JP2016504579A - 時計用のアンテナアセンブリ - Google Patents

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Abstract

本発明は、プリント回路基板(14)と、プリント回路基板(14)から距離を置いて配置されたアンテナ構造体(12;42;44)とを備える携帯機器用の、アンテナアセンブリに関し、アンテナ構造体(12;42;44)は、アンテナ構造体(12;42;44)とプリント回路基板(14)との間に延在する複数の導電性フィラメント(24)および絶縁性構造体を含む少なくとも1つのエラストマコネクタ(20)によって、プリント回路基板(14)に電気的に接続される。【選択図】図2

Description

本発明は、時計用のアンテナアセンブリに関し、特に無線周波数(RF)信号を受信するためのアンテナアセンブリに関するものである。
携帯電話機、タブレットコンピュータなどの携帯機器、または腕時計などの時計において、RFアンテナを実装することは、非常に煩雑かつ複雑である。特に携帯機器のハウジングが金属製であるか、またはステンレス鋼のような金属部品を含んでいる場合、ハウジングは効果的にファラデーケージとして機能し得るので、金属製ハウジング内にアンテナを配置することは若干問題がある。
例えば時計ガラス上であるカバーガラス上にアンテナを設けるための、いくつかのアプローチが既に存在する。しかし、この場合、アンテナとプリント回路基板(PCB)との間の電気的接続は、アンテナアセンブリの高周波数またはRF周波数挙動から考えて不利であり得る。PCBとアンテナとの間の相互接続は、この種の配線によってアンテナアセンブリのインピーダンスおよび信号受信性能を損傷または劣化させる可能性があるため、かなり影響を受け易い。
さらには、時計または個々の携帯機器を組み立てる際に、アンテナをPCBと接続することは、極めて複雑かつ煩雑かつ繊細なことである。特に大量生産プロセスでは、一定の品質でアンテナ−PCB配線を製造することは非常に難しい。
そこで、本発明の目的は、携帯機器用のプリント回路基板(PCB)を備えた、改良されたアンテナアセンブリを提供することである。特に、本発明は、アンテナ構造体とPCBとの間の明確に規定された相互接続を提供するものでなければならず、これにより、それらの間の電気的相互接続が簡単かつ直観的かつ精密に可能となる。さらに、本発明は、携帯機器のハウジング内にアンテナおよびPCBを配置するときの、ある程度の個別の不整合を許可および許容する高冗長性アンテナアセンブリを提供するように適応している。さらなる態様において、本発明は、特に腕時計である時計などの携帯機器におけるアンテナ構造体とPCBのための、コスト効率および耐久性の高い相互接続を提供することを目的とする。
第1の態様では、本発明は、携帯機器用の、特に時計用のアンテナアセンブリに関する。携帯機器は、プリント回路基板(PCB)を備える。アンテナアセンブリは、プリント回路基板から距離を置いて配置されたアンテナ構造体を有する。アンテナ構造体は、アンテナ構造体とPCBとの間に延在する複数の導電性フィラメントおよび絶縁性フィラメントを含む少なくとも1つのエラストマコネクタによって、PCBに電気的に接続される。
一般にゼブラコネクタとも呼ばれる少なくとも1つのエラストマコネクタによって、高冗長性かつ弾性でありながら精密な、PCBとアンテナ構造体との間の電気的相互接続を提供することができる。この少なくとも1つのエラストマコネクタを用いることにより、アンテナ構造体とPCBの個々の接続部を、エラストマコネクタの複数の導電性フィラメントによって電気的に接続することができる。
このようにして、効率的でありながら、公差を補償するとともに高信頼性の、アンテナ構造体とPCBとの間の電気的相互接続を提供することができる。
典型的には、エラストマコネクタは、PCBとアンテナ構造体の個々の接続部を、単にそれらの間に挟まれることによって、それぞれ直接的に相互接続する。従って、アンテナ構造体とPCBとの間の電気的相互接続は、アンテナ構造体とPCBの好ましくは平坦な面の間に少なくとも1つのエラストマコネクタを配置することによって、かなり簡単に得ることができる。
この場合、アンテナ構造体、PCB、およびそれらの間に延在するエラストマコネクタを相互に当接した構成に維持するように、ケーシング、ハウジング、またはカバーガラスのような周囲の構成部品が機械的に係合していると、さらに効果的である。このようにして、高信頼性かつロバストでありながら耐久性の高い、アンテナ構造体とPCBとの間の電気的相互接続を提供することができる。
好ましい実施形態では、エラストマコネクタは、絶縁性エラストマ材に埋め込まれて規則的に配列された多数の導電性フィラメントを含む。この場合、絶縁材は、絶縁性フィラメントのみを含むものではないことがあり、多数の導電性フィラメントがその中に貫通して延在するバルク材構造体を含み得る。エラストマ材は、天然または合成ゴム材料系のものとすることができ、一方、導電性要素は、銀フィラメントまたは金フィラメントを含むことができる。また、導電性要素は、銅または合金など、同等の導電性を有することを特徴とする他の何らかの種類の導電性材料で構成することも想定できる。
典型的には、導電性フィラメントは、互いに平行に延在しており、PCBおよび/またはアンテナ構造体の平面に対して略垂直な向きとすることができる。このようにして、エラストマコネクタの全長を最小限に保つことができる。好ましくは、エラストマコネクタは、内在的冗長性を提供するために、複数の導電性フィラメントを含む。
PCBまたはアンテナ構造体のいずれかとの相互接続構成において、多数の導電性フィラメントのうちの少なくとも一部が、PCBまたはアンテナ構造体のいずれかの個々の接続部と直接的に機械的接触ひいては電気的接触すれば十分である。このようにして、携帯機器または時計のハウジング内部で、アンテナ構造体の、PCBの、さらにはそれらの相互配置の幾何公差を、容易に補償することができる。
別の好ましい実施形態によれば、エラストマコネクタは、交互の導電材と絶縁材のゴム質化層を含む。エラストマコネクタがゴム質化層を含むことから、エラストマコネクタ全体によって、ある程度の可撓性を提供することができ、これにより、緩衝用途および耐振用途において、エラストマコネクタを容易に実現することができる。一般に、エラストマコネクタは、かなり過酷な環境用に、さらにアンテナ構造体とPCBとの間にガスケット状のシールを形成するものであってもよい。
エラストマコネクタの導電性フィラメントの各々は、相対する両端でアンテナ構造体とPCBに接続される電路を提供する。
別の好ましい実施形態では、アンテナ構造体および/またはPCBは、それらの間に延在する少なくとも1つのエラストマコネクタの横方向の広がりよりも十分に小さい断面を有する少なくとも1つの接続部を備える。本文脈では、横方向の広がりとは、アンテナ構造体とPCBとの間の距離に略垂直に、またはエラストマコネクタの導電性フィラメントの長さに略垂直に延びる方向を指す。
エラストマコネクタの横方向の広がりは、PCBまたはアンテナ構造体の上記少なくとも1つの接続部よりも十分に大きいので、アンテナ構造体、PCB、エラストマコネクタの相互のアライメントに関して、ある程度の空間的不整合および横方向の不整合を容易に補償することができる。
PCBとアンテナ構造体の接続部の間に延在するエラストマコネクタの導電性フィラメントのみが、それらの間の電気的相互接続を提供する役目を果たし、一方、エラストマコネクタの他の冗長フィラメントは、PCBまたはアンテナ構造体のいずれかの接続部の外に配置され得る。上記少なくとも1つのエラストマコネクタの横方向の断面すなわち横断面は、PCBおよび/またはアンテナ構造体の接続部の横方向のサイズまたは断面よりも大きくすることができるので、エラストマコネクタが若干オフセットして配置された場合であっても、依然としてPCBまたはアンテナ構造体の個々の接続部とそれぞれ少なくとも部分的にオーバラップしていれば、PCBとアンテナ構造体との間の十分な電気的相互接続が、何らかの形で提供される。
さらに好ましい実施形態では、エラストマコネクタは、アンテナ構造体とPCBとの間に延在するスペーサ構造体の中に組み込まれる。スペーサ構造体は、例えば環状形状を有することができ、PCBとアンテナ構造体との間の空間を充填するか、または取り囲むことができる。従って、スペーサ構造体は、PCBとアンテナ構造体との間の間隙を効果的に埋めることができる。
また、スペーサは、エラストマコネクタに対して十分な安定性および剛性を与えることができる。特にエラストマコネクタをスペーサ構造体に埋め込むことにより、スペーサ構造体自体によって、アンテナ構造体とPCBとの間の電気的相互接続を提供することができる。好ましくは、スペーサ構造体は、天然または合成ゴムのようなエラストマ材を含み、それは、エラストマコネクタにおいてその導電性フィラメント間に延在するエラストマ材と同じものであっても、または異なるものであってもよい。
スペーサ構造体にエラストマコネクタを埋め込むことは、PCBとアンテナ構造体との間にエラストマコネクタを組み付けるために、特に有効である。この点において、必要なことは、アンテナ構造体およびPCBの接続部とそれぞれ少なくとも部分的にオーバラップするように、PCBとアンテナ構造体との間でスペーサ構造体の向きを明確な形で定めることのみである。
別の実施形態によれば、アンテナアセンブリは、少なくとも2つの別々のエラストマコネクタを有し、その各々は、アンテナ構造体とPCBの第1と第2の接続部のそれぞれの間に延在する。
追加的または代替的に、2つの別々のエラストマコネクタは、1つの拡張されたエラストマコネクタ構造体に組み込むことができる。エラストマコネクタの多くの略平行な向きの導電性フィラメントは、電気的に絶縁されているので、エラストマコネクタは、別々の導電性フィラメントによって、アンテナ構造体とPCBの接続部の間で、単に冗長な複数の電気的相互接続を提供する。
実際の状況では、アンテナ構造体またはPCBの接続部から側方または横方向にオフセットして配置されるエラストマコネクタのフィラメントには、何も機能はなく、従って完全に冗長なものである。しかしながら、この冗長性は、最終的な空間的製造公差または組み立て公差を補償するという点で、特に効果的である。
別の実施形態では、導電性フィラメントは、50μm〜150μmの間の直径を有する。好ましくは、導電性フィラメントの直径は、80μm〜120μmの範囲であり、より好ましくは、フィラメントの直径は、約100μmとすることができる。さらに、エラストマコネクタの互いに隣接して配置される導電性フィラメントは、少なくとも70μmの距離で相互に離間しており、好ましくは少なくとも100μmの距離で、または少なくとも130μm、150μm、もしくはさらに大きい距離で、相互に離間している。
このようにして、数ミリメートルの範囲内またはさらに1ミリメートル未満の範囲内の断面または直径を有することを特徴とする、アンテナ構造体とPCBの選択された接続部を相互接続することを可能とする、離間および電気絶縁したフィラメントからなる、かなり高密度の充填構造を提供することができる。
さらなる実施形態では、エラストマコネクタの導電性フィラメントは、アンテナ構造体の一部を成している。好ましくは平面状であるアンテナ構造体とPCBとの間の距離は、アンテナのインピーダンスまたは高周波数挙動の点から無視できない場合があるので、予め規定されたアンテナ設計に適合するようにアンテナ構造体とエラストマコネクタの全体的な幾何学的設計および電気設計を相互に補完させると、特に効果的である。
このようにして、エラストマコネクタは、略平面状のアンテナ構造体と共に、時計などの携帯機器用のアンテナアセンブリを構成することができる。
さらに好ましい実施形態では、エラストマコネクタのフィラメントは、PCBの平面および/またはアンテナ構造体の平面に対して略垂直に延在する。この構成では、アンテナ構造体とPCBの相互に対応する接続部は、それぞれPCBとアンテナ構造体の面法線に沿って見たときに略オーバラップしている。
エラストマコネクタの導電性フィラメントを、PCBおよび/またはアンテナ構造体の平面に対して略垂直な向きとすることにより、エラストマコネクタの全長を最小限に保つことができる。
あるいは、エラストマコネクタのフィラメントは、PCBまたはアンテナ構造体の面法線に対して特定または所定の角度で延在することも想定できる。このような構成では、さらに、エラストマコネクタは、PCBまたはアンテナ構造体の平面に対して垂直な方向に見たときに部分的にのみオーバラップしているか、または全くオーバラップしていないPCBとアンテナ構造体の接続部を電気的に相互接続するように機能することまでも想定できる。
別の態様によれば、アンテナ構造体は、カバーガラスまたは時計ガラスで形成された平面基板上にコーティングされる。例えばサファイアを含むか、またはサファイアで構成されたカバーガラスまたは時計ガラス上に、略透光性または透明なアンテナを設けることにより、そのアンテナは、携帯機器の例えばハウジングの金属領域外に効果的に配置することができる。好ましくは、アンテナ構造体は、カバーガラスまたは時計ガラスの内向き部分にラミネートまたはコーティングされ、例えばスパッタリングされる。
別の実施形態によれば、アンテナ構造体は、モノポールアンテナまたは板状逆Fアンテナ(PIFA:Planar Inverted F−Antenna)を含むことができる。モノポールアンテナとして実装される場合、平面基板を横切って延びるアンテナ構造体は、1つの接続部のみでPCBに接続されることができ、一方、他のアンテナ部分は、例えば金属製の時計ケースの接地接続のように、ハウジング部品によって提供することができる。
さらに好ましい実施形態では、アンテナ構造体は、時計ガラスの内側部分にコーティングされた透明導電性酸化物(TCO:Transparent Conductive Oxide)構造体を含む。この場合、アンテナ構造体は、少なくとも可視スペクトル領域において略光透過性であり、従って、透明導電性酸化物(TCO)層を含み得る。このため、アンテナ構造体は、インジウムスズ酸化物(ITO:Indium Tin Oxide)などの材料を含むことができる。
さらに別の実施形態によれば、アンテナ構造体が配置またはコーティングされる平面基板上に、さらに少なくとも1つのタッチセンサ構造体が設けられる。このようにして、例えば時計ガラス、例えばサファイア基板である平面基板は、アンテナ構造体のためだけではなく、さらには同様にPCBに電気的に接続される他のセンサ部品のための基礎を提供することができる。従って、エラストマコネクタは、アンテナ構造体だけではなく、同じく平面基板上に設けられた追加のタッチセンサ構造体も、PCBに電気的に相互接続するように機能し得る。
さらなる別の態様において、さらに、本発明は、プリント回路基板を有することを特徴するムーブメントを備えるとともに、さらに上記のようなアンテナアセンブリを少なくとも1つ備える、携帯時計または時計に関する。
以下で、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。
図1は、第1の実施形態によるアンテナアセンブリの側面図を示している。 図2は、図1に従って構成されたアンテナの斜視図を示している。 図3は、アンテナ構造体の部分透過斜視図を示している。 図4は、アンテナ構造体とPCBとの間に延在するエラストマコネクタの多くのフィラメントの拡大図を概略的に示している。 図5は、共通の平面基板上の追加のセンサ構造体と共にアンテナ構造体の平面図を概略的に示している。 図6は、モノポールアンテナを有することを特徴とするアンテナ構造体の他の実施形態を示している。
図1〜4の全体を通して、例えば図2に示すような逆Fアンテナなどのアンテナ構造体12を有することを特徴とするアンテナアセンブリ10を示している。アンテナ構造体12は、基板18の内向き部分にコーティングされた弧状構造体を含む。基板18は、典型的には、特に時計である携帯機器のハウジングを封止するように機能するカバーガラスもしくは時計ガラスを構成することができ、またはそれとして実現することができる。基板は、例えば、サファイアもしくはハードコートガラスを含むことができ、またはそれで構成することができる。
図1〜4に示すように、アンテナアセンブリ10は、スペーサ構造体22をさらに有し、これによって、アンテナ構造体12を搭載した基板18を、個々の基板16に配置されたプリント回路基板14から、所定の距離に保つことができる。
好ましくは、エラストマコネクタ20は、基板18、16の間に、相互に機械的に接触するようにして延在し、これにより、PCBの接続部26とアンテナ構造体12または32の対応する接続部36との間の電気的相互接続を提供する。スペーサ構造体22によって、アンテナ構造体12の基板18と、PCBを提供する基板16とを、所定の距離に保つことができる。
また、環状または円筒状のスペーサ構造体は、一般に、その中にエラストマコネクタ20を効果的に埋め込むための役目を果たす任意の幾何学的形状を有することができる。従って、エラストマコネクタ20または例えば図2〜4に示すような様々なエラストマコネクタ20を、スペーサ構造体22によって機械的に支持することができる。スペーサ構造体22によって、基板16と基板18を、制約された配置に維持することができる。例えば、基板16および/または基板18の面法線方向に圧力または推力をかけることによって、これら2つの基板16、18を、明確に規定された向きに、かつ機械的に係合した構成に、維持することができる。
このとき、エラストマコネクタ20または様々なエラストマコネクタ20が、その形状ならびに導電性または電気絶縁性を効果的に維持し得るのは、スペーサ構造体22によるものである。
図4に詳細に示すように、エラストマコネクタ20は、相互に特定の距離を置いて配置された平面状の向きのアンテナ構造体12とPCB14との間に、略垂直に延在する多数の平行な向きのフィラメント24を含む。
図4に詳細に示すように、実質的に、電気的にアクティブなフィラメント24が存在し、これらは、PCB上に設けられた接続部26と、効果的にオーバラップするとともに、電気的かつ機械的に直接係合している。これらのアクティブなフィラメント24の他に、プリント回路基板14の2つの接続部26の間の空間に延在する非アクティブすなわち冗長な多数の導電性フィラメント24’が提供される。
スペーサ構造体22の特定の側壁部にエラストマコネクタ20を設けることにより、アンテナ構造体12と、PCB14と、それらの間に延在するスペーサ構造体22との間で位置的な不整合があっても、ある程度までは、効果的に許容され得る。このようにして、2つの基板16、18と、少なくとも1つのエラストマコネクタ20をその中に有することを特徴とするスペーサ構造体22との、かなり直観的かつ公差補償される相互の組み立てを容易とすることができる。
図5に、PIFAアンテナ構造体12の一例を提示しており、これは、径方向外向きに延出する2つの接続部36を有することを特徴とし、それらの各々は、図4に示す例にあるようなPCB14の対応する接続部26に、個別に接続されるように構成されている。この場合、アンテナ構造体42と、下に配置されているPCB基板16との間に、少なくとも1つのエラストマコネクタ20を配置することにより、アンテナ構造体42の個々の接続部36と基板14の接続部26とを、個別に相互接続することができる。
また、図5に示すようなアンテナ基板18には、透明アンテナ構造体42のみが設けられるのではない場合があり、いくつかのセンサ構造体28をさらに備えることもでき、それらの各々には、アンテナ構造体42の接続部36に周方向に隣接して配置される個別の接続部38が設けられる。
アンテナ構造体42およびセンサ構造体28の各種接続部36、38が配置される領域に一致または対応する外周に少なくとも沿った全体に、少なくとも1つのエラストマコネクタ20を設けることにより、各種接続部36、38とPCBとの複数の電気的相互接続を内在的に得ることができる。この場合、アンテナ基板18と、PCB14が配置された基板16との間に、単一のエラストマコネクタ20を配置することにより、アンテナ基板18上に設けられた各種構成部品36、38と、PCB14との、複数の個別に絶縁された相互接続を、単一ステップで確立することができる。
最後に、図6は、いくつかの径方向外向きに延出するローブを備えたモノポールアンテナを有することを特徴とする別のアンテナ構造体44を示している。図6に示すように、アンテナ構造体を時計の構成と解釈すると、6時の方向を指している中央のローブは、下に配置されたPCB14に電気的に接続される。この場合、アンテナ構造体44は、好ましくは、モノポールアンテナとして実装され、アンテナの他の部品または他の部分は、典型的には、携帯機器のハウジングまたはハウジング部品によって、例えば時計のハウジングによって提供される。また、図6では、基板18には、略透明なアンテナ構造体42のみが設けられるのではなく、さらに一連のタッチセンサ28を備える。
さらに、この場合、各種センサまたはセンサ部分28は、それぞれの形状および寸法のエラストマコネクタ20と電気的および/または機械的に係合するために、基板18の径方向外側に配置されたリムに向かって延出する比較的繊細な導電性構造体を備える。
10 アンテナアセンブリ
12 アンテナ構造体
14 プリント回路基板(PCB)
16 PCBの基板
18 アンテナの基板
20 エラストマコネクタ
22 スペーサ構造体
24 フィラメント
26 接続部
28 センサ構造体
32 アンテナ構造体
36 アンテナの接続部
38 他のセンサの接続部
42 アンテナ構造体
44 アンテナ構造体

Claims (14)

  1. プリント回路基板(14)と、前記プリント回路基板(14)から距離を置いて配置されたアンテナ構造体(12;42;44)とを備える携帯機器用の、アンテナアセンブリであって、
    前記アンテナ構造体(12;42;44)は、該アンテナ構造体(12;42;44)と前記プリント回路基板(14)との間に延在する複数の導電性フィラメント(24)および絶縁性構造体を含む少なくとも1つのエラストマコネクタ(20)によって、前記プリント回路基板(14)に電気的に接続されており、
    前記アンテナ構造体(12;42;44)は、平面基板(18)上に導電性コーティングを有し、
    前記平面基板上で、前記アンテナ構造体の近傍に、導電性コーティングを有する少なくとも1つのセンサ部品(28)がさらに設けられており、
    前記エラストマコネクタは、さらに前記少なくとも1つのセンサ部品を、前記プリント回路基板に接続している、アンテナアセンブリ。
  2. 前記エラストマコネクタ(20)は、絶縁性エラストマ材に埋め込まれて規則的に配列された複数の導電性フィラメント(24)を含む、請求項1に記載のアンテナアセンブリ。
  3. 前記エラストマコネクタ(20)は、交互の導電材と絶縁材のゴム質化層を含む、先行する請求項のいずれか1つに記載のアンテナアセンブリ。
  4. 前記アンテナ構造体(12;42;44)および/または前記プリント回路基板(14)は、前記少なくとも1つのエラストマコネクタ(20)の横方向の広がりよりも小さい断面を有する少なくとも1つの接続部(26,36)を備える、先行する請求項のいずれか1つに記載のアンテナアセンブリ。
  5. 前記エラストマコネクタ(20)は、前記アンテナ構造体(12;42;44)と前記プリント回路基板(14)との間に延在するスペーサ構造体(22)の中に組み込まれている、先行する請求項のいずれか1つに記載のアンテナアセンブリ。
  6. 少なくとも2つの別々のエラストマコネクタ(20)が設けられており、その各々は、前記アンテナ構造体(12;42;44)と前記プリント回路基板(14)の第1と第2の接続部(26,36)のそれぞれの間に延在する、請求項4に記載のアンテナアセンブリ。
  7. 前記エラストマコネクタ(20)の前記導電性フィラメント(24)は、50μm〜150μmの間の直径を有し、
    隣接して配置される導電性フィラメント(24)は、少なくとも70μm〜150μmの距離で、または約100μmの距離で、相互に離間している、先行する請求項のいずれか1つに記載のアンテナアセンブリ。
  8. 前記エラストマコネクタ(20)の前記導電性フィラメント(24)は、予め規定されたアンテナ設計に適合するように、前記アンテナ構造体(12)を補完するように構成されている、先行する請求項のいずれか1つに記載のアンテナアセンブリ。
  9. 前記エラストマコネクタ(20)の前記フィラメント(24)は、前記プリント回路基板(14)の平面および/または前記アンテナ構造体(12;42;44)基板の平面に対して略垂直に延在する、先行する請求項のいずれか1つに記載のアンテナアセンブリ。
  10. 前記平面基板(18)は、時計ガラスである、先行する請求項のいずれか1つに記載のアンテナアセンブリ。
  11. 前記アンテナ構造体(12;42;44)は、モノポールアンテナまたは板状逆Fアンテナ(12;42;44)を含む、先行する請求項のいずれか1つに記載のアンテナアセンブリ。
  12. 前記アンテナ構造体(12;42;44)は、時計ガラス(18)の内側部分に設けられた透明導電性酸化物コーティングを含む、先行する請求項のいずれか1つに記載のアンテナアセンブリ。
  13. 前記少なくとも1つのさらなるセンサ部品は、タッチセンサ構造体(28)である、先行する請求項10〜12のいずれか1つに記載のアンテナアセンブリ。
  14. ムーブメントとハウジングとを備える時計であって、先行する請求項のいずれか1つに記載のアンテナアセンブリ(10)をさらに備える、時計。
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