JP2008167163A

JP2008167163A - 電子機器

Info

Publication number: JP2008167163A
Application number: JP2006354381A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Someya; 薫染谷
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-07-17

Abstract

【課題】小型の電子機器であっても電波を捕捉する面積をモジュール本体と同等程度の広さにし、受信感度の向上を図る。
【解決手段】電子機器に備わる機器モジュール１２は、電子部品１０及び機構部品１１の少なくとも一方を内蔵した磁性モジュール本体１４と、当該磁性モジュール本体１４の外周面に巻き付けられたコイル１５とを備えている。磁性モジュール本体１４はアンテナのコアとして機能し、さらに、その全面で電波を捕捉する。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子機器に関する。

ラジオや携帯電話、電波時計などの電子機器に搭載されるアンテナでは、電子機器のアンテナ収納部が金属で形成されている場合、その金属がシールドとして機能してしまい、受信感度が大幅に低下することになる。
近年においては、受信感度を高めるために、コアのコイルが巻かれた部分よりも、コイルが巻かれていない両端部、つまり電波捕捉部の電波受信面積を大きくし、より多くの磁束をコイルの内側に通過させるアンテナが開発されている（例えば特許文献１参照）。
特開２００４−２３５７０１号公報

しかしながら、上述のように電波捕捉部の電波受信面積を大きくするものでは、電子機器におけるアンテナの収納スペースのサイズが上限となってしまい、それ以上の受信感度を確保することは困難であった。特に、小型の電子機器では収納スペースを広範囲に確保することはできないため、それが顕著であった。
本発明の課題は、小型の電子機器においても、アンテナの受信感度を向上させることである。

請求項１記載の発明は、
内部に収納部を有する機器本体と、当該機器本体の収納部内に配置された機器モジュールとを備える電子機器において、
前記機器モジュールは、電子部品及び機構部品の少なくとも一方を内蔵した磁性モジュール本体と、当該磁性モジュール本体の外周面に巻き付けられたコイルとを備えていることを特徴としている。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の電子機器において、
前記磁性モジュール本体を形成している磁性材料の透磁率は、前記磁性モジュール本体の中央部とその周辺部とで異なっていることを特徴としている。

請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の電子機器において、
前記磁性モジュール本体を形成している磁性材料の透磁率よりも高い透磁率を有する磁性体層を、当該磁性モジュール本体の表面の一部に形成していることを特徴としている。

請求項４記載の発明は、請求項１〜３の何れか一項に記載の電子機器において、
前記機器モジュールと前記機器本体との間に配置された磁性シート部材をさらに備えていることを特徴としている。

請求項５記載の発明は、請求項４記載の電子機器において、
前記磁性シート部材は、前記コイルと対向した前記機器本体の収納部の位置に配置されていることを特徴としている。

本発明によれば、機器本体の収納部内に配置された機器モジュールが、電子部品及び機構部品の少なくとも一方を内蔵した磁性モジュール本体と、当該磁性モジュール本体の外周面に巻き付けられたコイルとを備えているので、磁性モジュール本体がアンテナのコアとして機能し、さらに、その全面で電波を捕捉することができる。このため、小型の電子機器であっても電波を捕捉する面積をモジュール本体と同等程度の広さにすることができ、受信感度を向上させることができる。

図１は、本発明に係るアンテナを備えた電子機器の一例である電波腕時計の概略構成を表す正面図である。図２は、電波腕時計の分解斜視図である。
これら図１，２に示すように、電波腕時計１００には、ステンレスやチタン等の金属製の機器本体２が設けられている。機器本体２の上下両端部、すなわち１２時方向側端部及び６時方向側端部には、図示しない時計バンドが取り付けられるバンド取り付け部３が形成されている。また、機器本体２の外周部には、時刻合わせの指示などの種々の操作指示が入力される複数の操作ボタン４が設けられている。機器本体２の内部は中空になっており、この中空部分が各種部品を内蔵する収納部２１となる。

機器本体２の視認側（表側）には、視認側を閉塞するように時計ガラス５が装着されている。また、時計ガラス５よりも視認側の反対側（裏側）には、文字板６が配置されている。

また、機器本体２の裏側には、図２に示すように、当該機器本体２の裏面を閉塞する裏蓋２３が取り付けられている。
そして、機器本体２における時計ガラス５と文字板６との間には、指針軸７に取り付けられた時針や分針等の指針８が設けられていて、これら指針８は文字板６よりも裏側に設けられた運針部９により運針されるようになっている。

運針部９には、駆動用の電子部品１０や、電子部品１０による動力を各指針８に伝達する歯車等の機構部品１１と、電子部品１０及び機構部品１１を固定して、機器本体２の収納部２１内に配置された機器モジュール１２と、機器モジュール１２の裏側及び側方を覆う枠部材１３とが設けられている。

以下、機器モジュール１２について詳細に説明する。図３は、機器モジュール１２の概略構成を表す斜視図であり、図４は、機器モジュール１２及び枠部材１３の側断面図である。

図３及び図４に示すように、機器モジュール１２には、電子部品１０や、機構部品１１を内蔵した磁性モジュール本体１４と、磁性モジュール本体１４の外周面に巻き付けられたコイル１５と、図示しない制御部が備えられている。

磁性モジュール本体１４は、フェライトやアモルファス金属などの磁性体を樹脂に混ぜて形成されている。または磁性体そのもので形成されている。磁性モジュール本体１４には、電子部品１０としてのモータ１６や電池１７、受信回路１８が内蔵されるとともに、機構部品１１としてのムーブメント１９が内蔵されている。そして、磁性モジュール本体１４は、機構部品１１や電子部品１０を内蔵した状態で略円柱形状を成している。

コイル１５は、例えば銅などのような導電性を有する金属から形成されていて、受信回路１８に電気的に接続されている。このため、磁性モジュール本体１４で電波を捕捉することにより、コイル１５で発生した電流が受信回路１８に入力される。このように、本実施形態の構成であると、磁性モジュール本体１４がアンテナのコアとして機能することになる。

受信回路１８は、コイル１５で発生した電流から所定の周波数信号を取り出して、当該周波数信号を制御部に出力する。
制御部は、操作ボタン４からの入力信号や、受信回路からの電気信号を基に電子部品１０を制御するものである。制御部は、通常時においては、電子部品１０を制御して、時刻の計測を実行する。そして、操作ボタン４から時刻合わせ指示が入力されると、制御部は、受信回路１８から入力された周波数信号を基に電子部品１０を制御し、時刻合わせを実行する。

次に、本実施形態の作用について説明する。
操作ボタン４が操作されて時刻合わせ指示が入力されるか、または予め定められた時刻になると、受信回路１８は、磁性モジュール本体１４全体で捕捉した標準時刻データを含む電波を受信し、この受信された電波の磁束により発生しているコイル１５の電流を検出する。受信回路１８は、検出した電流を受信信号として、当該受信信号から不要な周波数成分をカットして所定の周波数信号を取り出し、この周波数信号に対応する電気信号に変換して、制御部に出力する。制御部は、入力された電気信号に基づいて電子部品１０を制御し、照準時刻データに基づく内部時刻の修正を実行する。

ここで、従来のアンテナと、本実施形態の機器モジュールとの感度を比較する。感度の比較は、アンテナ単体として単純にアンテナのＱだけでは行えないが、最大感度は、一定磁界に対するアンテナ起電力と、アンテナインピーダンスにより熱雑音との比（Ｓ／Ｎ）により求められるので、アンテナの等価回路を基にして、感度の比較を行う。
図９（ａ）は、従来のアンテナを、図９（ｂ）は当該アンテナの等価回路を表す図である。図９（ａ）のアンテナ５０は、円柱状の磁性体５１の周囲にコイル５２が巻かれて、磁性体５１に並列なコンデンサ５３がコイル５２の両端部に接続されている。このアンテナ５０の等価回路５５は、図９（ｂ）に示すように、交流電源５６に対して、コンデンサ５７、インダクタ５８、等価抵抗５９がそれぞれ並列に接続される構成となる。

こうした場合、電界Ｅに対するアンテナ起電力ｅは、
ｅ＝２πＡＮγμ_ｅＱＥ／λ
となる。

インダクタンスＬは、
Ｌ＝２ＡＮμ_ｅμ_ｏｋ／ｌとなる。

等価抵抗による熱雑音電圧Ｖ_ｎは、
Ｖ_ｎ＝（４ＫＢＴ（２πｆ）^２Ｌ^２／ｒ）^１／２
となる。

上記の変数は、Ａ：コイル断面積、Ｎ：コイル巻数、γ：巻線係数、μ_ｅ：実効透磁率、Ｑ：コイルのＱ、λ：波長、μ_ｏ：真空の透磁率、ｋ：長岡係数、ｌ：コイル巻幅、Ｋ：ボルツマン定数、Ｂ：受信帯域幅、Ｔ：絶対温度、ｆ：受信周波数、Ｌ：コイルのインダクタンス、ｒ：コイルインピーダンスである。

そして、これらの式により、従来のアンテナと、本実施形態の機器モジュールのＳ／Ｎを比較する。この際、前者のアンテナでは、磁性体の直径が２ｍｍである場合を想定し、これに伴いコイル断面積は１×１０^-6ｍｍ、巻線抵抗は４０、巻数１５００、実効透磁率３５とした。一方、後者の機器モジュールは、機器モジュールの直径が２０ｍｍである場合を想定し、これに伴いコイル断面積は３×１０^-4ｍｍ、巻線抵抗は５３、巻数２００、実効透磁率１０とした。残りの受信周波数は４００００Ｈｚ、真空の透磁率は１．２５６×１０^−６、波長は７５００、長岡係数は０．９５、コイル巻幅は０．００５ｍｍ、帯域は５Ｈｚ、電界は４０、ボルツマン定数は１．３８×１０^−２３とし、これらは両者ともに同じ値を用いた。

これらの値を上記の式に代入すると、前者のアンテナではＳ／Ｎが２．１８となり、後者のアンテナでは２１．６４となった。このように、実効透磁率が低くとも、後者の機器モジュールの方が１桁高いＳ／Ｎを得られることがわかった。したがって、上記したように磁性モジュール本体１４をアンテナのコアとして機能させると、コアの直径を従来のアンテナよりも大きくすることができ、受信感度が高められることがわかった。

そして、機器本体２の裏面、つまり裏蓋２３が金属であると磁束が通過する際の過電流によって、通過磁束の減少が起きてしまう。例えば、図５は裏蓋２３がチタンである場合における厚みと磁束通過率との関係を表すグラフである。この図５からもわかるように、４０ｋＨｚ、６０ｋＨｚのいずれの電波であっても、チタンの厚みが１ｍｍ程度であれば、裏蓋２３がない場合の磁束量の０．５〜０．６倍の磁束量となる。
このように通過磁束が減少したとしても、本実施形態のように磁性モジュール本体１４がアンテナのコアとして機能し、捕捉面積を広範囲にすることができると、上述の通り従来のものよりもＳ／Ｎを１桁高めることができるので、十分な受信感度を確保することができる。

以上のように、本実施形態によれば、磁性モジュール本体１４がアンテナのコアとして機能し、さらに、その全面で電波を捕捉することとなる。このため、小型の電子機器であっても電波を捕捉する面積をモジュール本体と同等程度の広さにすることができ、受信感度が高められることになる。

なお、本発明は上記実施形態に限らず適宜変更可能である。
例えば、磁性モジュール本体を形成している磁性材料の透磁率を、磁性モジュール本体の中央部とその周辺部とで異ならせてもよい。具体的には、図６に示すように、磁性モジュール本体１４Ａの中央部１４１の透磁率を高くし、その周辺部１４２の透磁率を低くしていると、磁束が磁性モジュール本体１４Ａの中央部１４１に集中するので、反磁界の影響を抑制することができる。

また、磁性モジュール本体を形成している磁性材料の透磁率よりも高い透磁率を有する磁性体層を、当該磁性モジュール本体の表面の一部に形成してもよい。具体的には、図７に示すように、磁性モジュール本体１４Ｂの文字板側の表面の略中央に磁性モジュール本体１４Ｂを形成している磁性材料の透磁率よりも高い透磁率を有する磁性体層１４３を形成すると、磁束が磁性モジュール本体１４Ｂの略中央部に集中するので、反磁界の影響を抑制することができる。なお、磁性モジュール本体１４Ｂの文字板側の表面以外にも、反対側の表面にも磁性体層１４３を形成してもよい。特に、文字板側及び反対側の両表面に磁性体層１４３を形成していれば、一方の表面に磁性体層１４３を形成したものよりも、磁束をより集中させることができる。

そして、機器モジュール１２と機器本体２との間に磁性シート部材を配置してもよい。これにより、機器モジュール１２が磁性シート部材により覆われることになり、機器モジュール１２から漏れる磁束を抑制することができる。具体的には、図８に示すように、磁性シート部材１４４は、機器本体２の収納部２１内におけるコイル１５と、枠部材１３を介して対向した位置で、なおかつ機器モジュール１２の周囲を覆うように配置されている。これによって、磁性シート部材１４４が効率的に漏れ磁束を抑制することが可能となる。

また、上記実施形態では、電子機器として電波腕時計１００を例示して説明したが、通信機能を有する電子機器であれば本発明を適用することは可能である。例えば、電子機器としては携帯電話やラジオ、携帯ゲーム機、デジタルオーディオプレーヤーなどが挙げられる。

本発明に係るアンテナを備えた電子機器の一例である電波腕時計の概略構成を表す平面図である。図１の電波腕時計の分解斜視図である。図１の電波腕時計に備わる機器モジュールの概略構成を表す斜視図である。図３の機器モジュール及び枠部材の側断面図である。図１の電波腕時計のチタン製裏蓋の厚みと磁束通過率との関係を表すグラフである。図３の機器モジュールの第１の変形例を表す斜視図である。図３の機器モジュールの第２の変形例を表す斜視図である。図４の機器モジュール及び枠部材の間に磁性シート部材が配置された場合を表す側断面図である。（ａ）は従来のアンテナを表す図であり、（ｂ）は当該アンテナの等価回路を表す図である。

符号の説明

２機器本体
５時計ガラス
７指針軸
８指針
９運針部
１０電子部品
１１機構部品
１２機器モジュール
１４磁性モジュール本体
１５コイル
２１収納部
１００電波腕時計（電子機器）

Claims

内部に収納部を有する機器本体と、当該機器本体の収納部内に配置された機器モジュールとを備える電子機器において、
前記機器モジュールは、電子部品及び機構部品の少なくとも一方を内蔵した磁性モジュール本体と、当該磁性モジュール本体の外周面に巻き付けられたコイルとを備えていることを特徴とする電子機器。
請求項１記載の電子機器において、
前記磁性モジュール本体を形成している磁性材料の透磁率は、前記磁性モジュール本体の中央部とその周辺部とで異なっていることを特徴とする電子機器。
請求項１又は２記載の電子機器において、
前記磁性モジュール本体を形成している磁性材料の透磁率よりも高い透磁率を有する磁性体層を、当該磁性モジュール本体の表面の一部に形成していることを特徴とする電子機器。
請求項１〜３の何れか一項に記載の電子機器において、
前記機器モジュールと前記機器本体との間に配置された磁性シート部材をさらに備えていることを特徴とする電子機器。
請求項４記載の電子機器において、
前記磁性シート部材は、前記コイルと対向した前記機器本体の収納部の位置に配置されていることを特徴とする電子機器。