JP2010124452A

JP2010124452A - 導通ヒンジ

Info

Publication number: JP2010124452A
Application number: JP2009182552A
Authority: JP
Inventors: Shuji Chiba; 修二千葉; Shungo Daigaku; 俊吾大學; Hiroyuki Hatano; 宏幸波多野
Original assignee: Staf Corp Ltd
Current assignee: Staf Corp Ltd
Priority date: 2008-10-20
Filing date: 2009-08-05
Publication date: 2010-06-03

Abstract

【課題】折畳式の携帯電話機で、上筐体を折り畳んだ状態でのアンテナ性能の低下を軽減する。
【解決手段】上筐体８の接地導体12と下筐体９の接地導体13を、導通ヒンジで選択的に接続する。上筐体８が全開から約半開までの間では導通し、約半開から全閉までの間は非導通となる。上筐体８が開かれた状態では、接地導体はアンテナに対して大きなアースとして働く。上筐体８が折り畳まれた状態では、アンテナに対して小さなアースとして働くが、接地電流の効果が打ち消されることはないので、アンテナの性能は大きなアースと比較して少ししか低下しない。したがって、筐体を折り畳んだ状態でのアンテナ性能の低下が軽減され、筐体を開いた状態でのアンテナ性能も向上する。
【選択図】図１

Description

本発明は、導通ヒンジに関し、特に、800MHz帯と２GHz帯で通話を行い、地上ディジタルTV放送のワンセグ放送も受信できる折畳式の携帯電話機のための導通ヒンジに関する。

従来、折畳式の携帯電話機用の導通ヒンジで、上筐体と下筐体のアンテナや接地導体を、図５に示すように、電気的に接続している。折畳式の携帯電話機では、上筐体と下筐体のアンテナや接地導体を単純に接続すると、アンテナ特性が低下することがあるので、アンテナや接地導体の接続方法を工夫して、アンテナ特性が必要な程度に維持されるようにしている。以下に、これに関連する従来技術の例をあげる。

特許文献１に開示された「ヒンジ装置」は、ヒンジ装置を構成する部品自体に導電性を持たせたヒンジ装置である。図６（ａ）に示すように、第一取付部と第二取付部の双方または一方を、軸部材に対して相対回動可能に設ける。第一取付部に第一導電部を付設する。第一導電部は、第一筐体の電気的接続部に接触する。第二取付部に第二導電部を付設する。第二導電部は、第二筐体の電気的接続部に接触する。第二導電部と第一導電部は、軸部材を介して電気的に接続する。第一筐体を第一取付部に取り付け、第二筐体を第二取付部に取り付けると、第一筐体の電気的接続部と第二筐体の電気的接続部とが、第一導電部と軸部材と第二導電部を介して電気的に常に接続される。

特許文献２に開示された「折り畳み機器におけるヒンジ装置」は、本体部材側とカバー部材側との電気導通が確実なヒンジである。図６（ｂ）に示すように、バネ性金属製の第１ディスクの外周縁部に、第１ヒンジ筒の外端側に向かって開く摺動片を設け、第１ヒンジ筒内に嵌め込む。第１ヒンジ筒の内壁面の軸方向に沿う凹溝に、摺動片をスライド自在に嵌める。第１ディスクは、コイルバネにより、第２ヒンジ筒内の第２ディスクに圧接され電気的に常に接続される。

特許文献３に開示された「導通ヒンジ装置」は、携帯電話機などの上筐体と下筐体を電気的に接続できる信頼性の高い導通ヒンジ装置である。図６（ｃ）に示すように、上筐体側接触子をホルダに挿入して固定する。下筐体側接触子をケースに挿入して固定する。ホルダとケースを組み合せて、ヒンジの回転の中心軸となるシャフトを貫通させる。上筐体側接触子は、下筐体側接触子に電気的に接触して導通状態になる。導通ヒンジ装置を筐体のヒンジ部に挿入して、ホルダを上筐体に固定し、ケースを下筐体に固定する。上筐体側接触子は上筐体のアンテナに接続され、下筐体側接触子は下筐体の送受信部に常に接続される。

特許文献４に開示された「アンテナ装置」は、グランドが複数に分割されたアンテナの特性を向上させたものである。折り畳み式の携帯電話機は、上下の筐体にアンテナのグランドが分割されて収納された状態となっている。金属製のヒンジ部で上下の筐体を接続すると、金属性のヒンジ部を介して上下のグランドが接続され、上下の筐体を開いた際にグランド長が長くなり、アンテナ特性が劣化する。金属製のヒンジ部と上側のグランドとの間にスペーサを設け、このスペーサにより、容量性リアクタンス成分を形成する。この容量性リアクタンス成分は、グランドの誘導性リアクタンス成分（インダクタ）を打ち消す。筐体を開いたときのグランド長を最適な長さとすることができ、アンテナ特性が向上する。

特許文献５に開示された「折畳み式携帯無線機」は、開いた状態から閉じた状態にするときのアンテナの放射効率の低下を防止するものである。携帯無線機の非導電材料の上部筐体と下部筐体を、ヒンジ部で相互に回転自在に連結している。上部筐体の内部には上部回路基板が収納され、下部筐体の内部にも下部回路基板が収納されている。各回路基板は、ヒンジ部の内部を通ったフレキシブルケーブルにより電気的に接続されている。上部筐体と下部筐体のそれぞれにグランド板が配設されている。上部グランド板と上部回路基板、下部グランド板と下部回路基板は、それぞれ電気的に接続されている。上部グランド板と下部グランド板は、上部筐体と下部筐体を折り畳んだ時に接触するようになっている。

特許文献６に開示された「携帯型端末機」は、金属製の連結部材を用いた場合にも、開閉状態に拘わらず良好なアンテナ性能が得られるものである。折り畳み式携帯電話機は、金属製のヒンジ機構で、第１筐体と第２筐体を開閉可能に連結している。ヒンジ機構の一端は、第１筐体内に設けられた回路基板の端部に連結されており、他端は、第２筐体内に設けられた金属製のLCDフレームの端部に連結されている。回路基板上には、ヒンジ機構の一端に接触する接点バターンとグランドパターンとが形成されている。グランドバターンには、第１整合回路と第２整合回路とが並列に接続されている。両接続回路の他端と接点パターンの間には、スイッチがある。携帯電話機を閉じたときは、第１整合回路を介して、接点パターンとグランドパターンをスイッチで接続する。開いたときは、第２整合回路を介して、両者をスイッチで接続する。

特許文献７に開示された「携帯端末」は、コイル等の回路素子を追加することなく、アンテナ特性を向上させたものである。上部筐体と下部筐体は、開閉自在なヒンジ部で連結されている。上部筐体には、導電性の板状導体と結合端子がある。結合端子はヒンジ部近傍に配置されており、板状導体に接続されている。下部筐体には、グランド板と開閉検出部と内蔵アンテナがある。上部筐体と下部筐体とが開いた状態では、内蔵アンテナが結合端子と電気的に接続するように、内蔵アンテナはヒンジ部近傍に配置されている。内蔵アンテナは、無線回路を介してグランド板に接続されている。開閉検出部が携帯端末の閉じた状態を検知すると、内蔵アンテナが動作する。開閉検出部が携帯端末の開いた状態を検知すると、板状導体とグランド板とによるダイポールアンテナが動作する。

特許文献８に開示された「携帯無線機」は、開いているときと閉じているときの両使用形態において良好なアンテナ特性を得ることができるものである。第一のスイッチは、筐体が開かれた状態では、第二のアンテナと下部基板の基板端のグランドとを接続する第一の状態に切り替わる。筐体が閉じられた状態では、第二のアンテナと第二の給電部とを接続する第二の状態に切り替わる。これにより、第二のアンテナは、筐体が開かれた状態では、下部基板のグランド延長エレメントとして動作し、筐体が閉じられた状態では、アンテナとして動作する。

特許文献９に開示された「開閉検出装置」は、蓋体の任意の開き状態の検出ができるものである。筐体に、蓋体が回動可能に支持されている。蓋体と筐体の何れか一方に、ヒンジ部材の枠体が取り付けられている。枠体から突出する軸体が、他方を回動可能に支持している。スイッチ部で、蓋体の回動を検出する。軸体には、操作カム部が形成されている。スイッチ部は、内部に可動接点と固定接点があり、操作部が突出した単体のプッシュスイッチである。軸体の回動に伴い、操作力ム部が操作部を押圧することにより、可動接点と固定接点とを接離して、蓋体の回動を検出する。

特許文献10に開示された「開閉検出装置」は、蓋体の任意の開き状態の検出が可能なものである。蓋体が、筐体に回動可能に支持されている。蓋体と筐体の何れか一方に、ヒンジ部材の枠体が取り付けられている。枠体から突出する軸体が、他方を回動可能に支持している。スイッチ部で、蓋体の回動を検出する。スイッチ部は、回転操作体と、可動接点と、ロータリースイッチからなる。回転操作体は中空軸孔部を有し、可動接点は、回転操作体と一体に回転する。単体のロータリースイッチのハウジング内部には、可動接点と摺接する固定接点がある。ヒンジ部材の軸体が、回転操作体の中空軸孔部に挿通されている。軸体の回動に伴う可動接点と固定接点との摺接によって、蓋体の回動を検出する。

特許文献11に開示された「スイッチ機構」は、電子機器を落としても、折畳式電子機器の開閉状態を検出する筐体開閉検出スイッチが壊れないようにしたものである。ヒンジ軸カムユニットとスイッチ部ユニットとを、ヒンジ部に一体化する。ヒンジ軸カムユニットのケースを、第１筐体に固定する。ヒンジ軸カムユニットの相対的回転に応じてON/OFFするスイッチ部のケースを、第２筐体に固定する。第１筐体が閉じられると、軸カムの回転により、第１カムの突起が第２カムの突起に重なって、可動接点が押され、スイッチがONする。第１筐体が開かれると、第２カムの突起が、第１カムの突起から外れ、可動接点が戻り、スイッチOFFとなる。スイッチ機構が露出していないので、開閉検出スイッチの破損を防止できる。磁気カードへの悪影響も無い。

特開2003-184858号公報特開2003-065319号公報特開2006-071049号公報特開2005-167908号公報特開2007-135148号公報特開2007-158718号公報特開2008-005207号公報特開2007-104468号公報特開2002-279857号公報特開2002-281133号公報特開2004-213981号公報

しかし、特許文献１、２、３記載の従来の導通ヒンジで上筐体と下筐体の接地導体を電気的に接続した場合には、次のような問題がある。通話とTV受信では、使用周波数帯が異なるので、導通ヒンジで上筐体と下筐体の接地導体を電気的に単に接続しただけでは、いずれかの開閉状態でどれかの周波数帯でのアンテナ利得が低下してしまう。通話とTV受信の両方で、すべての場合に良好なアンテナ利得を実現することはできない。特許文献４、５、６、７、８記載のものでは、開閉の状態に応じてアンテナやグランド等を、ヒンジ部を使用せずに切り換えるなどして、アンテナ性能を向上させている。特許文献９、10、11記載のものは、携帯端末機の開閉状態を検知し、電気的動作を切り換えることが目的であり、使用周波数帯における導通時と非導通時のインピーダンスについては考慮されていない。

従来の携帯電話機では、図７（ａ）に示すように、電源線と各種信号線とグランド線は、フレキシブル基板や細線同軸ケーブル等を使用して接続している。しかし、通話に使用する800MHzや1.5GHzや2GHz等の周波数では、これらの接続線が細くて長いためにインダクタンスとして働き、アンテナ動作については、上下筐体のグランドが分離して見える。そのため、筐体や基板グランドをアンテナとして利用する最近の携帯端末では不都合である。

図７（ｂ）に示すように、全金属製の導通ヒンジを使用すると、筐体が金属製の場合は無条件に導通してしまい、導通を切ることができず、筐体を利用したアンテナでは、グランド制御ができずに不都合である。特に最近は、小型化薄型化のために、ケースにマグネシウムを使用しているので、金属ケースヒンジでは否応無しにつながってしまう。そのために、この場合には樹脂ケースの導通ヒンジを使わざるを得ない。

樹脂ケースの導通ヒンジでは、図７（ｃ）に示すように、アンテナ動作に必要な、上下筐体のグランド間の接続を、電源グランド線で行うのではなく、使用周波数帯でのインダクタンスが小さい構造の導通ヒンジで行っている。高周波グランドは、導通ヒンジのシャフトセット側接続部から舌片と半導体スイッチを経由して、基板グランドにつながっている。半導体スイッチのON/OFFはマイコンで制御される。グランド線をループにすることはよくないので、電源の戻り電流の高周波成分は、アンテナ動作上充分な低インピーダンスになる容量結合で電源ラインに流す。

ただし、端末の形態や内部レイアウトの組合せなどの条件によっては、アンテナ性能だけでなく携帯端末全体の性能バランスを考慮すると、高周波グランドを直流的にも接続した方がよい場合もある。マイコンで制御する方法は、筐体を閉じたときONにする場合や、回路を増やして端末の姿勢に応じて制御する場合や、意図的にコイルを入れる場合などに、プログラムで変更できる自由度がある点では有利であるが、構成が複雑になりコスト高になる。(例、特許第4199697号公報、特許第3854976号公報)。

本発明の目的は、上記従来の問題を解決して、折畳式の携帯電話機の筐体を閉じた状態でのアンテナ性能の低下を軽減しながら、開いた状態でのアンテナ性能を向上させることである。

上記の課題を解決するために、本発明では、導通ヒンジを、折畳式の携帯電話機の上筐体と下筐体を開閉させるヒンジ機構と、上筐体の接地導体と下筐体の接地導体を選択的に接続するスイッチ手段とを具備する構成とし、スイッチ手段に、上筐体が全開から約半開までの間では上筐体の接地導体と下筐体の接地導体を使用周波数帯での充分に低いインピーダンスで接続し、上筐体が約半開から全閉までの間では上筐体の接地導体と下筐体の接地導体を使用周波数帯での充分に高いインピーダンスで分離する接点部を備えた。接点部は、直流から使用周波数帯まで一様にオンオフする手段であるか、オン状態では使用周波数帯での充分に低いインピーダンスとなり、オフ状態では使用周波数帯での充分に高いインピーダンスとなる厚さと誘電率をもつ誘電体を用いた静電容量結合により、使用周波数帯でオンオフする手段であり、ヒンジケース側に固定されているケース側接点と、ヒンジホルダと回転結合されたシャフトに回転結合した誘電体と、ケース側接点と誘電体とが接触することによりケース側接点と高周波的に結合するシャフト側電極とを備える。

上記のように構成したことにより、携帯電話機の筐体を折り畳んだ状態でのアンテナ性能の低下を軽減しながら、筐体を開いた状態でのアンテナ性能を向上させることができる。スイッチ付きヒンジを使うことで、半導体スイッチとコンデンサが不要になる。また、直流結合形式の導通ヒンジは、内部の部品構成を変えるだけで高周波結合形式の導通ヒンジに変更できる。その逆も可能である。

本発明の実施例１における導通ヒンジを用いる場合のアンテナ動作の概念図である。本発明の実施例１における導通ヒンジの概念図と、アンテナ性能の比較表である。本発明の実施例１における導通ヒンジの変形例の分解斜視図と外観図と、動作状態図である。本発明の実施例２における導通ヒンジの配置概念図と誘電体部の形状を示す分解斜視図と部分拡大図である。従来の導通ヒンジを用いる携帯電話機の概念図である。従来の導通ヒンジの概念図である。従来の導通ヒンジを用いる場合の説明図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。

本発明の実施例１は、携帯電話機の上筐体の接地導体と下筐体の接地導体を、上筐体が全開から約半開までの間では導通し、約半開から全閉までの間は非導通となるように選択的に接続する導通ヒンジである。

図１に、本発明の実施例１における導通ヒンジを用いる場合のアンテナ動作を示す。図２に、導通ヒンジの導通経路と、アンテナ性能の比較表を示す。図３に、導通ヒンジの変形例の分解斜視図と外観と動作状態を示す。

図１において、上筐体８は、折畳式携帯電話機の表示部がある筐体である。下筐体９は、折畳式携帯電話機の操作部がある筐体である。スプリングなどは図示を省略してある。アンテナ10は、地上波ディジタルTV放送受信用や800MHz帯と２GHz帯を使用する通話用のアンテナであり、内蔵アンテナを接地導体13の端部に配置してある。内蔵アンテナの例を示してあるが、ホイップアンテナでもよい。アンテナの設置位置は、図示の位置以外でもよい。接地導体12、13は、高周波回路のアースとして働く導体である。折畳式携帯電話機の回路全体で共通の接地導体でもよいし、アンテナのみに対応するグランドプレーン導体でもよい。

図２において、シャフト１は、導電性のヒンジ軸である。ケース２は、可動カムを上筐体に同期して回転させるための部材である。可動カム３は、固定カムと係合する凸部を有するカムである。固定カム４は、可動カムと係合するための凹部を有するカムである。ホルダ５は、固定カムとシャフトを下筐体に同期させるために、下筐体に固定される部材である。導体舌片６は、下筐体に設けられた接続用導体である。導体摺動片７は、シャフトの頭部と摺動して上筐体とシャフトを電気的に接続する部材である。

図３において、ワッシャ14は、シャフトとケースの間の摩擦を軽減する部材である。ケース側電極15は、ヒンジケースに固定され、シャフト側接点と摺動接触して上筐体とシャフトを電気的に接続する部材である。ばね16は、固定カムに可動カムを押し付けてトルクを発生するばねである。ストッパ17は、シャフトの先端を挟んでシャフトを回転可能に保持する抜止め部材である。シャフト側電極18は、シャフトの頭部に設けられ、Ｄ字形状をしており、ケース側接点と接触する部分である。ケース側接点19は、シャフト側電極と接触する部分である。側部舌片20は、ケース側電極と接触して、上側筐体のグランドに接続する導通部材である。その他の構成は、従来の導通ヒンジと同様であるので、詳しい説明は省略する。

上記のように構成された本発明の実施例１における導通ヒンジの機能と動作を、図１を参照しながら説明する。筐体の開状態でONになり、閉状態でOFFになることで、アンテナ性能を向上させる導通ヒンジである。上筐体８の接地導体12と下筐体９の接地導体13を、導通ヒンジで選択的に接続する。上筐体８が全開から約半開までの間では導通ヒンジは導通する。約半開から全閉までの間は非導通となる。上筐体８が開かれた状態では、アンテナ10に対応するアースの高周波電流は、両方の筐体の接地導体12と13に流れる。接地導体12と13はほぼ一直線状になっているので、アンテナ10に対して大きなアースとして働く。

上筐体８が折り畳まれた状態では、アンテナ10に対応するアースの高周波電流は、一方の筐体の接地導体13のみに流れる。アンテナ10に対して小さなアースとして働くので、アースの効果は大きなアースの効果より小さくなる。しかし、接地電流の効果が打ち消されることはないので、アンテナ10のアースとしての効果は実際の大きさに応じた効果より小さくはならず、アンテナ10の性能は大きなアースと比較して少ししか低下しない。

図２（ａ）に示すように、シャフト１の頭部は、筐体の外側方向の部分であり、円盤状に広がっている。この円盤状の頭部の内側に、導体摺動片７が摺動するように当たり、電気的に接続される。シャフト１の先端が下筐体９の導体舌片６に当接して、下筐体９の接地導体12に電気的に接続される。したがって、上筐体８、導体摺動片７、シャフト１、導体舌片６が電気的に接続されて、導通経路が形成される。

上筐体８が開いた状態では、上筐体８の導体摺動片７が導電性のシャフト頭部に摺動して電気的に接続され、シャフト１の先端部が下筐体９の導体舌片６に接して、上筐体８の接地導体12と下筐体９の接地導体13を接続する。上筐体８の接地導体12は、シャフト１を経由して下筐体９の接地導体13と接続される。シャフト１の先端が、下筐体９の導体舌片６に当接して、下筐体９に電気的に接続される。

図２（ｂ）に示すように、シャフト頭部は導体であり、一部が絶縁体である。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、上筐体８が全開から半開の間では、上筐体８の導体摺動片７がシャフト頭部の導体部分と接触する。両方の筐体の接地導体が接続されて、１つの大きなアースとして働く。図１（ｃ）、（ｄ）に示すように、上筐体８が半開から全閉の間では、上筐体８の導体摺動片７がシャフト頭部の絶縁体部分と接触する。一方の接地導体13のみが、アンテナ10に対応するアースとして働く。両接地導体12を直流的に接続する必要がある場合は、チョークコイルなどを介して接続すればよい。図１（ｅ）〜（ｈ）のように、アンテナ10をヒンジ取付部付近に配置した場合も、ほぼ同様である。図１（ｅ）の状態では、接地導体12、13は、グランドプレーンアンテナのように働くので、電流の流れ方は少し複雑になる。

これ以外の形式の導通ヒンジでも、例えば、スイッチを内蔵して接地導体を選択的に接続する方法などで、同様の機能を実現できる。上筐体が全開から半開までの間では上筐体の接地導体と下筐体の接地導体を接続し、上筐体が半開から全閉までの間では上筐体の接地導体と下筐体の接地導体を分離するスイッチ手段を備えればよい。

次に、図２（ｃ）を参照しながら、アンテナ性能の違いを説明する。接地導体を常に分離したものを基準として、アンテナ性能が向上したか低下したかを測定した結果を、図２（ｃ）に示す。従来の導通ヒンジを使用して、両筐体の接地導体を常に接続したものでは、TV受信の場合には、受信性能はほぼ向上するが、通話では低下することがある。本実施例の場合では、アンテナ性能は向上するが、低下することはない。

次に、図３を参照しながら、導通ヒンジの変形例を説明する。図３（ａ）、（ｂ）に示すように、シャフト１の頭部と接触するケース側電極15をヒンジの内部に設け、シャフト１の頭部のシャフト側電極18をＤ字形状にしたものである。図３（ｃ）に、導通ヒンジを組み立てた状態の外観を示す。図３（ｄ）に、導通ヒンジを導体舌片６と側部舌片20で接地導体に接続した状態を示す。図３（ｉ）、（ｊ）に示すように、ケース側接点19がシャフト側電極18に接触すると、スイッチがONになる。

シャフト１の先端の平坦部がホルダ５の穴部に嵌合して、シャフト１はホルダ５とともに回転し、シャフト１の頭部に設けたシャフト側電極18が回転する。ケース２に固定されているケース側接点19が、シャフト側電極18に接触すると導通状態となり、非接触になると非導通状態になる。上筐体８が全開から全閉近くまでの間では、図３（ｉ）、（ｊ）に示すように、導通ヒンジは導通する。全閉近くから全閉までの間は、図３（ｅ）〜（ｈ）に示すように、非導通となる。このようにして、上筐体８の接地導体12と下筐体９の接地導体13を、導通ヒンジで選択的に接続する。

上筐体８が開かれた状態では、アンテナ10に対応するアースの高周波電流は、両方の筐体の接地導体12と13に流れる。接地導体12と13はほぼ一直線状になっているので、アンテナ10に対して大きなアースとして働く。上筐体８が折り畳まれた状態では、アンテナ10に対応するアースの高周波電流は、一方の筐体の接地導体13のみに流れる。アンテナ10に対して小さなアースとして働くので、アースの効果は大きなアースの効果より小さくなる。しかし、接地電流の効果が打ち消されることはないので、アンテナ10のアースとしての効果は実際の大きさに応じた効果より小さくはならず、アンテナ10の性能は大きなアースと比較して少ししか低下しない。

上記のように、本発明の実施例１では、導通ヒンジを、携帯電話機の上筐体の接地導体と下筐体の接地導体を、上筐体が全開から約半開までの間では導通し、約半開から全閉までの間は非導通となるように選択的に接続する構成としたので、携帯電話機の上筐体を折り畳んだ状態でのアンテナ性能の低下を軽減しながら、筐体を開いた状態でのアンテナ性能を向上させることができる。

本発明の実施例２は、携帯電話機の上筐体の接地導体と下筐体の接地導体を、上筐体が全開から全閉近くまでの間では高周波的に導通させ、全閉近くから全閉までの間は高周波的に非導通とさせるように選択的に接続する導通ヒンジである。

図４に、導通ヒンジの配置と、導通ヒンジの動作と、導通ヒンジの誘電体がある部分の分解斜視図を示す。図４において、シャフト１は、導電性のヒンジ軸である。シャフトの頭部には、シャフト側電極がある。ワッシャ14は、摩擦抵抗を軽減するための部材である。ケース側電極15は、誘電体と接触する電極である。シャフト側電極18は、シャフトの頭部に設けられ、Ｄ字形状をしている部分である。ケース側接点19は、誘電体と接触する部分である。誘電体21は、静電容量型スイッチのコンデンサを構成する誘電体である。

上記のように構成された本発明の実施例２における導通ヒンジの機能と動作を説明する。最初に、導通ヒンジの機能の概要を説明する。筐体の開状態で上下筐体の接地導体を高周波的に接続し、閉状態で分離することで、アンテナ性能を向上させる導通ヒンジである。上筐体８の接地導体12と下筐体９の接地導体13を、導通ヒンジで高周波的に選択的に接続する。上筐体８が全開から全閉近くまでの間では、導通ヒンジは高周波的に導通する。全閉近くから全閉までの間は高周波的に非導通となる。上筐体８の接地導体12と下筐体９の接地導体13は、直流的低周波的には常に導通している。上筐体８が開かれた状態では、アンテナ10に対応するアースの高周波電流は、両方の筐体の接地導体12と13に流れる。接地導体12と13はほぼ一直線状になっているので、アンテナ10に対して大きなアースとして働く。

上筐体８が折り畳まれた状態では、アンテナ10に対応するアースの高周波電流は、上筐体８の接地導体12のみに流れる。アンテナ10に対して小さなアースとして働くので、アースの効果は小さくなる。しかし、接地電流の効果が打ち消されることはないので、アンテナ10のアースとしての効果は実際の大きさに応じた効果より小さくはならず、アンテナ10の性能は大きなアースと比較して少ししか低下しない。

次に、図４を参照しながら、高周波結合型導通ヒンジの構成を説明する。図４（ａ）に示すように、上筐体８と下筐体９は、電源線と信号線で接続されている。上筐体８の接地導体12と下筐体９の接地導体13は、高周波的には導通ヒンジで選択的に接続される。図４（ｂ）に示すように、ケース側接点19が誘電体21に接触すると、ケース側電極15とシャフト側電極18の間に静電容量の大きいコンデンサが形成されて、ケース側電極15とシャフト側電極18が高周波的に接続される。図４（ｃ）〜（ｆ）に示すように、接点部は、ヒンジケース側に固定されているケース側接点19と、ヒンジホルダと回転結合されたシャフト１に回転結合した誘電体21と、ケース側接点19と誘電体21とが接触することによりケース側接点19と高周波的に結合するシャフト側電極18とを備えている。回転結合しているとは、一緒に回転するように結合されているということである。

図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、導通ヒンジのON時に電極間の静電容量が大きくなるように、電極間に誘電体21を設ける。誘電体21の厚さと誘電率のいずれかまたは両方を変えることにより、ON時の静電容量を設定する。シャフト１の先端の平坦部がホルダの穴部に嵌合して、シャフト１はホルダとともに回転し、シャフト１の頭部に設けたシャフト側電極18が回転する。ケース側に固定されているケース側電極15が誘電体21に接触すると、ケース側電極15とシャフト側電極18が、誘電体21を介して高周波的に接続される。ケース側電極15が誘電体21から離れると、ケース側電極15とシャフト側電極18の間の静電容量は小さくなるので、ケース側電極15とシャフト側電極18は高周波的に分離される。アンテナへ接続する回路のインピーダンスは一般的に50Ωであり、アンテナのインピーダンスと整合を取るために、回路とアンテナの間に整合回路を挿入し、インピーダンス変換を行い、損失を最小限にする。アンテナと回路の整合状態を表す手段として、電圧定在波比VSWRが用いられている。VSWRの値が２以下であれば、実用上問題ないとされる。例えば、インピーダンスが25Ωのアンテナを直接回路に接続した場合は、VSWRは２となる。

全開状態では、アンテナ使用周波数における充分に低いインピーダンスで上下筐体の接地導体間を接続する。直流電流は電源系のアース線に流す。なお、全開状態でアンテナ性能向上を阻害しない「充分に低いインピーダンス」は、携帯端末が使用する周波数帯や端末の内部レイアウトなどにより異なるので、一義的には決められないが、およそ全開状態でアンテナ性能が向上するインピーダンスであればよく、前記の実用上問題ないVSWR値を加味し、通常は回路インピーダンスの十分の一である５Ω以下であれば良い。

コンデンサのインピーダンスＺは次の式で得られる。
Ｚ＝１／ｊωＣ
Ｃ＝εＳ／ｄ
Ｚ:コンデンサのインピーダンス、ω:２πＣ、Ｃ:静電容量、ε:誘電体の誘電率、Ｓ:対向する部分の面積、ｄ:対向する部分の導体間距離

必要なインピーダンスを得るためには、誘電体21の厚さを変えるか、誘電体21の誘電率が異なる材質を用いるか、シャフト側電極18とケース側接点19がON時に対向する部分の面積を調整する。

図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、誘電体21は、Ｄ字形状をしている。シャフト１の断面もＤ字形状をしている。誘電体21の中心穴がシャフト１の断面と一致するので、誘電体21はシャフト１とともに回転する。変形例の誘電体21は、図４（ｅ）、（ｆ）に示すように、Ｄ字状部分が薄くなった形状をしている。変形例の誘電体21の薄い部分がシャフト１の頭部（シャフト側電極18）のＤ字状部分に嵌って、変形例の誘電体21はシャフト１とともに回転する。図４（ｃ）、（ｄ）に示す例では、誘電体21が回転して、ケース側接点19に接触するとき、静電容量が大きくなり、高周波インピーダンスが低くなって、高周波的に導通する。誘電体21がケース側接点19に接触していないときは、静電容量は非常に小さいので、直流的にも高周波的にも高インピーダンスとなる。図４（ｅ）、（ｆ）に示す変形例の誘電体21の場合は、ケース側接点19が誘電体21の薄い部分に接触しているときは、静電容量が大きくなる。誘電体21の厚い部分に接触しているときは、静電容量が小さくなる。全閉状態でアンテナ性能向上を阻害しない「充分に高いインピーダンス」は、携帯端末が使用する周波数帯や端末の内部レイアウトなどにより異なるので、一義的には決められないが、およそ全閉状態でアンテナ性能が向上するインピーダンスであればよく、通常は回路インピーダンスの４倍である200Ω以上であれば良い。

上記のように、本発明の実施例２では、導通ヒンジを、携帯電話機の上筐体の接地導体と下筐体の接地導体を、上筐体が全開から全閉近くまでの間では高周波的に導通させ、全閉近くから全閉までの間は高周波的に非導通とさせるように選択的に接続する構成としたので、携帯電話機の上筐体を折り畳んだ状態でのアンテナ性能の低下を軽減しながら、筐体を開いた状態でのアンテナ性能を向上させることができる。

本発明の導通ヒンジは、800MHz帯と２GHz帯で通話を行い、地上ディジタルTV放送も受信できる折畳式の携帯電話機用の導通ヒンジとして最適である。

１シャフト
２ケース
３可動カム
４固定カム
５ホルダ
６導体舌片
７導体摺動片
８上筐体
９下筐体
10 アンテナ
12 （上筐体）接地導体
13 （下筐体）接地導体
14 ワッシャ
15 ケース側電極
16 ばね
17 ストッパ
18 シャフト側電極
19 ケース側接点
20 側部舌片
21 誘電体

Claims

折畳式の携帯電話機の上筐体と下筐体を開閉させるヒンジ機構と、上筐体の接地導体と下筐体の接地導体を選択的に接続するスイッチ手段とを具備し、前記スイッチ手段は、前記上筐体が全開から約半開までの間では前記上筐体の接地導体と前記下筐体の接地導体を使用周波数帯での充分に低いインピーダンスで接続し、前記上筐体が約半開から全閉までの間では前記上筐体の接地導体と前記下筐体の接地導体を使用周波数帯での充分に高いインピーダンスで分離する接点部を備えることを特徴とする導通ヒンジ。
前記接点部は、直流から使用周波数帯まで一様にオンオフする手段であることを特徴とする請求項１記載の導通ヒンジ。
前記接点部は、オン状態では使用周波数帯での充分に低いインピーダンスとなり、オフ状態では使用周波数帯での充分に高いインピーダンスとなる厚さと誘電率をもつ誘電体を用いた静電容量結合により、使用周波数帯でオンオフする手段であることを特徴とする請求項１記載の導通ヒンジ。
前記接点部は、ヒンジケース側に固定されているケース側接点と、ヒンジホルダと回転結合されたシャフトに回転結合した誘電体と、前記ケース側接点と前記誘電体とが接触することにより前記ケース側接点と高周波的に結合するシャフト側電極とを備えることを特徴とする請求項３記載の導通ヒンジ。