JP2023140583A - 電子時計 - Google Patents

Abstract

【課題】導電性材料で構成された時計のケースにアンテナを配置する場合に、アンテナの性能をより向上できる電子時計の提供。【解決手段】電子時計は、給電部に接続される平板状の第１導体素子と、平面視で第１導体素子と重なる平板状の第２導体素子と、第１導体素子と第２導体素子とを短絡する短絡部と、を有するアンテナと、アンテナを収納し、側壁を有する導電性のケースと、を備え、第１導体素子は、短絡部に連続する短絡部側の外縁と、アンテナ開放端とを有し、平面視において、アンテナ開放端と側壁との間の第１距離は、短絡部側の外縁と側壁との間の第２距離よりも大きいことを特徴とする。【選択図】図１０

Description

本発明は、アンテナを内蔵する電子時計に関する。

腕時計などの小型の電子時計において、衛星信号を受信するアンテナと、アンテナを収納するケースとを備える電子時計が知られている（特許文献１参照）。
特許文献１のアンテナは、給電部に接続される第１導体素子と、平面視で前記第１導体素子と重なる第２導体素子と、前記第１導体素子と前記第２導体素子とを短絡する短絡部とを有する。また、特許文献１では、外乱ノイズを遮蔽するために導電性材料でケースを構成することや、電子時計の高級感を高めるために、金属材料でケースを構成することが開示されている。

特開２０２１－４７１４４号公報

金属などの導電性材料で構成された時計のケースに、第１導体素子、第２導体素子、短絡部を備えるアンテナを配置する場合に、アンテナの性能をより向上することが望まれていた。

本開示の電子時計は、給電部に接続される平板状の第１導体素子と、平面視で前記第１導体素子と重なる平板状の第２導体素子と、前記第１導体素子と前記第２導体素子とを短絡する短絡部と、を有するアンテナと、前記アンテナを収納し、側壁を有する導電性のケースと、を備え、前記第１導体素子は、前記短絡部に連続する短絡部側の外縁と、アンテナ開放端とを有し、前記平面視において、前記アンテナ開放端と前記側壁との間の第１距離は、前記短絡部側の外縁と前記側壁との間の第２距離よりも大きいことを特徴とする。

実施形態の電子時計および位置情報衛星を示す説明図である。 実施形態の電子時計を示す正面図である。 前記電子時計を示す断面図である。 前記電子時計の要部を示す分解斜視図である。 前記電子時計の要部を示す分解斜視図である。 前記電子時計の平面アンテナの要部を示す斜視図である。 前記電子時計の平面アンテナの要部を示す斜視図である。 前記電子時計の平面アンテナおよびソーラーパネルの要部を示す斜視図である。 前記電子時計の平面アンテナ、ソーラーパネルおよび文字板の概略断面図である。 前記電子時計のケースと平面アンテナとの位置関係を示す概略平面図である。 前記電子時計の回路構成を示すブロック図である。 比較例の平面アンテナの電界分布を示す図である。 前記実施形態の平面アンテナの電界分布を示す図である。 アンテナ電極のカット量とピーク利得および放射効率の改善量との関係を示すグラフである。 平面アンテナの指向性を示すグラフである。 変形例の平面アンテナを示す概略平面図である。 他の変形例の電子時計を示す正面図である。

以下、実施形態の電子時計１を図面に基づいて説明する。本実施形態では、電子時計１のカバーガラス１５側を表面側または上側とし、裏蓋１４側を裏面側または下側として説明する。

本実施形態の電子時計１は、後述する平面アンテナ５０を内蔵し、図１に示すように、地球の上空を所定の軌道で周回している複数のＧＰＳ衛星や準天頂衛星などの位置情報衛星Ｓからの衛星信号を受信して衛星時刻情報を取得し、内部時刻情報を修正できるように構成されている。

電子時計１は、図２および図３にも示すように、文字板２、指針３、日車５、ムーブメント２０、平面アンテナ５０等を収容するケース１０を備える。また、電子時計１は、外部操作用のりゅうず６と、２つのボタン７、８とを備える。

文字板２は、非導電性部材にて円板状に形成されている。本実施形態の文字板２は、比誘電率３のポリカーボネート樹脂で形成されている。
文字板２の平面中心には貫通孔２Ａが形成され、貫通孔２Ａには同軸に設けられた３本の指針軸３５、３６、３７が配置されている。指針軸３５には時針３１が取り付けられ、指針軸３６には分針３２が取り付けられ、指針軸３７には秒針３３が取り付けられている。指針軸３５、３６、３７と、指針３である時針３１、分針３２、秒針３３とは、金属製の導電性部材で構成される。
文字板２の３時位置には矩形の日窓２Ｂが設けられている。文字板２の裏面側には日車５が配置され、日車５は日窓２Ｂから視認可能となっている。時針３１、分針３２、秒針３３、日車５は、後述するステップモーターおよび輪列を介して駆動される。

本実施形態において、文字板２の表面に直交する方向、つまり指針軸３５～３７の軸方向を第１方向とし、この第１方向に直交する方向を第２方向とする。また、本実施形態において、平面視とは、第１方向から電子時計１を見ることを意味し、側面視とは、第２方向から電子時計１を見ることを意味する。

［電子時計の外装構造］
ケース１０は、ケース本体１１と、裏蓋１４とを備える。ケース本体１１は、円筒状の胴１２と、胴１２の表面側に設けられたリング状のベゼル１３とを備える。なお、本実施形態では、胴１２と裏蓋１４とは別体で構成されているが、これに限らず、胴１２および裏蓋１４が一体化されたワンピースケースでもよい。また、本実施形態では、胴１２とベゼル１３とは別体で構成されているが、これに限らず、胴１２およびベゼル１３が一体化された構造を用いてもよく、この場合、安価にできるメリットがある。
胴１２、ベゼル１３、裏蓋１４の材質は、ステンレス鋼、チタン合金、アルミ、真鍮などの金属材料つまり導電性材料である。本実施形態では、導電性のケース１０の側壁は、胴１２で構成されている。

ケース１０のベゼル１３には、カバー部材であるカバーガラス１５が取り付けられる。カバーガラス１５は、円板状に形成された平板ガラスである。このカバーガラス１５は、ミネラルガラス、サファイアガラス、有機ガラス等の透明な材料で製造される。ミネラルガラスはシリカ（二酸化ケイ素：SiO₂）製のガラスであり、サファイアガラスはアルミナ（酸化アルミニウム：Al₂O₃）製のガラスであり、有機ガラスはアクリルなどの合成樹脂材である。本実施形態のカバーガラス１５は、板状のサファイアガラスで構成される。サファイアガラスは、比誘電率が約９～１１であり、高純度のアルミナで構成された単結晶サファイアを使用して形成されている。サファイアガラスは、硬度が高く傷が付き難く、加工した表面が非常になめらかで光透過性に優れ、視認性が高いという特徴がある。

［電子時計の内部構造］
次に、電子時計１のケース１０に内蔵される内部構造について説明する。
図３に示すように、ケース１０内には、文字板２の他、ダイヤルリング１６、ムーブメント２０等が収容される。

ダイヤルリング１６は、文字板２と同様に非導電性部材で平面視リング状に構成され、文字板２の外周に沿って配置されている。本実施形態のダイヤルリング１６は、比誘電率３のポリカーボネート樹脂で形成されている。
ダイヤルリング１６は、文字板２の外周上面を覆っており、文字板２の外周はダイヤルリング１６によって視認されないようになっている。

ムーブメント２０は、図３、図４、図５にも示すように、日車５、地板２１、輪列受け２２、駆動機構２３、二次電池２４、ソーラーパネル２５、平面アンテナ５０、ＬＥＤ基板６０、回路基板７０、耐磁板８１、回路押さえ８２等を備える。なお、図３では、輪列受け２２、耐磁板８１は図示を略している。

地板２１は、プラスチック等の非導電性部材にて形成されている。地板２１と文字板２との間には、図４および図５に示すように、ソーラーパネル２５、平面アンテナ５０、日車５、ＬＥＤ基板６０が配置されている。すなわち、文字板２の地板２１側の面である裏面側にはソーラーパネル２５が配置され、ソーラーパネル２５の裏面側には平面アンテナ５０の誘電体基板５１が配置され、誘電体基板５１の裏面側には日車５およびＬＥＤ基板６０が配置され、日車５およびＬＥＤ基板６０の裏面側には平面アンテナ５０の第２導体素子５３が配置されている。なお、第２導体素子５３は、後述するように、筒車押えおよび耐磁板を兼用する。
地板２１と裏蓋１４との間には、輪列受け２２、駆動機構２３、二次電池２４、回路基板７０、耐磁板８１、回路押さえ８２が配置されている。

輪列受け２２は、図５に示すように、時針３１、分針３２、秒針３３を駆動する輪列を支持する第１輪列受け２２Ａと、日車５を駆動する輪列を支持する第２輪列受け２２Ｂとの２つの輪列受けを備える。但し、一体の輪列受けとしてもよい。

駆動機構２３は、地板２１の裏面に取り付けられ、時針３１、分針３２、秒針３３および日車５を駆動する。すなわち、駆動機構２３は、図４に示すように、時針３１を駆動する第１ステップモーター２３１および第１輪列と、分針３２を駆動する第２ステップモーター２３２および第２輪列と、秒針３３を駆動する第３ステップモーター２３３および第３輪列と、日車５を駆動する第４ステップモーター２３４および第４輪列とを有する。なお、第１輪列は、時針３１が取り付けられる指針軸３５を備える。第２輪列は、分針３２が取り付けられる指針軸３６を備える。第３輪列は、秒針３３が取り付けられる指針軸３７を備える。
ムーブメント２０において、文字板２の３時位置には、りゅうず６に接続される巻真２６０が配置され、巻真２６０の周囲には、おしどり等の切換機構２６１が配置されている。また、ステップモーター２３１～２３４は、前記平面視で二次電池２４と重ならない位置に配置されている。

図４に示すように、ＬＥＤ基板６０と回路基板７０との間には、地板２１および駆動機構２３が配置される。また、回路基板７０の裏面には、耐磁板８１と、回路押さえ８２とが配置されている。
ＬＥＤ基板６０の地板２１に対向する裏面には、図５に示すように、発光ダイオードからなる３つの発光素子６１１、６１２、６１３が実装されている。
回路基板７０は、表裏両面に半導体集積回路（IC: Integrated Circuit）や、抵抗、コンデンサー等の回路素子が実装されている。そして、回路基板７０の表面つまり文字板２側の面には、図４に示すように、フォトトランジスターからなる３つの受光素子７１１、７１２、７１３と、回路素子７４１、７４２、７４３とが実装されている。
これらの発光素子６１１～６１３、受光素子７１１～７１３は、各指針の針位置検出に用いられる。

本実施形態では、二次電池２４および図示略の定電圧回路を介して、高電位の電源電圧ＶＤＤと、低電位の電源電圧ＶＳＳとを回路基板７０に供給している。また、本実施形態では、電源電圧ＶＤＤをグランド電位としている。なお、電源電圧ＶＳＳをグランド電位としてもよい。
ＬＥＤ基板６０と、回路基板７０とは、それぞれコイルバネで構成された導通部材６５１、６５２、６５３、６５４で電気的に接続され、これにより、発光素子６１１、６１２、６１３に電源が供給されている。

二次電池２４は、図４に示すように、平面円形に形成されたボタン型のリチウムイオン電池であり、回路基板７０の切欠部７１に配置されている。
ソーラーパネル２５は、腕時計用に用いられる太陽電池パネルであり、例えば、樹脂フィルム基板２５１上にアモルファスシリコン薄膜２５２を積層したフィルム型の太陽電池などを利用できる。ソーラーパネル２５は、指針軸３５～３７が挿通される貫通孔２５Ａと、２つの電極端子とを備える。この電極端子と回路基板７０とは、図５に示すように、コイルバネ２５５、２５６によって導通されている。したがって、ソーラーパネル２５で発電した電流は、コイルバネ２５５、２５６、回路基板７０を介して二次電池２４に充電される。

［平面アンテナ］
平面アンテナ５０は、ＧＰＳ衛星からの衛星信号を受信するアンテナであり、本実施形態では板状逆Ｆ型アンテナで構成されている。一般的な板状逆Ｆアンテナは、短絡板を持つ方形パッチアンテナであり、方形パッチアンテナに対して半分の寸法で共振特性が得られるためアンテナの小型化が可能である。しかしながら、逆Ｆアンテナのアンテナ指向性はパッチアンテナに比べて天頂方向から斜めに傾いてしまい、時計に内蔵した場合、金属ケースの影響を受けやすくなりアンテナ性能の劣化が大きく、セラミックベゼルとの組合せしか採用することができなかった。電波を透過するジルコニアなどのセラミック材は、色の制約があって自由度が低く、時計のデザインが限定されるという課題がある。
板状逆Ｆアンテナを用いる場合、アンテナ電極を小さくすることで、アンテナ電極と金属ケースとの距離を離せば、金属ケースの影響を低減できてアンテナの性能は改善される。しかしながら、ソーラーパネルを内蔵する時計において、ソーラーパネルには導電層があるためアンテナ性能的にアンテナ電極より小さくしなければならない。ソーラーパネルを小さくすると発電面積が減ってしまい、ソーラー発電量が少なくなってしまう課題もある。
ところで、逆Ｆアンテナは、短絡部の反対側のアンテナ開放端から電波の放射が多くなされる。このため、本発明者が鋭意検討した結果、アンテナ電極の開放端部分を金属ケースから離すことが、金属ケースの影響を低減することに最も効果的であることを見出した。
このため、本実施形態の平面アンテナ５０は、ソーラーパネル２５の発電面積の確保とアンテナ性能とを両立させるために、アンテナ電極の開放端のみを切り欠く構造としている。以下に、平面アンテナ５０の構成について、図３から図５に加えて、図６から図１０をも参照して説明する。

平面アンテナ５０は、カバーガラス１５と平面視で重なるように配置されている。また、平面アンテナ５０は、図３および図９にも示すように、誘電体基板５１と、板状の第１導体素子５２と、平面視で第１導体素子５２と重なるように配置された第２導体素子５３と、第１導体素子５２および第２導体素子５３とを短絡する短絡部５４とを備えて構成される。
平面アンテナ５０の平面中心位置には、指針軸３５～３７が挿通される貫通孔５０Ａが形成されている。すなわち、貫通孔５０Ａは、板状の第１導体素子５２、誘電体基板５１、第２導体素子５３を貫通して形成されている。また、平面アンテナ５０は、フィルム製のソーラーパネル２５を支持する支持基板を兼ねている。

誘電体基板５１は、アンテナ基材となる合成樹脂製の部材である。誘電体基板５１の材質を、ポリフェニレンスルファイド（PPS）、液晶ポリマー（LCP）、ポリカーボネート（PC）、シンジオタクチックポリスチレン（SPS）のいずれかにすれば、無電解めっきが付きやすく、誘電正接も低くでき、アンテナ基材として適したものにできる。
誘電体基板５１の裏面つまり地板２１側の面には、突出部が形成されている。突出部は、平面視で日車５の内周側の位置に形成された内周側突出部５１Ａと、日車５の外周側の位置に形成された外周側突出部５１Ｂとを備える。誘電体基板５１は、地板に対して日車５を押さえる機能を備える。内周側突出部５１Ａには、ＬＥＤ基板６０が配置される凹部５１Ｃが形成されている。

第１導体素子５２は、誘電体基板５１の表面つまりソーラーパネル２５側のほぼ全面に形成されている。第１導体素子５２は、例えば銅、鉄合金などの金属薄板で形成することもできるが、本実施形態では、誘電体基板５１の表面に形成された金属被膜で構成している。金属被膜は、例えば銅、銀、ニッケル、アルミなどのメッキ処理によって形成することができる。
第２導体素子５３は、第１導体素子５２と同様に金属被膜で形成することもできるが、本実施形態では、筒車押えを兼用する耐磁板で構成している。第２導体素子５３を構成する耐磁板は、純鉄板をニッケル膜で被覆した導体板であり、後述するように、短絡部５４と接触する。第１導体素子５２は、板状逆Ｆ型アンテナの放射部材として機能し、第２導体素子５３は、板状逆Ｆ型アンテナのグランド部材として機能する。

短絡部５４は、図９に示すように、誘電体基板５１の側面に形成された側面短絡部５４Ａと、誘電体基板５１の裏面、具体的には外周側突出部５１Ｂの最下面に形成された裏面短絡部５４Ｂとで構成されている。
外周側突出部５１Ｂには、短絡部５４から離間して給電端子５５が形成されている。この給電端子５５は、誘電体基板５１の側面を介して第１導体素子５２に導通されている。
給電端子５５には、給電素子５６の一端が当接している。給電素子５６の他端は、回路基板７０に当接し、回路基板７０に実装された受信ＩＣに導通されている。なお、図３では、給電素子５６は、第２導体素子５３および誘電体基板５１を貫通して第１導体素子５２に接触するように模式的に図示しているが、実際には、図４～図７に示すように、第１導体素子５２の給電端子５５を誘電体基板５１の側面を介して下面まで延長し、この給電端子５５に給電素子５６の上端が接触するように構成している。給電素子５６は、金属等の導電性材料で形成されたピン状のコネクターであり、コイルスプリングを内蔵しており、コイルスプリングの付勢力によって、給電端子５５の下面に接触している。

外周側突出部５１Ｂの最下面に積層された裏面短絡部５４Ｂは、金属製の第２導体素子５３の表面に接触している。第２導体素子５３は、接続素子５７を介して回路基板７０のグランド端子に導通され、前述のとおり、板状逆Ｆ型アンテナのグランド部材として機能する。また、第２導体素子５３は金属製であるため、ステップモーター２３１～２３４の文字板２側を覆う耐磁板を兼ねている。

本実施形態では、平面アンテナ５０をケース本体１１内に組み込んだ際に、平面視で文字板２の貫通孔２Ａに対して１２時方向に短絡部５４が設けられている。このため、アンテナ電極となる第１導体素子５２において、短絡部５４とは反対側、つまり平面視で文字板２の貫通孔２Ａに対して６時方向にはアンテナ開放端５８が形成されている。
このアンテナ開放端５８は、誘電体基板５１の外周縁よりも内側に形成されている。ここで、図６、１０に示すように、アンテナ開放端５８は、文字板２の３時－９時を結ぶ線とほぼ平行な端縁である。すなわち、平面視で略円形の誘電体基板５１に対し、第１導体素子５２は、中心角θ１の円弧と、その円弧の両端を結ぶ弦とで囲まれる弓形の領域を除去した形状とされ、弦の部分がアンテナ開放端５８とされている。このため、図９、１０に示すように、第１導体素子５２は、アンテナ開放端５８と、短絡部５４に連続する短絡部側の外縁５９とを有する。そして、アンテナ開放端５８と側壁である胴１２との間の第１距離をＬ１とし、短絡部５４側の外縁５９と側壁である胴１２との間の第２距離をＬ２とすると、Ｌ１＞Ｌ２である。
なお、Ｌ１およびＬ２は、アンテナ開放端５８に直交し、貫通孔５０Ａを通る半径方向の寸法である。短絡部５４は、誘電体基板５１の側面に沿った外周方向の一部の範囲に形成されており、短絡部５４の外周方向における中心位置、つまり短絡部５４の外周方向の両端縁の中間位置と、貫通孔５０Ａとを結ぶ仮想線を設定した際に、アンテナ開放端５８はこの仮想線に直交して設けられている。このため、各Ｌ１、Ｌ２は、仮想線に沿った寸法となる。

また、図４、図５、図８に示すように、ソーラーパネル２５は、第１導体素子５２の形状に合わせて６時位置部分を切断してカット部２５３を形成している。なお、ソーラーパネル２５は、平面視で第１導体素子５２に対して一回り小さく形成され、第１導体素子５２の外周側はソーラーパネル２５の外側に露出している。

図９に示すように、第２導体素子５３、つまり筒車押えを兼用する耐磁板は、第１導体素子５２のようにカット部分は設けられていない。また、第２導体素子５３の外周面と、胴１２との距離は第２距離Ｌ２と同じ距離とされている。このため、第２導体素子５３において、短絡部５４の反対側の外縁つまり６時位置の外縁と胴１２との距離は、第２導体素子５３における短絡部５４側の外縁つまり１２時位置の外縁と胴１２との距離と同じである。このため、グランド板となる第２導体素子５３は、アンテナ電極である第１導体素子５２よりも平面サイズが大きくなり、これにより平面アンテナ５０の指向性が天頂方向つまりカバーガラス１５側を向くようになるため、導電性のケース１０を用いてもアンテナ性能は改善される。
また、ソーラーパネル２５は６時側を部分的に切り欠いているので、アンテナ基材である誘電体基板５１が白色などの樹脂材料の場合、透光性の文字板２を通してソーラーパネル２５部分と、ソーラーパネル２５が配置されておらず誘電体基板５１が露出する部分とで色の違いが透けて見えてしまうことがある。このため、ソーラーパネル２５と同系色の調色用シート２７を誘電体基板５１が露出する部分と文字板２との間に配置している。ソーラーパネル２５のアモルファスシリコン薄膜２５２部分は、濃紫色であるため、調色用シート２７も濃紫色のポリエステルフィルムなどで構成されている。

［電子時計の回路構成］
図１１は、電子時計１の回路構成を示すブロック図である。
電子時計１は、回路基板７０に配置されたＧＰＳ受信部３００と、制御表示部４００と、電源供給部５００とを有する。

［ＧＰＳ受信部］
ＧＰＳ受信部３００は、平面アンテナ５０およびＳＡＷフィルター２３０を介して、ＧＰＳ衛星から衛星信号を受信して処理する。ＳＡＷフィルター２３０は、バンドパスフィルターであり、１．５ＧＨｚの衛星信号を通過させるものとなっている。なお、平面アンテナ５０とＳＡＷフィルター２３０との間に、受信感度を良好にするＬＮＡを別途挿入してもよい。また、ＳＡＷフィルター２３０をＧＰＳ受信部３００内に組み込んだ構成としてもよい。なお、ＳＡＷはSurface Acoustic Waveの略語であり、ＬＮＡはLow Noise Amplifierの略語である。

ＧＰＳ受信部３００は、ＳＡＷフィルター２３０を通過した衛星信号を処理するものであり、ＲＦ回路３１０と、ベースバンド回路３２０と、温度補償回路付き水晶発振回路３３０と、フラッシュメモリー３４０とを備えている。なお、ＲＦはRadio Frequencyの略語である。また、水晶発振回路３３０は、図１１ではＴＣＸＯと表記している。

ＲＦ回路３１０は、ＰＬＬ、ＶＣＯ、ＬＮＡ、ミキサー、ＩＦアンプ、ＩＦフィルター、Ａ／Ｄ変換器等を備えたＧＰＳ受信用のＲＦ部として一般的なものである。なお、ＰＬＬはPhase Locked Loopの略語であり、ＶＣＯはVoltage Controlled Oscillatorの略語であり、ＩＦはIntermediate Frequencyの略語である。

ベースバンド回路３２０は、ＤＳＰ、ＣＰＵ、ＲＴＣ、ＳＲＡＭ等を備えたＧＰＳ受信用のベースバンド部として一般的なものである。このベースバンド回路３２０には、ＴＣＸＯ３３０やフラッシュメモリー３４０も接続されている。なお、ＤＳＰはDigital Signal Processorの略語であり、ＣＰＵはCentral Processing Unitの略語であり、ＲＴＣはReal Time clockの略語であり、ＳＲＡＭはStatic Random Access Memoryの略語である。

ベースバンド回路３２０は、ＲＦ回路３１０からデジタル信号に変換された受信信号が入力され、相関処理や測位演算等を行うことにより、衛星時刻情報や測位データを取得し、ＳＲＡＭに記憶されたうるう秒を利用して、取得した衛星時刻情報つまりＺカウントを補正して、時刻データである世界協定時であるＵＴＣを算出する。これにより、ベースバンド回路３２０は、測位データおよび時刻データを制御部４１０に出力する。
局部発振信号の基となるクロックは、ＴＣＸＯ３３０からベースバンド回路３２０を介してＲＦ回路３１０に供給される。

フラッシュメモリー３４０には、緯度および経度によって特定される位置情報と、その場所の時差情報とが対応付けられた時差データベース等が記憶される。ＧＰＳ受信部３００は、測位モードで位置情報を取得した場合、その位置情報（緯度、経度）に基づいて時差情報つまりＵＴＣに対する時差を取得し、制御部４１０に出力する。

［制御表示部］
制御表示部４００は、制御部（ＣＰＵ）４１０と、指針等の駆動を実施する駆動回路４２０と、水晶発振器４３０とを備えている。

制御部４１０は、ＲＴＣ４１１、ＲＯＭ４１２、記憶部４１３を含み、時刻を計時するとともに、ＧＰＳ受信部３００に制御信号を出力してその動作を制御する。
ＲＴＣ４１１は、水晶発振器４３０から出力される基準信号を用いて、内部時刻を計時している。ＲＯＭ４１２には、制御部４１０により実行される各種プログラムが記憶されている。本実施形態において、ＲＴＣ４１１で計時される内部時刻は、世界協定時であるＵＴＣである。制御部４１０は、測時モードまたは測位モードでの受信に成功した場合は、ＧＰＳ受信部３００から出力されたＵＴＣでＲＴＣ４１１を更新する。
記憶部４１３は、ＧＰＳ受信部３００から出力される衛星時刻情報や測位情報、時差情報を記憶する。このため、制御部４１０は、ＵＴＣおよび時差情報によって現在地の時刻を算出し、駆動回路４２０によって駆動機構２３を駆動して、算出した時刻を時針３１、分針３２、秒針３３で指示する。

［電源供給部］
電源供給部５００は、ＧＰＳ受信部３００および制御表示部４００に電力を供給するものであり、ソーラーパネル２５、充電制御回路５１０、二次電池２４、第１電圧変換部５２０、第２電圧変換部５３０および電圧検出回路５４０を備える。
充電制御回路５１０は、ソーラーパネル２５で発電された電力を二次電池２４に充電する制御を行う。
二次電池２４は、第１電圧変換部５２０を介して制御表示部４００に駆動電力を供給し、第２電圧変換部５３０を介してＧＰＳ受信部３００に駆動電力を供給する。
電圧検出回路５４０は、二次電池２４の出力電圧をモニターし、制御部４１０に出力する。このため、制御部４１０は、電圧検出回路５４０で検出された二次電池２４の電圧を把握して受信処理を制御できる。

［アンテナ性能試験］
次に、平面アンテナ５０において、前述のＬ１とＬ２とが、Ｌ１＞Ｌ２である本実施形態と、Ｌ１＝Ｌ２である比較例とでアンテナ性能を比較したシミュレーション結果について図１２～図１５を参照して説明する。
図１２および図１３は、平面アンテナ５０の６時位置つまりアンテナ開放端５８側の電界分布を示し、図１２は比較例、図１３は本実施形態の例である。図１２，１３を比較すると、アンテナ開放端５８を側壁である胴１２から離した図１３のほうが、６時位置のアンテナ開放端５８部分の電界が大きくなり、天頂方向への放射が大きくなっていることがわかる。

図１４は、アンテナ開放端５８の電極カット量に対するピーク利得および放射効率の改善量のシミュレーション結果を示すグラフである。
電極カット量は、図１０のＬ３であり、誘電体基板５１の外周縁からアンテナ開放端５８までの寸法である。ピーク利得は放射が最大方向におけるアンテナ利得、放射効率は全方向のアンテナ放射効率である。図１０の白丸はピーク利得のシミュレーション値を示し、点線は各白丸を結ぶ近似曲線である。図１０の黒丸は放射効率のシミュレーション値を示し、実線は各黒丸を結ぶ近似曲線である。また、図１４の縦軸は、Ｌ３＝０ｍｍを基準とした場合の改善量の割合を示す。
アンテナ電極である第１導体素子５２をカットしない場合（Ｌ３＝０ｍｍ）に対して、６時位置のアンテナ電極をカットしてアンテナ開放端５８を胴１２の内周面から離していくと、Ｌ３＝0.75ｍｍ付近で効果は最大となり、アンテナ性能の改善効果があるのは、Ｌ３＝０～２ｍｍの範囲であることが分かる。ＧＰＳ衛星信号の波長は約１９０ｍｍであり、アンテナ性能の改善効果があるのは、Ｌ３が２ｍｍ以下、つまり約０．０１波長以下であることがわかる。Ｌ３＝Ｌ１－Ｌ２であるため、第１距離Ｌ１と第２距離Ｌ２との差である電極カット量Ｌ３は、平面アンテナ５０で受信するＧＰＳ衛星信号の波長の０．０１倍以下となる。Ｌ３が２ｍｍより大きくなるとアンテナ性能が低下するのは、平面アンテナ５０が共振波長である１／４波長より小さくなり過ぎてしまい、アンテナ特性が劣化するためである。
また、図１４に示すように、放射効率よりピーク利得の改善量が大きいことから、アンテナ指向性が天頂を向くように改善されていることが分かる。
なお、カットする前のアンテナ電極が平面円形であった場合、Ｌ３＝０．７５ｍｍとなるアンテナ開放端５８は、アンテナ電極の直径が２８ｍｍであれば中心角２６．６度の弦となり、アンテナ電極の直径が３０ｍｍであれば中心角２５．７度の弦となる。また、Ｌ３＝２ｍｍとなるアンテナ開放端５８は、アンテナ電極の直径が２８ｍｍであれば中心角４３．６度の弦となり、アンテナ電極の直径が３０ｍｍであれば中心角４２．１度の弦となる。腕時計に組み込み可能なアンテナ電極の直径は２８～３０ｍｍ程度であるため、アンテナ開放端５８は中心角４５度以下の弦で構成すればよい。

図１５は、平面アンテナ５０の指向性を示すグラフであり、点線はＬ３＝０ｍｍの指向性を示し、実線はＬ３＝０．７５ｍｍの指向性を示す。図１５に示すように、Ｌ３＝０．７５ｍｍの場合のほうが、指向性が０度方向つまり天頂方向（第１方向）を向くことが分かる。これにより、ケース１０内に配置した平面アンテナ５０は、天頂方向であるカバーガラス１５側からの信号を受信しやすくなり、導電性の側壁である胴１２の影響を低減できる。

また、シミュレーションで、グランド板となる第２導体素子５３も第１導体素子５２と同様に０．７５ｍｍ切り欠いた場合、０．２ｄＢのアンテナ放射効率の劣化が確認できた。このため、グランド板となる第２導体素子５３は平面サイズが大きい方がアンテナ性能も良くなる点も確認できた。

［実施形態の作用効果］
本実施形態の電子時計１によれば、アンテナ電極となる平板状の第１導体素子５２において、第２導体素子５３との短絡部５４側の外縁５９と導電性のケースの側壁である胴１２との間の第２距離Ｌ２よりも、短絡部５４とは反対側に位置するアンテナ開放端５８とケースの側壁である胴１２との間の第１距離Ｌ１を大きくしたので、アンテナ指向性が上方を向き、導電性ケース内に配置されるためにカバーガラス１５側つまり上方からの電波を受信する必要がある電子時計１用の平面アンテナ５０の性能を改善できる。
すなわち、腕時計のような小型の電子時計１において、平面アンテナ５０の受信性能を向上させるには、放射電極となる平板状の第１導体素子５２と、グランド板となる平板状の第２導体素子５３と、各導体素子５２、５３を短絡する短絡部５４とを備える板状逆Ｆアンテナを用い、各導体素子５２、５３の面積を大きくすることが有効である。一方、平面アンテナ５０を収納する時計のケース１０は、デザイン性や強度などを考慮して金属等の導電性のケース１０を用いることが好ましい。導電性のケース１０内に板状逆Ｆアンテナである平面アンテナ５０を配置した場合、平面アンテナ５０の性能向上のためには第１導体素子５２や第２導体素子５３の面積を大きくすることが好ましいが、導電性のケース１０の側壁である胴１２に第１導体素子５２が近づくと、導電性の胴１２の影響を受けてしまう。これに対し、本実施形態では、第１導体素子５２のアンテナ開放端５８を導電性のケース１０から離すことでアンテナ性能の劣化を防止でき、さらに、第１導体素子５２においてアンテナ開放端５８以外の部分はアンテナ開放端５８に比べて胴１２に近づけて第１導体素子５２の面積を大きくすることで、アンテナ性能を改善できる。
また、アンテナ電極となる第１導体素子５２は、アンテナ開放端５８部分つまり６時側のみをケース１０から離しており、第１導体素子５２の他の部分はカットしていないので、ソーラーパネル２５の導体部分であるアモルファスシリコン薄膜２５２を、平面視で第１導体素子５２よりも小さくした場合でも、アモルファスシリコン薄膜２５２の面積減少を最小限に留めることができ、発電量を確保することができる。

アンテナ開放端５８は、第１距離Ｌ１と第２距離Ｌ２の差だけ、短絡部５４側の外縁５９よりも胴１２から離れ、この距離の差が大きくなると、平面アンテナ５０が共振波長である１／４波長よりも小さくなりすぎてしまいアンテナ特性が劣化する。これに対し、本実施形態では、前記各距離Ｌ１、Ｌ２の差を受信電波の波長の０．０１倍以下にすることで、平面アンテナ５０が小さくなりすぎることを防止でき、アンテナ特性の劣化を防止できる。

ソーラーパネル２５の一部を切断してカット部２５３を形成し、ソーラーパネル２５の導体部分であるアモルファスシリコン薄膜２５２を、平面視で第１導体素子５２よりも小さくしているので、ソーラーパネル２５を第１導体素子５２の表面側に重ねていても、アンテナ性能に影響することを低減できる。

第２導体素子５３を金属体つまり導体板で構成しているので、第１導体素子５２と別体で形成でき、第１導体素子５２よりも大きなサイズの第２導体素子５３を容易に形成できる。そして、平面視で第１導体素子５２よりも第２導体素子５３を大きくできるため、アンテナ指向性を上方に向けることができ、アンテナ性能をより改善することができる。

［他の実施形態］
なお、本発明は前記各実施形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内で種々の変形実施が可能である。
例えば、アンテナ電極となる第１導体素子５２の平面形状は、前記実施形態に限定されず、例えば、図１６に示す電子時計１Ｂの第１導体素子５２Ｂのように、アンテナ開放端５８Ｂを曲線状に形成してもよい。この第１導体素子５２Ｂにおいても、アンテナ開放端５８Ｂは、ケース１０の側壁から離れて配置されるため、アンテナ性能を改善できる。さらに、アンテナ開放端５８Ｂが曲線状に形成されるため、第１実施形態のアンテナ開放端５８に比べて、より広い範囲でケース１０の影響を受けにくくできる。

また、図１７に示す第１導体素子５２Ｃのように、６時側のアンテナ開放端５８Ｃを文字板２の装飾部材に沿った形状に形成してもよい。例えば、図１７の電子時計１Ｃは、文字板２の６時側にサブダイヤル２Ｃを設けている。第１導体素子５２Ｃのアンテナ開放端５８Ｃは、文字板２の５時位置および７時位置の目盛２Ｄに沿って形成されてサブダイヤル２Ｃの外周まで連続する直線部５８１と、サブダイヤル２Ｃの外周に沿って形成される曲面部５８２とを備えて形成されている。
この第１導体素子５２Ｃにおいても、アンテナ開放端５８Ｃの曲面部５８２は、ケース１０の側壁から離れて配置されるため、アンテナ性能を改善できる。さらに、アンテナ開放端５８Ｃは、目盛２Ｄやサブダイヤル２Ｃに沿って形成されるため、アンテナ開放端５８Ｃを目立ちにくくできる。さらに、アンテナ開放端５８Ｃで囲まれる領域に誘電体基板５１が露出しても、目盛２Ｄやサブダイヤル２Ｃの装飾部材で囲まれるため、色の違いが目立ちにくくなり、意匠性を向上できる。
すなわち、第１導体素子のアンテナ開放端の形状は、短絡部５４に連続する短絡部側の外縁５９の反対側の点を含む一定の範囲がケースの側壁である胴１２から離れていればよい。例えば、アンテナ開放端は、平面台形状にカットされたものなどでもよく、アンテナ開放端を導電性ケースの側壁から離すことによるアンテナ性能の改善効果と、第１導電素子の面積が低下することによるアンテナ性能の低下効果とを考慮して、アンテナ開放端の形状や電極カット寸法を設定すればよい。
誘電体基板５１の形状を第１導体素子５２の形状に合わせて形成し、アンテナ開放端側の誘電体基板５１を導電性ケースの側壁から離して配置してもよい。アンテナ性能への影響が最も大きい開放端側の誘電体基板５１を無くすことで、僅かではあるがアンテナ性能を向上させることができる。

第１導体素子５２、５２Ｂ、５２Ｃの第１距離Ｌ１および第２距離Ｌ２の差は、平面アンテナ５０で受信する電波の波長の０．０１倍以下であることが好ましいが、必ずしも０．０１倍以下に限定されない。
前記実施形態ではソーラーパネル２５の６時位置部分を切断してカット部２５３を形成していたが、樹脂フィルム基板２５１は切断せずにアモルファスシリコン薄膜２５２のみを切断してもよい。樹脂フィルム基板２５１およびアモルファスシリコン薄膜２５２を切断した場合は、後からまとめて金型等で切断できるので加工コストを安くでき、樹脂フィルム基板２５１を残した場合は色調の変化を抑えることができる。
前記実施形態では、ソーラーパネル２５の導体部分よりも大きい部分、具体的には誘電体基板５１が露出する部分を覆う調色用シート２７を備えていたが、第１導体素子５２においてソーラーパネル２５の外周側に露出する部分を覆う調色用シートを設けてもよい。すなわち、文字板２を視認した際に、ソーラーパネル２５の導体部分つまりアモルファスシリコン薄膜２５２と異なる色が視認される部分に調色用シートを設けてもよい。
また、調色用シート２７を設ける代わりに、文字板２において、誘電体基板５１や導体素子５２が露出する部分と重なる裏面を着色して色の違いが目立たないように構成してもよい。また、ソーラーパネル２５を備えない電子時計でもよい。

前記第１実施形態では、平面アンテナ５０の第２導体素子５３を耐磁板で構成していたが、第２導体素子５３を、第１導体素子５２とほぼ同じ面積で板状に形成し、板状逆Ｆ型アンテナのグランド部材として機能するようにしてもよい。
前記各実施形態では、アンテナは、ＧＰＳ衛星から送信される衛星信号を受信していたが、アンテナで受信する信号はこれに限られない。例えば、ガリレオ、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｂｅｉｄｏｕなどの他の全地球的航法衛星システム（ＧＮＳＳ）や、静止衛星型衛星航法補強システム（ＳＢＡＳ）や、準天頂衛星等の特定の地域のみで検索できる地域的衛星測位システム（ＲＮＳＳ）などの各衛星から送信される衛星信号を受信してもよい。
アンテナは、衛星信号を受信するものに限られず、例えば、Bluetooth（登録商標）、ＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）、Wi-Fi（登録商標）、ＮＦＣ（Near Field Communication）、LPWA(Low Power Wide Area)等の他の電波を受信するアンテナでもよい。すなわち、電子時計１、１Ｂ、１Ｃに組み込む平面アンテナ５０は、受信する信号に種類や、時計のサイズ、他の部品との納まりなどに応じて適切に設定すればよい。

［本開示のまとめ］
本開示の電子時計は、給電部に接続される平板状の第１導体素子と、平面視で前記第１導体素子と重なる平板状の第２導体素子と、前記第１導体素子と前記第２導体素子とを短絡する短絡部と、を有するアンテナと、前記アンテナを収納し、側壁を有する導電性のケースと、を備え、前記第１導体素子は、前記短絡部に連続する短絡部側の外縁と、アンテナ開放端とを有し、前記平面視において、前記アンテナ開放端と前記側壁との間の第１距離は、前記短絡部側の外縁と前記側壁との間の第２距離よりも大きいことを特徴とする。
本開示の電子時計によれば、給電部に接続されてアンテナ電極となる平板状の第１導体素子において、短絡部側の外縁と導電性のケースの側壁との間の第２距離よりも、前記短絡部とは反対側に位置するアンテナ開放端と前記ケースの側壁との間の第１距離を大きくしたので、アンテナ指向性が上方を向き、導電性ケース内に配置されるためにカバーガラス側つまり上方からの電波を受信する必要がある電子時計用の平面アンテナの性能を改善できる。

本開示の電子時計において、前記第１距離と前記第２距離との差は、前記アンテナで受信する電波の波長の０．０１倍以下であることが好ましい。
アンテナ開放端は、第１距離と第２距離の差だけ、短絡部側の外縁よりもケースの側壁から離れている。この距離の差が大きくなると、アンテナが共振波長である１／４波長よりも小さくなりすぎてしまいアンテナ特性が劣化する。このため、前記各距離の差を受信電波の波長の０．０１倍以下にすることで、アンテナが小さくなりすぎることを防止でき、アンテナ特性の劣化を防止できる。

本開示の電子時計において、前記第１導体素子の表面側には、前記平面視で前記第１導体素子と重なるソーラーパネルが配置され、前記ソーラーパネルの導体部分は、前記平面視で前記第１導体素子よりも小さいことが好ましい。
ソーラーパネルの導体部分を、平面視で第１導体素子よりも小さくしているので、ソーラーパネルを第１導体素子の表面側に重ねていても、ソーラーパネルの導体部分がアンテナ性能に影響することを低減できる。

本開示の電子時計において、前記第１導体素子の前記ソーラーパネルの導体部分よりも大きい部分を覆う調色用シートを有することが好ましい。
ソーラーパネルの導体部分よりも大きい部分を調色用シートで覆うことで、ソーラーパネルの導体部分と、導体部分以外の露出部分との色の相違を無くすことができ、意匠性を向上できる。

本開示の電子時計において、前記第１導体素子の表面側には、装飾を備える文字板が前記平面視で前記第１導体素子と重なるように配置され、前記アンテナ開放端は、前記平面視で前記文字板の装飾に沿った形状を備えることが好ましい。
アンテナ開放端を文字板の装飾に沿った形状とすることで、アンテナ開放端の外縁が目立たずに意匠性の低下を防止できる。

本開示の電子時計において、前記第２導体素子は導体板であり、前記平面視で前記第１導体素子よりも大きいことが好ましい。
第２導体素子を導体板で構成することで第１導体素子と別体で形成できるので、第１導体素子よりも大きなサイズに形成できる。そして、平面視で第１導体素子よりも第２導体素子を大きくすることで、アンテナ指向性を上方に向けることができ、アンテナ性能をより改善することができる。

本開示の電子時計において、前記第２導体素子における前記短絡部の反対側の外縁と前記側壁との距離は、前記第２導体素子における前記短絡部側の外縁と前記側壁との距離と同じであることが好ましい。
短絡部の反対側の第２導体素子の外縁は、第１導体素子のアンテナ開放端に対応する部分であり、この第２導体素子の外縁と側壁との距離は、短絡部側の第２導体素子の外縁と側壁との距離と同じにしているため、第２導体素子を第１導体素子よりも大きくすることができ、アンテナ性能を向上できる。

本開示の電子時計において、時刻を表示する指針を備え、前記アンテナには、前記短絡部とは異なる位置に、指針軸が貫通する貫通孔が設けられていることが好ましい。
指針軸が貫通する貫通孔を、アンテナにおいて短絡部と異なる位置、例えば、短絡部とアンテナ開放端とのほぼ中間位置に形成することで、指針の運針範囲、つまり文字板と同程度のサイズにアンテナを形成できる。

１…電子時計、１Ｂ…電子時計、１Ｃ…電子時計、２…文字板、２Ａ…貫通孔、２Ｂ…日窓、２Ｃ…サブダイヤル、２Ｄ…目盛、３…指針、５…日車、１０…ケース、１１…ケース本体、１２…胴、１４…裏蓋、１５…カバーガラス、２０…ムーブメント、２５…ソーラーパネル、２５Ａ…貫通孔、２７…調色用シート、３１…時針、３２…分針、３３…秒針、３５…指針軸、３６…指針軸、３７…指針軸、５０…平面アンテナ、５０Ａ…貫通孔、５１…誘電体基板、５２…第１導体素子、５２Ｂ…第１導体素子、５２Ｃ…第１導体素子、５３…第２導体素子、５４…短絡部、５４Ａ…側面短絡部、５４Ｂ…裏面短絡部、５８…アンテナ開放端、５８Ｂ…アンテナ開放端、５８Ｃ…アンテナ開放端、５９…外縁、２５１…樹脂フィルム基板、２５２…アモルファスシリコン薄膜、２５３…カット部、５８１…直線部、５８２…曲面部、Ｌ１…第１距離、Ｌ２…第２距離。

Claims (8)

1. 給電部に接続される平板状の第１導体素子と、平面視で前記第１導体素子と重なる平板状の第２導体素子と、前記第１導体素子と前記第２導体素子とを短絡する短絡部と、を有するアンテナと、
   前記アンテナを収納し、側壁を有する導電性のケースと、を備え、
   前記第１導体素子は、前記短絡部に連続する短絡部側の外縁と、アンテナ開放端とを有し、
   前記平面視において、前記アンテナ開放端と前記側壁との間の第１距離は、前記短絡部側の外縁と前記側壁との間の第２距離よりも大きいことを特徴とする電子時計。
2. 請求項１に記載の電子時計において、
   前記第１距離と前記第２距離との差は、前記アンテナで受信する電波の波長の０．０１倍以下であることを特徴とする電子時計。
3. 請求項１または請求項２に記載の電子時計において、
   前記第１導体素子の表面側には、前記平面視で前記第１導体素子と重なるソーラーパネルが配置され、
   前記ソーラーパネルの導体部分は、前記平面視で前記第１導体素子よりも小さいことを特徴とする電子時計。
4. 請求項３に記載の電子時計において、
   前記第１導体素子の前記ソーラーパネルの導体部分よりも大きい部分を覆う調色用シートを有することを特徴とする電子時計。
5. 請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の電子時計において、
   前記第１導体素子の表面側には、装飾を備える文字板が前記平面視で前記第１導体素子と重なるように配置され、
   前記アンテナ開放端は、前記平面視で前記文字板の装飾に沿った形状を備えることを特徴とする電子時計。
6. 請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電子時計において、
   前記第２導体素子は導体板であり、前記平面視で前記第１導体素子よりも大きいことを特徴とする電子時計。
7. 請求項６に記載の電子時計において、
   前記第２導体素子における前記短絡部の反対側の外縁と前記側壁との距離は、
   前記第２導体素子における前記短絡部側の外縁と前記側壁との距離と同じであることを特徴とする電子時計。
8. 請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の電子時計において、
   時刻を表示する指針を備え、
   前記アンテナには、前記短絡部とは異なる位置に、指針軸が貫通する貫通孔が設けられていることを特徴とする電子時計。

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