部品点数を増やす必要もない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の最適な実施形態の太陽電池時計の断面図および平面図である。
【図２】本発明の最適な実施形態の見切りリングとリング状太陽電池の断面図である。
【図３】本発明の最適な実施形態１の見切りリングの断面図である。
【図４】本発明の最適な実施形態１の見切りリングの断面図である。
【図５】本発明の最適な実施形態２の見切りリングの断面図である。
【図６】従来の技術による太陽電池時計の断面図である。
【符号の説明】
１  風防ガラス
２  リング状太陽電池
３  見切りリング
４  指針
５  文字板
６  ムーブメント
７  時計ケース
１０  フレキシブルプリント基板
１１  第１の電極
１２  光電発電層
１３  第２の電極
１４  保護膜
２１  波長変換膜
２２  半透過性の膜
２３  金属薄膜
２４  微粒子
３０  太陽電池
４０  導光リング
【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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