JP2010085109A - 電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】金属製ケースに内蔵された場合にも効率よく電波を受信できるアンテナを内蔵した電子機器を提供する。
【解決手段】導電性本体ケース２の内側壁のうち、導電性裏蓋７に接近して配置されているアンテナ３０の外周の一部を取り囲むように断面コ字状の磁性板７２が設けられているとともに、その磁性板と内側壁との間に絶縁部材７３が介在されている。本体ケース２および裏蓋７に生じる渦電流を抑制し、極めて損失の少ないアンテナが実現される。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えばアンテナを内蔵し時刻情報等を含んだ無線信号を受信して時刻修正等の処理を行う電波時計に代表される電子機器に関する。

従来、内蔵アンテナを有し時刻情報を含む無線信号（時刻標準電波）を受信して時刻修正を行う電波時計が提供されている。従来のアンテナ内蔵型の電波時計においては、金属製の外装ケース内にアンテナを収納した場合、電波を受信する際にアンテナの共振による副磁路としての磁束線の一部が外装ケース内を通過し、外装ケース内に渦電流が発生する。このような渦電流の損失により、アンテナのコイルに誘導される交流電流が減少し、受信感度が低下するという課題があり、これを解決するための発明が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００７−１７０９９１号公報

特許文献１に記載されている発明は、コイルの近傍の金属製ケーシング内周面に沿って、平面円弧状に形成された低導電率の磁性部材を配置するようにしたものである。この発明によれば、コイルより発生した磁束の一部が近傍に配置された円弧状の低導電率磁性部材を通過するようになることによって、渦電流損失を減らすことができるという利点がある。

しかしながら、特許文献１の発明にあっては、ケーシングの内周面に凹部を形成し、この凹部内に磁性部材を埋め込むようにしているので、磁性部材の周囲のケーシングに磁束が漏れるのを充分に防止できないとともに、凹部内に磁性部材を直接埋め込んでいるため磁性部材を通過した磁束の一部が金属製ケーシングに回り込むのを防止できない。さらに、アンテナ内蔵型の電波時計においては、ケーシングの内周面に風防ガラスを載置するための段差部が形成されることがある。特許文献１の発明では、コイルから漏れた磁束がケーシングの内周面の段差部を通過して渦電流が発生することによる損失を減らすことができないという課題がある。

この発明は、上記の課題に着目してなされたもので、金属製ケースに内蔵された場合にも効率よく電波を受信できるアンテナを内蔵した電子機器を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、
一方の開口部が導電性の第１カバー部材または底壁部で閉塞され、他方の開口部が非導電性の第２カバー部材で閉塞された収納空間を有する導電性の機器ケースと、
この機器ケースの前記収納空間に面した内側壁の近傍に配置された、コアおよびコイルを有するアンテナと、
前記機器ケースの前記内側壁から前記第１カバー部材または底壁部の一部に亘って前記アンテナとの間に介在するように設けられた、前記機器ケースの透磁率よりも透磁率の高い磁性材からなる磁性板と、
この磁性板と前記機器ケースの前記内側壁との間に介在された絶縁部材と、
を備えていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電子機器において、
前記内側壁には、前記第２カバー部材の縁部が当接する段差部が形成され、前記磁性板の前記アンテナの周方向端部の一方は、前記段差部の先端を通る接線に達するように形成されていることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の電子機器において、
前記磁性板の前記アンテナの周方向端部の他方は、前記アンテナのコイル部分の外周に接する接線であって前記第１カバー部材にほぼ直交する接線よりも前記収納空間の中央側に位置するように形成されていることを特徴としている。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の電子機器において、
前記磁性板の前記アンテナの周方向端部の一方と前記アンテナの中心を通る線と、前記磁性板の前記アンテナの周方向端部の他方と前記アンテナの中心を通る線とのなす角度が９０度以上に設定されていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明は、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電子機器において、
前記アンテナのコアは、コイルの巻き線部分が直線状に形成され、巻き線部分の外側部分は前記機器ケースの前記内側壁に沿った方向に折曲され、
前記磁性板の前記アンテナの軸方向端部は、前記機器ケースの収納空間中心と前記コアの各端部とを結ぶ直線の延長線よりもそれぞれ突出するように形成されていることを特徴としている。

請求項６に記載の発明は、請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電子機器において、
前記磁性板は、折り曲げ可能なシート状に形成された磁性部材により構成されていることを特徴としている。

請求項７に記載の発明は、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の電子機器において、
前記絶縁膜は、シート状の絶縁材の表裏に接着剤が塗布された両面接着テープであることを特徴としている。

本発明によれば、金属製ケースに内蔵された場合にも効率よく電波を受信できるアンテナを内蔵した電子機器を実現することができるという効果がある。

以下、本発明の好適な実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下では、本発明に係る電子機器が腕時計型の電波時計である場合を例として説明するが、本発明を適用可能な実施形態はこれに限定されるものではない。

［実施形態］
先ず、図１から図３を参照しつつ、本実施形態に係る電波腕時計の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態における電波腕時計１００の正面図であり、図２は、図１のII−II線断面図である。電波腕時計１００は、標準電波を受信するアンテナ部品３０（図２，図３参照）を内蔵し、このアンテナ部品３０により標準電波を受信して受信信号を増幅、復調して時刻情報を解読することにより現在時刻を修正する機能を有する。

第１の実施形態における電波腕時計１００は、内部に図示しない時計機能を構成する各部品を収納する収納空間を有する機器ケースとしての本体ケース２と、該本体ケース２をユーザの腕に装着するためのバンド１１ａ，１１ｂを備えている。本体ケース２は、ステンレス、真鍮、チタン等の強度の強い金属（導電性材料）によって、上下面が開口した平面視ほぼ円環状に形成されている。この本体ケース２の視認側（図２において上側）には、視認側の開口部を閉塞するように非導電性の透明材料であるガラスで形成された非導電性のカバー部材としての風防ガラス４が、リング状のパッキン５を介して装着されている。

また、本体ケース２の裏面側（視認側に対向する側、図２において下側）には、裏面側の開口部を閉塞するように、防水リング６を介して金属からなる導電性のカバー部材としての裏蓋７が取り付けられている。一方、本体ケース２の上面には、枠状のベゼル部材８が接着剤や両面接着テープ等の接着部材９を介して装着されている。さらに、本体ケース２の外周部には、時刻合わせの指示やバックライトの点灯等の種々の指令を入力可能にするため複数の操作ボタンｆ１〜ｆ４が設けられている。

図２に示すように、本体ケース２内であって風防ガラス４の下側には、デジタル表示機能を備える表示部材としての液晶表示パネル（液晶パネル）１５が配置されている。液晶表示パネル１５の裏面（視認側とは反対側の面）には、液晶表示パネル１５を照明するバックライトとして、ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子を有するＥＬパネル１６が設けられている。なお、バックライトはＥＬ素子を有するものに限定されず、ＷＬＥＤ（白色発光ダイオード）等であっても良い。

また、特に限定されるものではないが、風防ガラス４と液晶表示パネル１５との間には、液晶表示パネル１５とほぼ同様の大きさに形成された薄板状の補助電源用ソーラーパネル１７が配置されている。
さらに、本体ケース２内には、上記液晶表示パネル１５の駆動回路や制御回路を構成する各種の電子部品２１が実装されたＰＷＢ（プリント配線板）等の回路基板１８が収納されている。この回路基板１８と液晶表示パネル１５とは、インターコネクタ１９を介して接続されている。

インターコネクタ１９は、例えば、液晶表示パネル１５の腕時計上部側の端部及び腕時計下部側の端部に接続されるように配設されており、液晶表示パネル１５上に設けられている各導電端子部と回路基板１８とを電気的に接続する。図示しないが、回路基板１８の上には、時計計時部を構成するＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、計時回路、発振回路、表示駆動回路等が実装されている。

また、本体ケース２内には、上記液晶表示パネル１５や回路基板１８上の回路が所定の動作を行うための電源電圧を供給する主電源としての電池２２が組み込まれている。前記回路基板１８には、電池２２に対応する位置に貫通孔１８１が形成されており、電池２２は、この貫通孔１８１に嵌め込まれて支持されている。液晶表示パネル１５と回路基板１８との間には、非導電性のスペーサ２３が設けられている。そして、本体ケース２内回路基板１８の側方の一点鎖線Ａで囲まれた部分に、磁性体からなる棒状のコア３１の周りにコイル３２が巻回されてなるアンテナ部品３０が配置されている。

アンテナ部品３０のコア３１は、アモルファス金属等の比透磁率が高く、導電率が小さい磁性材料からなる複数の板状部材を積層して形成されている。板状部材としては、アモルファス合金、Fe-Cu-Nb-Si-B系等のナノ結晶磁性合金、Fe-Si系磁性合金等の軟磁性金属箔帯を板厚２０μｍ以下に薄く形成したものを用いることができるが、これに限定されない。例えばコアはフェライト等により一体形成されていても良いし、パーマロイを材料としてコアを形成しても良い。

図３には、図２において一点鎖線Ａで囲まれている部分の拡大図を示す。
図３に示されているように、本実施形態の電波腕時計は、本体ケース２の円板状収納空間に面した内壁面に沿って形成され風防ガラス４の周縁部に当接してこれを支持する、つまり風防ガラス４を載置するためのリブ状の段差部２ａが設けられている。そして、この段差部２ａの下方に、本体ケース２とその裏面に装着された裏蓋７の周縁部とにより形成される凹部内に、棒状コア３１の周りにコイル３２を巻回してなるアンテナ部品３０と、その周囲をほぼ半周に渡って包囲するように形成された磁性板７２とが収納、配置されている。

この磁性板７２は、低透磁率の絶縁材からなり磁性板７２の外周壁に対応した形状を有する絶縁部材７３を介して本体ケース２の内周面から裏蓋７の一部にまたがって固定されている。この磁性板７２は、図５に示すように、断面形状がコ字上であり、上端部７２a、直立部７２ｂおよび下端部７２ｃからなる。上端部７２aの水平方向の幅L1と下端部７２ｃの水平方向の幅L２とを比較すると、前者は後者よりも短く形成されている。したがって、風防ガラス４側から受信される磁束が磁性板７２の上端部７２aからアンテナ３０へ入りこみやすいようになっている一方で、コイル３２から発生し磁性板７２を通過する磁束の一部が裏蓋７に漏れるのを防止できるようになっている。
一方、絶縁部材７３は、例えば両面接着テープによって構成することができる。両面接着テープを使用することにより、磁性板７２が多少複雑な形状であったとしても比較的容易に本体ケース２の内周面に固定することができる。また、絶縁部材７３を介して磁性板７２を本体ケース２の内周面に固定することにより、コイルから発生し磁性板７２を通過する磁束の一部が、本体ケース２や裏蓋７に漏れるのを防止できる。

さらに、電波腕時計では、適当な圧力で内部部品を押さえて位置ずれを防ぐために、裏蓋７の裏面（内面）にシート状の緩衝ゴムが接合されることがある。符号７１で示されている裏蓋７の裏面から内側に突出している部位（段差部）が、裏蓋７の裏面に接合されている緩衝ゴムである場合、磁性板７２の下側に対応する部分には両面接着テープ７３がなく、緩衝ゴムが直接磁性板７２の下面に接触する構造とする。つまり、両面接着テープ（７３）で磁性板７２を本体ケース側にのみ固定することも可能である。

また、特に限定されるものではないが、この実施形態では、アンテナ部品３０は絶縁材からなる緩衝シート７４を介して磁性板７２の上に載置されている。この緩衝シート７４にも両面接着テープを使用することができる。アンテナ部品３０は、液晶表示パネル１５を構成するガラス基板（上板もしくは下板）上にＣＯＧ（Chip on Glass）技術によって実装することも可能であり、液晶表示パネル１５のガラス基板をアンテナ配置側へ延長してそこにアンテナ部品３０を実装した場合には、緩衝シート７４に接着剤は不要である。また、緩衝シート７４を省略することも可能な場合もある。

この実施形態では、磁性板７２を設ける上下の範囲を、一方は本体ケース２のリブ状段差部２ａの先端面と端面とが一致するような位置、他方はアンテナ部品３０の内側の外周面と接する鉛直線Ｌよりもケース中央側へ長さΔだけ突出した位置とした。アンテナ３０のコイル３２から金属製の本体ケース２や裏蓋７への磁束の漏れを少なくするには、磁性板７２の両端をそれぞれもっと延ばした方が良いが、延ばしすぎると外部からコイル３２に飛び込む電波の量が少なくなる。
従って、磁性板７２の上側の端部は、本体ケース２のリブ状段差部２ａの先端面と端面とが一致するような位置とするのが良い。これにより、コイルに飛び込む電波の量を減らさずに、コイルから発生する磁束により本体ケースに生じる渦電流損失を減らすことができる。また、コイル３２の中心と磁性板７２の各端部を通過する直線がなす角度が９０度以上となるように磁性板７２を設ける範囲を決定するのが望ましい。これにより、コイルに飛び込む電波の量が少なくなるのを回避できる。

なお、この実施形態では、磁性板７２は、シリコンゴム等のバインダーに、Ｆｅ（鉄）を主成分としたフェライト材やアモルファス材等の金属磁性粉末を分散させてシート状に形成された磁性シートが用いられている。磁性板７２として、磁性シートよりも高透磁率で磁気特性に優れているフェライト焼結材やアモルファス箔等の固形状のものを使用するようにしてもよい。ただし、フェライト焼結材は、衝撃で割れ易くまた複雑な形状の加工が困難である等の欠点があるので、本実施形態のように、磁性板７２を本体ケース２の内周面から裏蓋７の一部にまたがって設けられた凹部内に挿入する構造の場合には、折り曲げ易い磁性シートを使用するのが望ましい。

図４には、図３に示されている磁気板７２とアンテナ部品３０を本体ケース２に装着した状態を上方より見た平面図を、図５には、図４に示されている磁気板７２とアンテナ部品３０を分離して斜め方向より見た状態を、それぞれ示す。

図４より分かるように、アンテナ部品３０のコア３１は、コイル３２が巻かれている部分が直線状であり、両端は本体ケース２の内周に沿って折り曲げもしくは湾曲させた形状とされている。磁性板７２の左右両端は、本体ケース２の開口部中心とコア３１の各端部を結ぶ直線の延長線よりも若干突出するように形成されている。磁性板７２の左右両端を突出させておくことにより、コア３１の端部から出た磁束を本体ケース２に入りにくくして、渦電流を減らすことができる。

アンテナ部品３０が電波を受信すると、アンテナ部品３０の周辺に磁束線が発生する。この際、アンテナ部品３０が単体であれば、磁束線は、磁性体コア３１の一方の端面からその端面の法線方向に向かってコア外部へ出て、アンテナ部品３０周囲の空間を通過し、他方の端面へその法線方向からコア内部に入る。

本実施形態では、磁性板７２がアンテナ部品３０の近傍にこれの一部を包むように配置されているため、磁性板７２が副磁路となり、図６に示すように、コア３１の一方の端面から出た磁束線のうち一部は、アンテナ部品３０周囲の空間を通過し、他方の端面へその法線方向からコア内部に入るが、大部分は磁性板７２の内部を通過して、他方の端面からコア３１の内部に入って行くようになる。

さらに、磁性板７２は本体ケース２を構成する金属部材よりも透磁率が高い材料で構成されているので、発生した磁束線は、本体ケース２よりも磁性板７２の内部を通過し易い。その結果、アンテナ部品３０が電波を受信する際に発生する磁束線は、本体ケース２内をほとんど通過しなくなり、磁性板７２の内部を通過するようになる。そのため、本体ケース２や裏蓋７に生じる渦電流を抑制し、極めて損失の少ないアンテナが実現される。

また、本実施形態では、磁性板７２がアンテナ部品３０の周囲全体を包むのではなく、端面側は全体が開放され、かつ円周方向の範囲は９０度以上開放されているため、図６に一点鎖線で示すように、コア３１の端面からアンテナに入る送信局からの電波が本体ケース２に吸収される割合が少なく、送信局からの電波の磁束がコア３１を通過し易い構造となっている。そのため、受信感度がきわめて良好なアンテナが実現される。

さらに、実施形態のアンテナ部品３０は、コイル３２が巻回されているコアの部分が直線状に形成されているので、例えばこの部分が円弧状に形成されているものよりもコイルの巻回が容易であり、製造コストを下げることができる。コア３１は、導電率が小さい磁性材料からなる複数の板状部材を積層して形成されているため、その両端を本体ケースの内周面に沿った方向へ折曲することが容易となる。

なお、本実施形態では、磁性板７２の左右両端のコア３１端面からの突出量Δの大きさにより電波の受信感度が若干変化するので、本体ケース内に配置されたアンテナ部品３０の周囲の状況やコア３１の形状（端部の曲げ角度）等に応じて突出量を最適化して受信感度が良好となるように調整することができる。また、図４には、コア３１の端面を本体ケース２の開口部中心を通る直線と同じ方向に設定したものを示したが、本体ケース内に配置されたアンテナ部品３０の周囲の状況に応じて、コア３１の端面を図４のものよりも外向きあるいは内向きに設定したり、ケースに対してやや上向きに設定したりすることで電波の受信感度を調整するようにしても良い。

［変形例］
図７には、前記実施形態の変形例が示されている。このうち（Ａ）は、磁性板７２の断面形状をＬ字形にして、絶縁性の両面接着テープ７３によって本体ケース２の内周壁から裏蓋７の周縁部にかけて配置し、アンテナ部品３０の周囲を磁性板７２で囲むようにしたものである。（Ｂ）は、磁性板７２の断面形状を略コの字形にしたもの、（Ｃ）は磁性板７２の断面形状を上向きのコの字形にしたものである。

これらの変形例は、例えば本体ケース２に風防ガラスを載置する段差部２ａが形成されていない場合に好適な実施例であり、図２の実施形態とほぼ同様に、アンテナのコイルで発生した磁束が本体ケース２や裏蓋７を通過するのを磁性板７２で防止して、渦電流による損失が発生するのを極力減らすことができる。また、図７（Ｃ）のように、アンテナ部品３０の開口部中央側まで磁性板７２で囲むようにした場合には、開口部中央側に金属製の部品が配置されている電子機器に適用することで、その部品に渦電流が流れて損失が増大するのを防止することができるという利点がある。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、前記実施形態においては、本体ケース２全体が、ステンレス、真鍮、チタン等の金属材で構成されているとしたが、ケースを形成する金属はこれらに限定されないことはもちろんのこと、本体ケース２の少なくとも一部が金属材料で構成されているものであれば、本発明を適用することで所望の効果を得ることができる。

また、前記実施形態では、本体ケース２内側の収納空間の一方が裏蓋7により開閉可能に閉塞されているものを示したが、着脱可能な裏蓋の代わりに、本体ケース２と一体形成された底壁部で収納空間の一方が完全に閉塞されているものにも適用できる。さらに、本体ケース２の収納空間の開口の形状は、実施形態のような円形のものに限定されず、楕円あるいは多角形等であるものにも適用することができる。また、コア３１は、複数の板状部材を積層して形成されていると説明したが、線状のものを束ねて形成したコアを用いても良い。

以上の説明では、本発明を電波腕時計に適用した例を示したが、これに限定されるものではなく、内蔵アンテナを有し外部からの電波を受信して情報を得る構成の電子機器であれば如何なるものであってもよい。例えば、据え置き型など固定式の電波時計であってもよいし、小型ラジオ、携帯端末等であってもよい。

本発明を適用して好適な電子機器の一例としての電波腕時計の一実施形態を示す正面図である。 図１の電波腕時計のII−II線に沿った断面図である。 図２において一点鎖線Ａで囲まれている部分の詳細を示す拡大断面図である。 図３に示されている磁気板とアンテナ部品を本体ケースに装着した状態を上方より見た様子を示す平面図である。 図４に示されている磁気板とアンテナ部品を分離して斜め方向より見た状態を示す斜視図である。 本発明に係るアンテナの作用を説明するための説明図である。 図７（Ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ前記実施形態の変形例を示す要部拡大断面図である。

符号の説明

２ 本体ケース（機器ケース）
４ 風防ガラス（第２カバー部材）
７ 裏蓋（第１カバー部材）
１５ 液晶表示パネル
１６ ＥＬパネル
１７ ソーラーパネル
１８ 回路基板
１９ インターコネクタ
２１ 電子部品
２２ 電池
２３ スペーサ
３０ アンテナ部品
３１ コア
３２ コイル
７２ 磁性板
７３ 絶縁性両面接着テープ（絶縁部材）
１００ 電波腕時計

Claims (7)

1. 一方の開口部が導電性の第１カバー部材または底壁部で閉塞され、他方の開口部が非導電性の第２カバー部材で閉塞された収納空間を有する導電性の機器ケースと、
   この機器ケースの前記収納空間に面した内側壁の近傍に配置された、コアおよびコイルを有するアンテナと、
   前記機器ケースの前記内側壁から前記第１カバー部材または底壁部の一部に亘って前記アンテナとの間に介在するように設けられた、前記機器ケースの透磁率よりも透磁率の高い磁性材からなる磁性板と、
   この磁性板と前記機器ケースの前記内側壁との間に介在された絶縁部材と、
   を備えていることを特徴とする電子機器。
2. 前記内側壁には、前記第２カバー部材の縁部が当接する段差部が形成され、前記磁性板の前記アンテナの周方向端部の一方は、前記段差部の先端を通る接線に達するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
3. 前記磁性板の前記アンテナの周方向端部の他方は、前記アンテナのコイル部分の外周に接する接線であって前記第１カバー部材にほぼ直交する接線よりも前記収納空間の中央側に位置するように形成されていることを特徴とする請求項２に記載の電子機器。
4. 前記磁性板の前記アンテナの周方向端部の一方と前記アンテナの中心を通る線と、前記磁性板の前記アンテナの周方向端部の他方と前記アンテナの中心を通る線とのなす角度が９０度以上に設定されていることを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
5. 前記アンテナのコアは、コイルの巻き線部分が直線状に形成され、巻き線部分の外側部分は前記機器ケースの前記内側壁に沿った方向に折曲され、
   前記磁性板の前記アンテナの軸方向端部は、前記機器ケースの収納空間中心と前記コアの各端部とを結ぶ直線の延長線よりもそれぞれ突出するように形成されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の電子機器。
6. 前記磁性板は、折り曲げ可能なシート状に形成された磁性部材により構成されていることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれかに記載の電子機器。
7. 前記絶縁膜は、シート状の絶縁材の表裏に接着剤が塗布された両面接着テープであることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれかに記載の電子機器。

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