JP2013191980A - 通信機能付電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】外装ケースの厚み方向両側から通信することが可能で、且つ十分な通信距離を確保することができると共に小型化が可能な通信機能付電子機器を提供する。
【解決手段】外装ケース２内に設けられている電池８と、ループ状に形成され、通信を行うためのアンテナコイル９と、アンテナコイル９の通信のための信号を制御する素子７が実装された回路基板６と、回路基板６により処理された信号を情報として表示するためのＬＣＤ５と、回路基板６とＬＣＤ５とを電気的に接続するためのコネクタ１５とを備え、アンテナコイル９の開口部の開口面積をＡｍとし、電池８を回路基板６上へ投影させた形状と、開口部とが重なる重なり面積をＫｍとしたとき、重なり面積Ｋｍは、Ｋｍ≦Ａｍ／３を満たすように設定されていると共に、回路基板６に開口部を投影させた形状と重ならないように、コネクタ１５を配置した。
【選択図】図１

Description

この発明は、腕時計、歩数計、心拍計等に通信機能を設けた通信機能付電子機器に関するものである。

一般に、この種の通信機能付電子機器には、さまざまな情報を信号として送受信するためのアンテナコイルが設けられている。このアンテナコイルはループ状に形成されており、アンテナコイルに電流を供給することにより生じるアンテナコイルの開口部を通る磁束を利用して通信が行われる。
ここで、例えば、腕時計等にアンテナコイルを設ける場合、腕時計には、さまざまな金属製の導電部材が用いられているので、この導電部材に電流が発生し、これによりアンテナコイルの磁束が損失して通信精度や通信距離が低下してしまう。このため、通信精度や通信距離を低下させないためのさまざまな技術が開示されている。

例えば、特許文献１では、外装ケース（時計本体のケース）は、下面を金属製の裏蓋部材によって閉鎖されている。ケースの内側には上面側に位置して補強用の金属部材が内蔵されるとともに、その上面側の外側にはベゼルが設けられている。ケースの内部には時計モジュールが収容されている。時計モジュールの下部に、ＩＣ基板に接続され電磁誘導により信号を送受信するデータキャリア側アンテナコイルが収容されている。データキャリア側アンテナコイルは、裏蓋部材から離れた箇所に位置決めされている。
したがって、裏蓋部材が金属製であり、かつケースの内部に金属部材が内蔵された構造であっても、データの送受信時にはケースの上面から下面側の側部を通る磁束経路が確保される。

また、例えば、特許文献２では、外装ケース（腕時計ケース）内に電池、裏蓋、インターコネクタ等が、腕時計ケースの厚み方向に重なるようにして配置されている。さらに、時計ガラスの下面側における周辺部に配置された無線モジュールのアンテナコイルと、このアンテナコイルの下側に配置された液晶表示パネルとの間に、軟磁性材が設けられている。

したがって、無線モジュールによる通信時にアンテナコイルに磁束が発生した際、腕時計ケース内に組み込まれた電子部品などの導電性を有する部品に渦電流が発生して磁束が損失するのを軟磁性材によって防ぐことができ、これにより受信感度を高めることができる。また、時計ガラスの下面における周辺部にアンテナコイルを配置したので、アンテナコイルを腕時計ケースの外表面に近づけることができ、これにより通信距離を短くすることができるので、これによっても受信感度を高めることができる。尚、軟磁性に代わって絶縁シート等を使用することもある。

特開２０００−２８６７６１号公報 特開２００５−２６０７６５号公報

しかしながら、上述の特許文献１にあっては、金属製の裏蓋部材により、裏蓋部材側から通信することが困難であるという課題がある。
また、上述の特許文献２にあっては、軟磁性材等を設ける分、電子機器の厚みが厚くなって大型化してしまうという課題がある。さらに、アンテナコイルが発生する磁束の方向に電池、裏蓋、インターコネクタ等が重なるようにして配置されているので、通信距離が短くなってしまうという課題がある。

そこで、この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、外装ケースの厚み方向両側から通信することが可能で、且つ十分な通信距離を確保することができると共に小型化が可能な通信機能付電子機器を提供するものである。

上記の課題を解決するために、本発明に係る通信機能付電子機器は、外装ケース内に設けられている導電部材と、ループ状に形成され、通信を行うためのアンテナコイルと、前記アンテナコイルの通信のための信号を制御する電子部品が実装された回路基板と、前記回路基板により処理された信号を情報として表示するための表示部と、前記回路基板と前記表示部とを電気的に接続するためのコネクタとを備え、前記アンテナコイルの径方向内側の開口部の開口面積をＡｍとし、前記導電部材を前記アンテナコイル上へ投影させた形状と、前記開口部とが重なる重なり面積をＫｍとしたとき、前記重なり面積Ｋｍは、Ｋｍ≦Ａｍ／３を満たすように設定されていると共に、前記回路基板に前記開口部を投影させた形状と重ならないように、前記コネクタを配置したことを特徴とする。
この場合、前記導電部材は、前記回路基板に実装された電池である。
また、前記導電部材は、前記外装ケースに形成された開口部を閉塞する金属製の蓋部材である。

このように構成することで、外装ケースの厚み方向で磁束が阻害されることがなく、外装ケースの厚み方向両側から通信することが可能になる。
また、導電部材に電流が発生し、これによりアンテナコイルの磁束が損失して通信精度や通信距離が低下してしまうのを防止できる。このため、アンテナコイルによる通信距離を十分確保することができ、且つ従来のように軟磁性材や絶縁シート等を必要としないので通信機能付電子機器を小型化することができる。

本発明に係る通信機能付電子機器は、前記導電部材を前記アンテナコイル上に投影させた形状が、前記開口部を避けた位置となるように前記導電部材、及び前記アンテナコイルを配置したことを特徴とする。

このように構成することで、アンテナコイルによる通信距離をより確実に確保することができる。

本発明によれば、外装ケースの厚み方向で磁束が阻害されることがなく、外装ケースの厚み方向両側から通信することが可能になる。
また、導電部材に電流が発生し、これによりアンテナコイルの磁束が損失して通信精度や通信距離が低下してしまうのを防止できる。このため、アンテナコイルによる通信距離を十分確保することができ、且つ従来のように軟磁性材や絶縁シート等を必要としないので通信機能付電子機器を小型化することができる。

本発明の第１実施形態における歩数計の概略断面図である。 本発明の第１実施形態における装置本体の平面図である。 本発明の第１実施形態におけるアンテナコイルの平面図である。 本発明の第２実施形態における歩数計の概略断面図である。 本発明の第２実施形態における装置本体の平面図である。 本発明の第２実施形態における通信距離の変化を示すグラフである。 本発明の第３実施形態における腕時計の概略断面図である。 本発明の第３実施形態における装置本体の平面図である。

（第１実施形態）
（歩数計）
次に、この発明の第１実施形態を図１〜図４に基づいて説明する。
図１は、本発明に係る通信機能付電子機器の一例である歩数計１の概略断面図である。図２は、歩数計１の装置本体３の平面図である。尚、以下の説明において、歩数計１を使用するにあたってユーザが視認する側を正面側、この正面側とは反対側を裏面側などと表現して説明する。

図１、図２に示すように、歩数計１は、樹脂により形成された外装ケース２と、外装ケース２内に収納されている装置本体３とを備えている。
外装ケース２の正面側（図１における上側）に形成されたケース開口部２ａには、このケース開口部２ａを閉塞するカバーガラス４が設けられている。

装置本体３は、カバーガラス４の裏面４ａ側に、このカバーガラス４と離間して対向配置された平面視略長方形状の液晶ディスプレイ（以下、ＬＣＤという）５を有している。ＬＣＤ５は、周知技術であるので詳細説明を省略するが、液晶を挟んで対向配置された一対のガラス基板と、これら一対のガラス基板の外側にそれぞれ配置された一対の偏光フィルタ（何れも不図示）とから構成されている。ＬＣＤ５は、このＬＣＤ５の裏面５ａ側に、このＬＣＤ５と離間して対向配置された回路基板６によって制御され、歩数等の所定の情報をデジタル表示するようになっている。ユーザは、カバーガラス４を透かしてＬＣＤ５に表示された情報を視認する。

回路基板６は、ＬＣＤ５の外形状よりも一回り大きくなる程度に平面視略長方形状に形成されており、その裏面６ａ側に、複数の素子７が実装されている。素子７としては、ＬＣＤ５に表示する情報を司るＩＣチップやコンデンサ等が挙げられる。また、回路基板６の裏面６ａには、各素子７を避けた位置にボタン型の電池８が実装されている。この電池８は、各素子７の駆動源となるものである。
外装ケース２の裏面２ｂには、電池８に対応する部位に電池取出口２ｃが形成されており、ここに電池取出口２ｃを閉塞する金属製の裏蓋１４が設けられている。

一方、回路基板６の正面６ｂ側には、回路基板６とＬＣＤ５とを電気的に接続するためのコネクタ１５が設けられている。コネクタ１５は、例えば、導電性ゴムやコイルスプリング等により形成されている。コネクタ１５を介し、回路基板６によって制御されている歩数等の所定の情報がＬＣＤ５に伝達される。また、回路基板６の正面６ｂ側には、アンテナコイル９が実装されている。

図３は、アンテナコイル９の平面図である。
同図に示すように、アンテナコイル９は、外部からの電波を受信したり、歩数計１で取得した情報を電波にして外部へ発信したりするためのものである。アンテナコイル９はフィルム基板で形成され、ループ状にパターンを形成してアンテナとしての特性を得ている。アンテナコイル９は、ループ状に形成されることにより、中央の大部分に開口部９ａを有している。

また、アンテナコイル９の端末には、それぞれ端子部１０が形成されており、この端子部１０が回路基板６に形成された所定のパターン（不図示）に接続されている。
尚、開口部９ａとは、アンテナコイル９の内周縁と、この内周縁側のアンテナコイル９の端末から引き出された端子部１０とにより囲まれた空間をいう。

ここで、アンテナコイル９は、この開口部９ａが電池８の配置されている箇所を避けるように、回路基板６の素子７の真裏に配置されている。換言すれば、電池８を回路基板６の正面６ｂに投影させた部分と、開口部９ａとが重ならないようにアンテナコイル９が配置されている。また、回路基板６とＬＣＤ５とを電気的に接続するためのコネクタ１５は、アンテナコイル９が形成されている位置を避けるように、回路基板６の長手方向端部に配置されている。

このような構成のもと、歩数計１と外部との間で通信を行う場合、アンテナコイル９に電流を供給する。すると、アンテナコイル９の開口部９ａを通る磁束Ｊが生じる。つまり、回路基板６上にアンテナコイル９がループ状に形成されているので、外装ケース２のアンテナコイル９が配置されている部位には、厚み方向（図１における上下方向）に沿う磁束Ｊが生じる。そして、この磁束Ｊを利用して歩数計１と外部との間で通信が行われる。

ここで、電池８、裏蓋１４、及びコネクタ１５を回路基板６の正面６ｂに投影させた形状と、アンテナコイル９の開口部９ａとが重ならないようにそれぞれ配置されている。このため、アンテナコイル９により生じる磁束Ｊが、電池８、裏蓋１４、及びコネクタ１５に阻害されたり、それぞれ電池８、裏蓋１４、及びコネクタ１５に電流が発生して磁束Ｊが損失したりするのが防止される。

（効果）
したがって、上述の第１実施形態によれば、外装ケース２の厚み方向で磁束Ｊが阻害されることがなく、外装ケース２の厚み方向両側から通信することが可能になる。
また、電池８、裏蓋１４、及びコネクタ１５によって、磁束Ｊが損失してしまうことが防止できるので、アンテナコイル９による通信距離を十分確保することができ、且つ従来のように軟磁性材や絶縁シート等を必要としないので歩数計１を小型化することができる。

尚、上述の第１実施形態では、通信機能付電子機器の一例として歩数計１について説明したが、これに限られるものではなく、例えば、歩数計１の構成をユーザの心拍数を計測するための心拍計に適用することも可能である。
また、上述の第１実施形態では、電池８、裏蓋１４、及びコネクタ１５を回路基板６の正面６ｂに投影させた形状と、アンテナコイル９の開口部９ａとが重ならないようにそれぞれ配置した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、所定の範囲内で、電池８、裏蓋１４、及びコネクタ１５を回路基板６の正面６ｂに投影させた形状と、アンテナコイル９の開口部９ａとを重ねて配置してもよい。これについて、以下の第２実施形態において詳述する。

（第２実施形態）
次に、この発明の第２実施形態を図４〜図６に基づいて説明する。尚、第一実施形態と同一態様には、同一符号を付して説明する（以下の実施形態についても同様）。
図４は、この第２実施形態における歩数計２１の概略断面図、図５は、この第２実施形態における歩数計２１の装置本体２３の平面図である。
この第二実施形態において、歩数計２１は、外装ケース２２と、外装ケース２２内に収納された装置本体２３とを備えている点、外装ケース２２の裏面２２ｂには、電池８に対応する部位に裏蓋１４が設けられている点、装置本体２３は、ＬＣＤ２５と、ＬＣＤ２５の裏面２５ａ側に離間して対向配置された回路基板２６と、これらＬＣＤ２５と回路基板２６とを電気的に接続するためのコネクタ１５とを備えている点、回路基板２６には、ループ状のアンテナコイル２９が設けられている点等の基本的構成は、前述した第１実施形態と同様である（以下の実施形態についても同様）。

ここで、第１実施形態と第２実施形態との相違点は、第１実施形態の回路基板６に配置されている各部品のレイアウトと、第２実施形態の回路基板２６に配置されている各部品のレイアウトとが異なる点にある。
より具体的には、図４、図５に示すように、回路基板２６の正面２６ｂ側に、この回路基板２６と離間して対向配置されているＬＣＤ２５は、この外形状が回路基板２６の約半分程度になるように形成されている。そして、回路基板２６の長手方向中央から長手方向一端（図４、図５における左端）に至る間で対向するように、ＬＣＤ２５が配置されている。

一方、回路基板２６の裏面２６ａには、ＬＣＤ２５が配置されている箇所に対応するように、電池８が実装されている。また、回路基板２６の裏面２６ａには、電池８を避けるように、回路基板２６の長手方向中央から長手方向他端（図４、図５における右端）に至る間に複数の素子７が実装されている。
ここで、回路基板２６は多層基板構造になっており、回路基板２６内にアンテナコイル２９が埋設されている。回路基板２６とＬＣＤ２５とを電気的に接続するためのコネクタ１５は、アンテナコイル２９を避けるように配置されている。

また、アンテナコイル２９、及び電池８は、アンテナコイル２９の開口部２９ａの開口面積をＡｍとし、開口部２９ａと、アンテナコイル２９が実装されている回路基板２６上に電池８を投影させた形状とが重なる面積（図５における網掛け部参照）をＫｍとしたとき、
Ｋｍ≦Ａｍ／３・・・（１）
を満たすように配置される。これにより、前述の第１実施形態と同様の効果を奏することができる。

図６に基づいて、より詳しく説明する。
図６は、縦軸をアンテナコイル２９の通信距離（ｍｍ）とし、横軸をアンテナコイル２９の開口部２９ａの中心Ｐ１と、電池８の平面上の中心Ｐ２との距離Ｌ１（ｍｍ）、すなわち、中心Ｐ１，Ｐ２間のズレ量（ｍｍ）としたときの通信距離の変化を示すグラフである。
同図に示すように、距離Ｌ１が短いと通信距離が短くなり、距離Ｌ１が所定の長さＬｓ１よりも長くなると、徐々に通信距離が長くなり、所定の長さＬｓ２よりも長くなると、十分アンテナコイル２９の通信距離を確保することが可能になることが確認できる。ここで、距離Ｌ１が所定の長さＬｓ２に設定された時点において、アンテナコイル２９、及び電池８の位置が式（１）を満たすようになっている。

したがって、上述の第２実施形態によれば、アンテナコイル２９、及び電池８を、式（１）を満たすように配置することにより、前述の第１実施形態と同様の効果を奏することができる。
尚、上述の第２実施形態では、回路基板２６の正面２６ｂ側であって、ＬＣＤ２５を避けた位置に空間Ｋが形成されるので、この空間Ｋにスイッチ等の電子部品を配置することも可能である。このように、空間Ｋを有効活用することにより、歩数計２１をさらに小型化することもできる。

（第３実施形態）
（腕時計）
次に、この発明の第３実施形態を図７、図８に基づいて説明する。
ここで、第３実施形態においては、通信機能付電子機器の一例として、腕時計３１に本発明を適用した場合について説明する。
図７は、腕時計３１の概略断面図、図８は、腕時計３１の装置本体３３の平面図である。
図７、図８に示すように、腕時計３１は、外装ケース３２と、この外装ケース３２内に収納された装置本体３３とを備えている。装置本体３３は、ＬＣＤ３５と、回路基板３６と、これらＬＣＤ３５と回路基板３６とを電気的に接続するためのコネクタ１５とを備えている。

ＬＣＤ３５の外形状と、回路基板３６の外形状は、ほぼ同一形状に設定されており、外装ケース３２の厚さ方向で重なるように所定の間隔をあけて配置されている。また、回路基板３６は多層基板構造になっており、回路基板３６内にアンテナコイル３９が埋設されている。コネクタ１５は、アンテナコイル２９を避けるように配置されている。

ここで、アンテナコイル３９、及び電池８は、アンテナコイル３９の開口部３９ａの開口面積をＡｍとし、開口部３９ａと、アンテナコイル３９が実装されている回路基板３６上に電池８を投影させた形状とが重なる面積（図８における網掛け部参照）をＫｍとしたとき、上述の式（１）を満たすように配置される。

したがって、この第３実施形態によれば、前述の第２実施形態と同様の効果を奏することができる。また、ＬＣＤ３５の外形状と、回路基板３６の外形状がほぼ同一形状に設定されている分、装置本体３３を、前述の第２実施形態の装置本体２３よりも小型することができ、腕時計３１に好適な構成とすることができる。

尚、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述の実施形態に種々の変更を加えたものを含む。
例えば、上述の実施形態では、通信機能付電子機器として、歩数計１，２１や腕時計３１を例に挙げ説明し、本発明を心拍計に適用することも可能であると説明したが、これに限られるものではなく、さまざまな通信機能付電子機器に本発明を適用することができる。

また、上述の実施形態では、回路基板６，２６，３６に電池８やアンテナコイル９，２９，３９を直接実装した場合について説明した。しかしながら、これに限られるものではなく、回路基板６，２６，３６とは別に支持枠等を利用し、外装ケース２，２２，３２内に電池８やアンテナコイル９，２９，３９を設けるように構成してもよい。
この場合、電池８、裏蓋１４、及びコネクタ１５をアンテナコイル９，２９，３９に投影させた形状が、アンテナコイル９，２９，３９の開口部９ａ，２９ａ，３９ａに対して、所定の位置、つまり、式（１）を満たす位置となるように構成されていればよい。

１，２１ 歩数計（通信機能付電子機器）
２，２２，３２ 外装ケース
３，２３，３３ 装置本体
５，２５，３５ ＬＣＤ（表示部）
６，２６，３６ 回路基板
７ 素子（電子部品）
８ 電池
９，２９，３９ アンテナコイル
９ａ，２９ａ，３９ａ 開口部
１４ 裏蓋（蓋部材）
１５ コネクタ（導電部材）
３１ 腕時計（通信機能付電子機器）
Ａｍ 開口面積
Ｋｍ 面積（重なり面積）

Claims (4)

1. 外装ケース内に設けられている導電部材と、
   ループ状に形成され、通信を行うためのアンテナコイルと、
   前記アンテナコイルの通信のための信号を制御する電子部品が実装された回路基板と、
   前記回路基板により処理された信号を情報として表示するための表示部と、
   前記回路基板と前記表示部とを電気的に接続するためのコネクタとを備え、
   前記アンテナコイルの径方向内側の開口部の開口面積をＡｍとし、
   前記導電部材を前記アンテナコイル上へ投影させた形状と、前記開口部とが重なる重なり面積をＫｍとしたとき、
   前記重なり面積Ｋｍは、
   Ｋｍ≦Ａｍ／３
   を満たすように設定されていると共に、
   前記回路基板に前記開口部を投影させた形状と重ならないように、前記コネクタを配置したことを特徴とする通信機能付電子機器。
2. 前記導電部材は、前記回路基板に実装された電池であることを特徴とする請求項１に記載の通信機能付電子機器。
3. 前記導電部材は、前記外装ケースに形成された開口部を閉塞する金属製の蓋部材であることを特徴とする請求項１に記載の通信機能付電子機器。
4. 前記導電部材を前記アンテナコイル上に投影させた形状が、前記開口部を避けた位置となるように前記導電部材、及び前記アンテナコイルを配置したことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の通信機能付電子機器。

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