JP2005123341A - 充電機能を備えた電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】充電機能を備えた電子機器の回路基板における接地電位を安定に維持し、充電時の発熱を抑制する。
【解決手段】回路基板１８の下面側に充電用二次コイルと二次電池を備えた電子機器である。回路基板１８に形成したグランドパターン部１８ｄの前記二次コイルと平面視で重なる領域だけをメッシュ構造１８ｅとしてある。二次コイルと平面視で重なる領域だけがメッシュ構造１８ｅなので、グランドパターン部１８ｄの電気的な容量を充分にとることができ接地電位が安定に維持される。また、充電時に一次コイルの磁束が横切る部分はメッシュとなっているので、渦電流の発生がなく、発熱しない。
【選択図】図６

Description

この発明は、電磁誘導結合による充電方式をとる電子機器に関し、特に電子機器が備えた回路基板におけるグランド（接地電位部）について、充電時の電磁的な影響を軽減しながら、グランドとしての機能を充分に発揮させることができるものに関する。

電子機器における回路基板は、一般に絶縁性の基板に回路を形成しその回路に電子機器が必要とする電気的パーツを実装したものである。形成する回路には、接地電位を維持するグランドと各パーツを有機的に結合するリード部がある。グランドは基板ヘできるだけ広く大きく形成して、接地電位を安定させるのが好ましい。その一方で、グランドはその面の大きさ故に電磁的な影響を受けやすい。グランドを面パターンではなく、メッシュ(網目)に構成することは従来から行われている。

特許文献1の回路基板は、熱膨張による回路基板の反りを防止するために、基板の表裏に形成する導電パターンのうち、一面側の接地用パターン６を網目ないし格子状としている。
特許文献２のフレキシブルプリント配線基板は、センサーを取付ける部分とそのリード部は導電性をよくするためにべたの面パターンとしているが、グランドは網目状のパターンとしデジタル信号回路からのノイズがアナログ回路側へ影響しないようにしている。

特開２００２−２６１４０２公報 特開平９−２９８６２６号公報

回路基板のグランドは、前記のように接地電位を安定に維持するために、できるだけ広く大きくすることが好ましく、本来、網目やメッシュ状に構成することは好ましくないとされている。一方で、グランドが面パターンである電磁的な影響を受けやすく、特に電磁誘導結合による充電方式では、充電時に電源側の一次コイルからの磁束が面パターンを横切って面パターンに渦電流を発生し、発熱の原因となることがある。

この点、特許文献1がグランドを網目や格子としているのは、基板の表裏に位置するこれらの導電板の熱膨張量をほぼ等しくして基板の反りをなくすためであって、接地電位を安定に維持しようとする技術的思想は見出せない。また、特許文献２はグランドをメッシュにしてノイズの影響を避けようとするものであって、やはり、接地電位を安定に維持しようとする技術的思想がない。
この発明は、回路基板における接地電位を安定に保つ一方、充電時におけるグランドの発熱を抑制した、充電機能を備えた電子機器の提供を課題とする。

充電機能を備えた電子機器において、回路基板に形成したグランドパターンの前記二次コイルと平面視で重なる領域だけをメッシュ構造とする。

電磁的な遮蔽板を設けることなく、充電時における一次コイルからの磁束の影響を抑制し、グランドの発熱を防止することができる。
グランドの電位を安定に維持され、電子機器としての作動が精確になる。

回路基板の下面側に充電用二次コイルと二次電池を備えた、充電機能を有する電子機器とする。用語「回路基板」は、その電子機器に予定されている機能を達成するために必要とする電気的パーツと回路を実装した基板を意味する。
回路基板に形成したグランドパターンの前記二次コイルと平面視で重なる領域だけをメッシュ構造とする。グランドとして充分な電気的容量を備えることにより、接地電位が安定する一方、充電時に磁束が横切る個所はメッシュとなっているので、この部分に渦電流は発生しにくく、グランドの発熱を抑制することができる。

図１は、腕時計型の携帯小形電子機器１であって、時刻はもちろん電子メールやインターネット情報を入手できると共に、データの記憶と編集などが可能な情報端末である。電子機器１は、表示部を備えた電子機器モジュール２（図３ 以下、モジュール）と、これを腕に取り付けるベゼル３とバンド４及び裏蓋５とからなる。ベゼル３は電子機器モジュール２の外枠体である。バンド４は末端部を省略してある。この実施例ではベゼル３とバンド４を合成樹脂の一体成形品としている。ベゼル３は容器形で、モジュール２を取り付ける段部６と裏蓋５をはめ込み固定する段部７とを形成してある。

電子機器１は、モジュール２の内部にリチウムバッテリー（二次電池）２２と小さな二次コイル(いずれも、後述)を備え、図２のように、クレイドル８(破線)に載置することによって、クレイドル８内部の一次コイル９と前記の二次コイルが電磁結合し、誘導起電力により、リチウムバッテリー２２を充電する。リチウムバッテリー２２は電子機器１全体の電源である。

バンド４の内部には薄い導電帯が埋め込まれてアンテナ１０となっている。アンテナ１０の両方のアンテナ端部１１はベゼル３の内部に露出して前記の段部６に位置している。アンテナ端部１１は、モジュール２を取り付けたとき、モジュール２側の露出したアンテナ端子(回路基板における面パターン)と接合するようになっている。また、アンテナ１０の他側の両端はバンド４を腕に巻いて両端を結合したときに接合され、アンテナ１０としてのループが完成する。

ベゼル３における符号１２(１２ａ，１２ｂ，１２ｃ)はモジュール２を操作するためのボタンである。図２の背面側にも１２ｄ，１２ｅの２個が突出している(図３)。図３において、ベゼル３の、ボタン１２ｄ，１２ｅが表示された壁と対向した壁にはボタン１２のロッドが貫通する貫通孔１３（１３ａ〜１３ｅ）のうちの３個がみえている。

モジュール２は、図４のように、上面側から固定用フレーム１４、表示ユニット１５、シールド部材１６、中間枠１７、回路基板１８および基体枠１９を備える。符号２０は線型導光部材、符号２１は反射部材である。また、符号２２はリチウムバッテリー、符号２３は、二次コイルであり、ケース２３ａに納められ２本の端子２４が出ている。

基体枠１９(図４、下面側 図５)は、強度が高く成形精度が高いＡＢＳ樹脂などの成形品で、中央部にリチウムバッテリー２２がはまり込むバッテリー凹部２５を有する。リチウムバッテリー２２は基体枠１９の下面側からはめ込み、その厚み分がほとんどバッテリー凹部２５に納まる。また、バッテリー凹部２５は放熱と軽量化のため、及び後述のブザー用共鳴空間として利用するために底面を切り抜いてある。

基体枠１９の左右両側には支持台部２６（２６ａ,２６ｂ）が張り出し、手前の辺(前辺)には、二次コイル２３の取付台２７が張り出している。すなわち、バッテリー凹部２５のリチウムバッテリー２２と取付台２７の二次コイル２３は平面的に重ならない配置となっている。二次コイル２３はケース２３ａの中に納められ、取付台２７の下面側に装着される。取付台２７の下面側には、位置決め用の鈎形突起２８と垂直ピン２９（２９ａ,２９ｂ）が形成されている。すなわち、二次コイル２３はそのケースの一端部を鈎形突起２８に係合させて上下方向の位置を決めると共に垂直ピン２９をケース２３ａに設けた穴ヘ嵌合させることにより、垂直方向、水平方向共に正確に位置決めされる。

二次コイル２３はクレイドル８中の一次コイル９との適切な電磁結合のために上下左右方向の正確な位置決めが必要である。その意味で、基体枠１９における取付台２７の位置と厚み寸法は重要である。符号３０は、収容したリチウムバッテリー２２のリード線引出し孔である。
基体枠１９の上面にはさらに回路基板１８を位置決めするための位置決め突起３１と垂直ピン３２が突出している。なお、符号３３(図５)は切欠であり、回路基板１８の縁部に設けた接点面(回路基板上に形成されたパターン)を露出するために形成されている。

回路基板１８は、基板に形成された３層のプリント回路１８ａ，１８b，１８ｃ(図６イ)にＣＰＵやメモリー、入出力を司るパーツなどの、電子機器1が目的とする機能を発揮する上で必要な電気的パーツが配置固定されている。回路基板１８は平面形状として、左右に前記基体枠１９の支持台部２６に適合する形態と大きさのフランジ状部３４（３４ａ,３４ｂ）を張出して有するとともに上下の辺の縁部に間隔をとって、前記の接点面３５（３５ａ〜３５ｅ）が形成されている。回路基板１８におけるグランドパターン部１８ｄは一部をメッシュ構造１８ｅに形成してある。この位置は、基体枠１９における取付台２７の位置である。すなわち、平面的に二次コイル２３の位置と対応する。
そして、前記のフランジ状部３４には、メッシュ状の回路パターン３６(３６ａ,３６ｂ)が面状に広く形成されている。
符号３７は接点板であり、別部材である(図６ロ)。接点板３７は、前記の接点面のうち、手前側の縁に形成された３個の接点面３５ａ,３５ｂ,３５ｃに対向した接点片３８(３８ａ〜３８ｃ)を形成してある。

中間枠１７は回路基板１８と表示ユニット１５との間に間隔を形成して、回路基板から上に突出したパーツを保護するためのものである。前記の接点板３７は回路基板１８と中間枠１７との間に挟まれて取り付けられる。突起３９は中間枠１７に係合して抜止めとするためのものである。
中間枠１７の上方には、シールド部材１６、表示ユニット１５を重ね、さらにその上から固定用フレーム１４を被せて、その左右の側辺に設けたばね性のフック４０を、前記基体枠１９の四隅みに小さく突出させて設けた係止突起４１（４１ａ〜４１ｄ）に係合して中間枠１７、回路基板１８ともども圧縮気味に固定する。

前記の中間枠１７(図７)は、左右の側面に固定用フレーム１４の前記フック４０ａ〜４０ｄを基体枠１９の係止突起４１ａ〜４１ｄヘ案内する斜面を有するガイド突起４２ａ〜４２ｄを備え、また、上面にはシールド部材１６の位置決めを行う右辺の突出ガイド４３(４３ａ,４３ｂ)と係合孔４４(４４ａ,４４ｂ)を備えている。符号４５はスペーサ突起であり、中間枠１７の上面４隅に配置されている。

シールド部材１６は、表示ユニット１５を構成する液晶パネル(後述)の下面側に配置される液晶駆動制御部(ＦＰＣ上に形成されている)を回路基板１８側からの電磁的なノイズから保護するためのものであり、薄いステンレス製のフレーム状の部材である。このため、やむを得ず打ち抜く部分以外はなるべく残した形態となっており、電気又は磁気の少なくとも一方を遮蔽する部材である。

シールド部材１６は右辺に、垂直に立ち上げてさらに左方へ屈曲した断面コ字形で右辺の全長にわたる保持部４６と、後辺に下方へ屈曲してその左右両端部に形成した２個の接点片４７(４７ａ,４７ｂ)と、左辺に中間枠１７の前記係合孔４４に差し込まれる２個の突片４８(４８ａ,４８ｂ)を備え、また、前辺に係合突片４９を有する。接点片４７と係合突片４９はばね性で中間枠１７ヘ上方から押し込むと、中間枠１７の前後両辺を挟みこんで安定する。

保持部４６は、断面コ字形の上辺の後端に下方へ屈曲したストッパー５０を有し、前端にＬＥＤ固定片５１を突出して形成してある。そして、保持部４６には、図４に示した線型導光部材２０と反射部材２１が装着される。線型導光部材２０は透明なガラス様で、長方形の固体であり、これを断面コ字形に折り曲げた反射部材２１の間に挟み込みその状態で、前記の保持部４６へ前端から差込み、ストッパー５０に当接させて位置決めする。なお、図８において、符号５２は舌片で、シールド部材の接地をとるために下方へ屈曲されたばね性の部材で、モジュールの組み立てが完成したとき、下端が回路基板１８のグランドパターン部１８ｄに接触する。この設置用面パターンもメッシュに形成されている。

表示ユニット１５は、液晶パネル５３とその駆動制御部５４を装備したＦＰＣ５５及び前記の線型導光部材２０と反射部材２１及びＬＥＤ５７とからなる。ＦＰＣ５５と液晶パネル５３とのコネクト部は左辺に、シールド部材１６の保持部４６に装着された線型導光部材２０と反射部材２１は右辺にある。このようにして図上、上下方向に長い長方形である液晶パネル５３の形態を平面視が正方形に近づくように形態的なバランスをとり、モジュール２全体の平面形態が正方形に近くなるようにして電子機器１のデザインを創作しやすくしている。

符号５６は、回路基板１８へのコネクタ部分であり、ＦＰＣ５５の主部から分かれたリード部５８ａの先端部に設けてある。符号５７はＬＥＤ（点光源の一つ）であって、ＦＰＣ５５のリード部５８ｂの先端に取り付けてある。ＦＰＣ５５の主部は、折り曲げたとき液晶パネル５３の裏面へ納まる形態であり、この部分に液晶駆動制御部５４が形成されている。また、主部を液晶パネル５３の裏面に折りこむと、ＬＥＤ５７は、リード部５８ｂをツイストすることにより、液晶パネル５３の右辺前端、すなわち、シールド部材１６の前端に配置することができる（図９破線）。発光面は、線型導光部材２０の端部に接する。

以上の部材は、基体枠１９を基準として回路基板１８、中間枠１７、シールド部材１６及び表示ユニット１５を順次、位置決めをしながら積み重ね、最後に固定用フレーム１４を被せて基体枠１９との間でこれらの部材を緊縛してモジュール２を完成する。その際、シールド部材１６の保持部４６には予め、線型導光部材２０と反射部材２１を組み付けておき、ついで、表示ユニット１５の液晶パネル５３を、ＬＥＤ５７を前記の位置としてシールド部材１６に重ね、ＬＥＤ固定片５１をかしめてＬＥＤ５７を保持部４６の前端に固定しておく。液晶パネル５３の右辺の端面は保持部４６に納まっている線型導光部材２０の左端面と接合し、ＬＥＤ５７から誘導され、また、反射部材２１から反射されてくる光（漏れ光）を受ける。
回路基板１８におけるグランドパターン部１８ｄにおけるメッシュ構造１８ｅは前記二次コイル２３の直上方に位置する。

完成したモジュール２は、上方から見た平面視が図１０の様にほぼ正方形であり、下面側から見た平面視も図１１の様にほぼ正方形である。すなわち、モジュール２は主要部が正方形で、その左右に基体枠１９の支持台部２６ａ,２６ｂが張り出し、上方から見ると、これら支持台部２６ａ，２６ｂの上面にメッシュ状の回路パターン３６ａ，３６ｂが見えている。下面側から見ると、リチウムバッテリー２２と二次コイル２３が見えている。なお、符号５９はコネクターであり、回路基板１８とリチウムバッテリー２２を結合する。

完成したモジュール２は、図３のように、バンド４と一体のベゼル３にはめ込み、補強部材６０(６０ａ，６０ｂ)を基体枠１９の支持台部２６にあてがって、ねじ止めにより固定する。このとき、支持台部２６上面側の回路基板１８におけるフランジ状部３４のメッシュ状の回路パターン３６ａ，３６ｂと、バンド４側のアンテナ端部１１が接合し、アンテナ１０が回路基板１８の回路に結合される。ついで、裏蓋５を被せて、ねじ止めする。裏蓋５は、ベゼル３と同じ合成樹脂製である。

なお、裏蓋５の内面側にはピエゾセラミックなどの平らな圧電ブザー６１が配置されている(図１２)。圧電ブザー６１はリチウムバッテリー２２の下方に位置し、二次コイル２３との重なりをできるだけ避けている。逆にいえば、二次コイル２３を取付ける取付台２７は、基体枠１９において圧電ブザー６１と平面的に重なる位置を避けた個所に配置されている。
裏蓋５の内面とリチウムバッテリー２２との間の空間も圧電ブザー６１の共鳴空間となる。

最後に、ボタン１２のロッドが貫通孔１３から差し込まれ、ロッドの先端で接点片３８（図６）や接点片４７（図８）を押して、回路基板１８の接点面３５に接触可能とする。なお、これらの接点片３８，４７はばね性でボタン１２を押す力を緩めると、ロッドを押し戻し、ボタン１２をもとに戻す。

以上のように、リチウムバッテリー（二次電池）２２と二次コイル２３を備えた電子機器１であって、その回路基板１８におけるグランドパターン部１８ｄは、二次コイル２３の直上方だけをメッシュ構造１８ｅとしているから、グランドパターン部１８ｄは接地電位を安定に保つだけの電気的な容量を十分に備えることができる。また、二次コイル２３の直上方はメッシュ構造１８ｅであるから、充電時にクレイドル８の一次コイル９からの磁束が横切るようなことがあっても、この部分に渦電流が発生することはなく、発熱は抑制される。
リチウムバッテリー２２と二次コイル２３は、平面的に重ならない位置に配置されているから、これらの相互干渉はなく、電磁誘導による結合の能率が良い。また、基体枠１９を利用することによって、リチウムバッテリー２２の位置と二次コイル２３の位置を決めやすく、かつ、その位置を維持しやすい。しかも、鈎形突起２８と垂直ピン２９によって、取付台２７に対する二次コイル２３の位置決めと取付けが簡単である。二次コイル２３と一次コイル９の位置関係が正確に規定されるため、電磁誘導による結合状態が安定する。

基体枠１９の中央部には比較的大きなバッテリー凹部２５を形成できるので、容量の大きなリチウムバッテリー２２を採用することができる。
電子機器モジュール２は、ベゼル３の段部６に載置して基体枠１９の支持台部２６からビス止めするだけでベゼル３(外枠体)に取付けることができ、かつ、外枠体側の電気的パーツであるアンテナ端部１１と確実に接続でき、取付けが簡単である。
電子機器モジュール２をベゼル３へ固定するとき、回路基板１８のフランジ状部３４は、基体枠１９の支持台部２６を介して固定されるので、破損されることが少なく、安全に固定することができる。

全体の概略を示す斜視図 クレイドルに置いた状態を示す正面図 分解して示す斜視図（下側から見ている） モジュール２を分解して示す斜視図 基体枠の斜視図(下側からみている) イは回路基板のプリント回路を模式的に示した図。ロは、接点板の斜視図 中間枠の斜視図 シールド部材の斜視図 表示ユニットの斜視図 モジュールの平面図（上面） モジュールの平面図（下面） 裏蓋の内面を示した斜視図

符号の説明

１ 電子機器
２ モジュール
３ ベゼル
４ バンド
５ 裏蓋
６ 段部（モジュール用）
７ 段部（裏蓋用）
８ クレイドル
９ 一次コイル
１０ アンテナ
１１ アンテナ端部
１２ ボタン（１２ａ〜１２ｅ）
１３ 貫通孔
１４ 固定用フレーム
１５ 表示ユニット
１６ シールド部材
１７ 中間枠
１８ 回路基板
１８ａ〜１８ｃ プリント回路
１８ｄ グランドパターン部
１８ｅ メッシュ構造
１９ 基体枠
２０ 線型導光部材
２１ 反射部材
２２ 二次電池（リチウムバッテリー）
２３ 二次コイル
２３ａ ケース
２３ｂ 係合穴
２４ 端子
２５ バッテリー凹部
２６ 支持台部
２７ 取付台
２８ 鈎形突起
２９ 垂直ピン（取付台）
３０ リード線引出し孔
３１ 位置決め突起
３２ 垂直ピン（基体枠）
３３ 切欠
３４ フランジ状部
３５ 接点面
３６ 回路パターン
３７ 接点板
３８ 接点片（３８ａ〜３８ｃ）
３９ 突起
４０ フック
４１ 係止突起
４２ ガイド突起
４３ 突出ガイド
４４ 係合孔
４５ スペーサ突起
４６ 保持部
４７ 接点片
４８ 突片
４９ 係合突片
５０ ストッパー
５１ ＬＥＤ固定片
５２ 接地用の舌片
５３ 液晶パネル
５４ 駆動制御部
５５ ＦＰＣ
５６ コネクタ部分
５７ ＬＥＤ
５８ リード部
５９ コネクター
６０ 補強部材
６１ 圧電ブザー

Claims (3)

1. 必要とする電気的パーツと回路を実装した基板である回路基板の下面側に充電用二次コイルと二次電池を備えた電子機器であって、回路基板に形成したグランドパターンの前記二次コイルと平面視で重なる領域だけをメッシュ構造としてあることを特徴とした充電機能を備えた電子機器。
2. 回路基板は電波受信機能を有することを特徴とした請求項１に記載の充電機能を備えた電子機器。
3. 充電用二次コイルと二次電池は平面視で重ならない位置に配置してあることを特徴とした請求項１に記載の充電機能を備えた電子機器。
   

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