JP5803604B2 - アンテナ構造体、電波受信機器及びアンテナ構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、アンテナ構造体、電波受信機器及びアンテナ構造体の製造方法に関するものである。

従来、時刻情報を含む標準電波を受信するアンテナを備え、受信された時刻情報に基づいて自動的に現在時刻を修正する電波時計等の電波受信機器が知られている。そして、例えば電波時計において標準電波を受信するアンテナとしては、受信感度のよい磁性材料であるアモルファス金属やフェライト等からなるコアにコイルが巻回されてなるアンテナ構造体を備えるものが多く用いられている。

腕時計型の電波時計等の電波受信機器の場合、高級感を演出したり、デザイン性や耐久性を向上させる等の観点からアンテナ構造体を収容するケースや、当該ケースの蓋部材等に金属製の部材が使用されることがある。このように電波受信機器に金属部材が用いられている場合に、これらの金属部材に近接してアンテナ構造体が配置されると、いわゆる渦電流の発生による損失が生じ、これに起因してアンテナ構造体による標準電波の受信感度が劣化してしまう。
しかし、特に女性用の腕時計型の電波時計等の場合、できるだけ装置を小型化・薄型化するために小型のアンテナを小型のケース内に収容すべき要請もある。このような場合には、金属部材とアンテナ構造体とを離して配置しようとするとデザイン上の制約が大きくなってしまうため、金属部材とアンテナ構造体との間に十分な距離を確保することが困難であるとの問題がある。

この点、金属部材とアンテナ構造体との間に十分な距離を確保できない場合でも受信感度の劣化を抑えるための構成として、リング状に形成した磁芯（コア）にコイルを巻き付け、磁芯に沿って形成される磁路が閉鎖状のループを形成するように構成するとともに、この閉鎖状ループを構成しているアンテナ構造体の磁路の一部にエアギャップを設けて、このエアギャップの部分が他の部分の磁気抵抗と異なる磁気抵抗となるように構成したアンテナ構造体が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
このように磁芯をリング状に構成した場合には、磁束が外部に漏れにくくなるため、アンテナ構造体の近傍に金属部材が配置されても渦電流の発生による損失に起因するアンテナ構造の受信感度の劣化を抑えることが期待できる。

特許第３５１２７８２号公報

しかしながら、アンテナ構造体を製造する場合には、例えば機械により自動的に磁芯（コア）に対して導線を１０００回（ターン）等、数１００ターン以上所定回数巻回することによりコイルを形成するところ、特許文献１に記載されている技術のように、磁芯（コア）がリング状に形成されている場合には、実際には機械的に磁芯に細い導線を数１００ターン以上巻回することは極めて困難であり、アンテナ構造体を簡易かつ効率的に生産することが難しいとの問題がある。
また、アンテナ構造体の磁路の一部にエアギャップを設けた場合には、このギャップによるロスを生じる可能性がある上、ギャップのばらつきによるインダクタンスの差異を生じないように、ギャップを調整する必要が生じるとの問題もある。

そこで、本発明は以上のような事情に鑑みてなされたものであり、簡易かつ効率的に生産可能であり、近傍に金属部材が配置されても良好な受信感度を実現することのできるアンテナ構造体、電波受信機器及びアンテナ構造体の製造方法を提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明のアンテナ構造体は、 磁性材料により形成され、第１の直状部とこの第１の直状部の両端から前記第１の直状部の延在方向と直交する一方側に張り出した第１の張出し部とを備える第１の板状部材と、
磁性材料により形成され、第２の直状部とこの第２の直状部の両端から前記第２の直状部の延在方向と直交する一方側に張り出した第２の張出し部とを備え、この第２の張出し部が前記第１の板状部材の前記第１の張出し部と平面視で上下方向に重なり合うように前記第１の板状部材に積層され前記第１の板状部材と磁気的に連結される第２の板状部材と、
前記第１の直状部及び前記第２の直状部のうちの少なくとも一方に導線を巻回して形成されたコイルとを備え、
前記第１の板状部材及びこれと積層方向に隣り合う前記第２の板状部材によりループ状の磁路が形成されていることを特徴としている。

この発明によれば、外部から第１の板状部材及び第２の板状部材に入ってくる磁束、共振回路によって発生した磁束のいずれもが、第１の板状部材及び第２の板状部材により形成されているループ状の磁路を通る。このため、アンテナ構造体の近傍に金属部材が配置されても金属部材の方に磁束が流れて損失となるのを防ぐことができ、良好な受信感度を実現することができる。また、第１の板状部材及び第２の板状部材のいずれかの直状部にコイルを形成してから、第１の板状部材と第２の板状部材とを重ね合わせて磁気的に連結させるため、コイルを機械により自動的に巻回することができ、アンテナ構造体を簡易かつ効率的に生産することが可能となるとの効果を奏する。

本発明に係る電波受信機器の一例である電波腕時計の概略構成を示す正面図である。 第１の実施形態におけるアンテナ構造体をアンテナ用ケースに組み込んだ状態を示す平面図である。 図２のアンテナ構造体を構成する板状部材にコイルが巻回された状態を示す平面図である。 図３における矢視IVから見た板状部材の正面図である。 図３における矢視Vから見た板状部材の側面図である。 図３における板状部材のVI-VI線に沿う断面図である。 図２のアンテナ構造体の平面図である。 図７における矢視VIIIから見たアンテナ構造体の正面図である。 図７における矢視IXから見たアンテナ構造体の側面図である。 図７におけるアンテナ構造体のX-X線に沿う断面図である。 図２に示すアンテナ構造体の製造工程を示す図であり、（Ａ）は、板状部材形成工程を示し、（Ｂ）は、コイル形成工程を示し、（Ｃ）は板状部材積層工程を示している。 第２の実施形態におけるアンテナ構造体をアンテナ用ケースに組み込んだ状態を示す平面図である。 図１２のアンテナ構造体の平面図である。 図１３における矢視XIVから見たアンテナ構造体の正面図である。 図１３における矢視XIVから見たアンテナ構造体の側面図である。 図１３におけるアンテナ構造体のXVI- XVI線に沿う断面図である。 第２の実施形態におけるアンテナ構造体の一変形例の正面図である。 図１７における矢視XVIIIから見たアンテナ構造体の側面図である。 図１７におけるアンテナ構造体のXIX- XIX線に沿う断面図である。

［第１の実施の形態］
図１から図１１を参照しつつ、本発明に係るアンテナ構造体及びこれを備える電波受信機器の第１の実施形態を説明する。なお、本実施形態では、電波受信機器としての電波腕時計にアンテナ構造体を搭載する場合を例として説明する。なお、本発明の範囲は図示例に限定されない。

図１は、本実施形態における電波腕時計（電波受信機器）を示す正面図である。
図１に示すように、電波腕時計１は、アンテナ構造体２及びこのアンテナ構造体２が収容されたアンテナ外装ケース４を備えている。
また、本実施形態において、電波腕時計１は、時刻等の表示を行う表示装置５１、アンテナ構造体２が電波を受信するための受信回路部等を含む電子部品等（図示せず）が搭載された時計本体５、この時計本体５が収容された時計外装ケース６及びこれらと連結されて電波腕時計１の時計バンドを構成する複数の駒部材７を備えている。

本実施形態において、アンテナ外装ケース４、時計外装ケース６、及び駒部材７は、例えばステンレスやチタン等の金属材料その他の導電性部材により、ほぼ同じ大きさの直方体形状に形成されている。
なお、アンテナ外装ケース４、時計外装ケース６、及び駒部材７は、全てが同じ材料で形成されている必要はなく、例えば時計外装ケース６のみが金やプラチナ、又はこれらの組み合わせ等で形成される等、一部の部材が異なる材料で形成されていてもよい。
また、アンテナ外装ケース４、時計外装ケース６及び駒部材７は、いずれもほぼ同じ形状、大きさに形成されている場合に限定されず、それぞれ異なる形状、大きさであってもよい。

アンテナ外装ケース４、時計外装ケース６、及び駒部材７の裏面側には、それぞれ図示しない連結部が設けられており、アンテナ外装ケース４、時計外装ケース６、及び駒部材７が相互に連結されて鎖状となるようになっている。
なお、アンテナ構造体２が収容されたアンテナ外装ケース４は、時計本体５が収容された時計外装ケース６に隣接又は近接して配置されることが好ましいが、その配置は特に限定されない。

アンテナ外装ケース４は、例えば裏面側（すなわち、ユーザが電波腕時計１を腕に装着した際に腕に接触する側）等の１つの面に開口部４１が設けられた中空構造となっており、この中空部分がアンテナ構造体２を収容する収容空間となる。
開口部４１には、図示しない蓋部材が防水リング（図示せず）を介して取り付けられている。なお、蓋部材を形成する材料は特に限定されないが、樹脂等、電波を透過させる材料で形成されていることが好ましい。

図２は、アンテナ外装ケース４の内部にアンテナ構造体２が収容されている状態を示した図である。なお、図２ではアンテナ外装ケース４から蓋部材を外した状態を図示している。
本実施形態では、アンテナ外装ケース４は、図２に示すように、アンテナ外装ケース４の内側面とアンテナ構造体２との間に１ｍｍ程度の隙間しかない程度の大きさに形成されており、アンテナ構造体２は、アンテナ外装ケース４の開口面とほぼ平行となる向きでアンテナ外装ケース４内に載置されている。
なお、アンテナ外装ケース４の内部にアンテナ構造体２を収容する際の収容方向、向き等は特に限定されず、電波腕時計１のデザイン等に応じて適宜変更可能である。例えばアンテナ外装ケース４の側面とほぼ平行となる向きでアンテナ構造体２がアンテナ外装ケース４内に収容されていてもよい。また、アンテナ構造体２はアンテナ外装ケース４の内側面に接触しないように配置されることが好ましい。

本実施形態において、アンテナ外装ケース４内に収容されているアンテナ構造体２は、図２に示すように、２つの板状部材２１（すなわち、第１の板状部材２１Ａ、第２の板状部材２１Ｂ。なお、以下単に「板状部材２１」としたときはこれら全ての板状部材２１を含むものとする。）と、これら第１の板状部材２１Ａ又は第２の板状部材２１Ｂのいずれかに形成されたコイル２２とを備えている。

第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂは、いずれも例えばアモルファス合金、Fe-Cu-Nb-Si-B系等のナノ結晶磁性合金、Fe-Si系磁性合金やフェライト、パーマロイ等の磁性材料により形成されており、図２に示すように、アンテナ構造体２の長手方向に延在する直状部２１１（すなわち、第１の板状部材２１Ａにおける第１の直状部２１１ａ、第２の板状部材２１Ｂにおける第２の直状部２１１ｂ。なお、以下単に「直状部２１１」としたときはこれら全ての直状部２１１を含むものとする。）とこの直状部２１１の両端から直状部２１１の延在方向と直交する一方側に張り出した一対の張出し部２１２（すなわち、第１の板状部材２１Ａにおける第１の張出し部２１２ａ、第２の板状部材２１Ｂにおける第２の張出し２１２ｂ。なお、以下単に「張出し２１２」としたときはこれら全ての張出し２１２を含むものとする。）とを備えている。本実施形態において、張出し部２１２における直状部２１１の中央部側端部は斜めに切り欠かれており、張出し部２１２は張出し方向の端部に行くほど幅が狭くなっている。これにより直状部２１１に導線を巻回して後述するコイル２２を形成する際に張出し部２１２が巻回動作を妨げず、容易にコイル２２を形成することができる。
なお、直状部２１１の長さ・幅・形状や張出し部２１２の形状・大きさ等はここに示したものに限定されない。
また、第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂを形成する材料は、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系磁性合金やフェライト、パーマロイに限定されず、第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂの形状に加工することが可能な磁性材料であれば他の材料も適用可能である。また、第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂを形成する手法は特に限定されず、例えば、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積層して薄い板状にしてもよいし、アモルファス合金やフェライト、パーマロイ等の磁性材料の粉体を固めることにより一体形成してもよいし、パーマロイ等を加工・成型することにより形成してもよい。

コイル２２は、第１の板状部材２１Ａにおける直状部２１１ａ及び第２の板状部材２１Ｂにおける第２の直状部２１１ｂのうち少なくともいずれか一方に導線を所定回数巻回することにより形成されている。コイル２２の巻線数は特に限定されず、アンテナ構造体２により受信する電波の周波数等に応じて適宜設定される。
コイル２２には、図示しないコンデンサ等が接続されており、アンテナ構造体２にはコイル２２及びコンデンサ等により共振回路が形成されている。
共振回路の共振周波数は、例えばコイル２２の巻線数やコンデンサの容量を調整することにより、アンテナ構造体２の用途等に応じて適宜設定される。本実施形態では、アンテナ構造体２の共振周波数は、例えば日本における標準電波の送信周波数である40kHz又は60kHzに設定されている。

図３は、コイル２２が巻かれた板状部材２１の平面図であり、図４は、図３に示す板状部材２１を矢視IV方向から見た側面図であり、図５は、図３に示す板状部材２１を矢視V方向から見た側面図であり、図６は、図３に示す板状部材２１のVI-VIに沿う断面図である。
図３から図６に示すように、張出し部２１２は、コイル２２の巻き幅よりも外側に張り出しており、第１の板状部材２１Ａと第２の板状部材２１Ｂとを積層した際に、コイル２２が他の板状部材２１の直状部２１１等と干渉しないようになっている。

本実施形態において、第２の板状部材２１Ｂは、その張出し部２１２（第２の張出し部２１２ｂ）が第１の板状部材２１Ａの張出し部２１２（第１の張出し部２１２ａ）と重なり合うように第１の板状部材２１Ａに積層され第１の板状部材２１Ａと磁気的に連結されている。
図７は、コイル２２が巻回された第１の板状部材２１Ａに第２の板状部材２１Ｂを積層した状態を示す平面図であり、図８は、図７に示す第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂを矢視VIII方向から見た側面図であり、図９は、図７に示す第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂを矢視IX方向から見た側面図であり、図１０は、図７に示す第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１ＢのX-Xに沿う断面図である。

図７から図１０に示すように、本実施形態において、第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂは、同じ形状に形成されており、第２の板状部材２１Ｂは、張出し部２１２（第２の張出し部２１２ｂ）の位置が第１の板状部材２１Ａの張出し部２１２（第１の張出し部２１２ａ）とは逆側になるように反転させた上で、第２の板状部材２１Ｂの第２の張出し部２１２ｂが第１の板状部材２１Ａの第１の張出し部２１２ａと重なり合うように第１の板状部材２１Ａに積層されている。
第１の板状部材２１Ａの第１の張出し部２１２ａと第２の板状部材２１Ｂの第２の張出し部２１２ｂとが重なり合う部分は、図示しない接着剤により接着固定されている。第１の板状部材２１Ａの第１の張出し部２１２ａと第２の板状部材２１Ｂの第２の張出し部２１２ｂとは、広い面積で重なり合っており、板状部材２１間のギャップδ（図８参照）は無視できるほどに小さいため、第１の板状部材２１Ａと第２の板状部材２１Ｂとは磁気的に連結され、第１の板状部材２１Ａ及びこれと積層方向に隣り合う第２の板状部材２１Ｂによりループ状の磁路（図７において二点鎖線で示す）が形成される。
なお、第１の板状部材２１Ａと第２の板状部材２１Ｂとを固定する接着剤は、磁性材料を含んだものでもよいし、磁性材料を含まない通常の接着剤でもよい。

なお、第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂによりループ状の磁路（図７参照）を形成し、外部から入る磁束及び共振回路によって発生した磁束が、いずれもアンテナ構造体２の外部のアンテナ外装ケース４等の金属部材に流れずにこのループ状の磁路を通るようにするためには、磁路を通る場合の磁気抵抗を外部の金属部材を通る場合の磁気抵抗よりも小さくする必要がある。そして磁路の磁気抵抗を小さくするためには、第１の板状部材２１Ａと第２の板状部材２１Ｂとの重なり合う部分の面積ｓ（図７参照）を大きくし、かつ両者のギャップδ（図８参照）を小さくすることが必要である。

この点、例えば、磁性材料で形成されている第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂの透磁率をμ、空気（真空）透磁率をμ0とし、図７及び図８に示すように、直状部２１１の長さ寸法をａ、直状部２１１の幅寸法をｂ、第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂの板厚をｔ、第１の板状部材２１Ａの張出し部２１２と第２の板状部材２１Ｂの張出し部２１２とのギャップ（隙間）をδ、第１の板状部材２１Ａと第２の板状部材２１Ｂとが重なり合っている部分の面積をｓとして、これらがそれぞれ、μ＝1000、μ0＝１、ａ＝5mm、ｂ＝0.5mm、ｔ＝0.5mm、δ＝0.005mm、ｓ＝10mm^２ であると仮定し、μ＞μ0 でありｔ＞δ とすると、図７に示すアンテナ構造体に形成されるループ状の磁路における磁気抵抗Ｒｍは、およそ下記の式で表すことができる。
Ｒｍ＝（2ａ）/（μμ0ｂｔ）＋（2δ/μ0ｓ）[A/Wb]
ここで、
（2ａ）/（μμ0ｂｔ）＝40[A/Wb] であり、
（2δ/μ0ｓ）＝10[A/Wb] であることから、
Ｒｍ＝40＋10 [A/Wb] となる。

このように、磁路のうち、磁性体（すなわち、磁性材料で形成されている第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂ）が細くなっている部分（すなわち、直状部２１１）の磁気抵抗と比べ、磁性体（すなわち、磁性材料で形成されている第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂ）が広く重なっている部分（すなわち、張出し部２１２）の磁気抵抗が低くなっている。
なお、第１の板状部材２１Ａの張出し部２１２と第２の板状部材２１Ｂの張出し部２１２とは一体ではなく、機構的には切れているが、磁気抵抗の小さい状態で繋がっていることになるため、磁束があまり磁性体（すなわち、第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂ）の外部に広がらず、損失（ロス）等を生じにくいループ状の磁路が形成されると考えられる。

ここで、図２を参照しつつ、本実施形態におけるアンテナ構造体２の磁束の流れについて説明する。
図２に示す破線は、本実施形態のアンテナ構造体２における磁束の流れを示したものである。
図２に示すように、アンテナ構造体２の外部から入った磁束は、そのほとんどが第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂの細くなっている部分（すなわち、直状部２１１）に流れ、第１の板状部材２１Ａの第１の直状部２１１ａに設けられているコイル２２に流れ込む。コイル２２に磁束が流れ込むと、起電力を生じてそのエネルギーがコンデンサに蓄積される。そしてコンデンサからエネルギーが放出されることにより、コイル２２を通って磁束が発生する。
ここで、前述のように、磁性体（すなわち、第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂ）の透磁率μは空気（真空）の透磁率をμ0よりも大きいため、外部から一旦アンテナ構造体２の中に入った磁束は、磁性体の外部に漏れにくく、共振状態のときに、ループ状の磁路（図２及び図７参照）において磁束の振動を繰り返す。すなわち、コイル２２を通って発生した磁束は、第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂにより形成された磁路に沿って流れ、このループ状の磁路を周回する。
このため、アンテナ構造体２の近傍にアンテナ外装ケース４等の金属部材がある場合でも、金属部材側に漏れる磁束（図２において二点鎖線で示す）がほとんどなく、渦電流の発生による損失（ロス）等を生じにくい。これにより、アンテナ構造体２は良好な受信感度を保つことができ、高いＱ値を示す。

時計外装ケース６は、上下が開口した中空構造となっており、この中空部分が時計本体５を収容する収容空間となる。
時計外装ケース６の表面側（すなわち、ユーザが電波腕時計１を腕に装着した際の視認側）の開口部には、ガラス等で形成された風防部材５２が装着されており、時計外装ケース６の裏面側（すなわち、ユーザが電波腕時計１を腕に装着した際に腕に接触する側）の開口部には、図示しない裏蓋部材が防水リング（図示せず）を介して取り付けられている。なお、裏蓋部材を形成する材料は特にされないが、外観上時計外装ケース６、アンテナ外装ケース４及び駒部材７と同じ例えばステンレスやチタン等の金属その他の材料で形成されていることが好ましい。

時計外装ケース６の内部に収容されている時計本体５は、時刻表示等を行う表示装置５１、電波腕時計の各種機能部を動作させる図示しない制御装置を構成する各種回路や電子部品等が実装された回路基板（図示せず）等を備えている。
表示装置５１は、例えば液晶表示パネル等で構成された表示手段である。なお、表示装置５１を構成する液晶表示パネルの構成や表示される内容等は特に限定されない。また表示装置５１は液晶表示パネルで構成されているものに限定されず、例えば有機ＥＬ（Electro-Luminescence）等で構成されていてもよい。
本実施形態では、図１に示すように、表示装置５１の表示画面に現在時刻と曜日とが表示される場合を例としているが、表示装置５１により表示される内容はこれに限定されない。
制御装置は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶手段としてのＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）等を備えるコンピュータである。制御装置は、機能的に見た場合、表示装置５１を駆動・制御するための表示制御部、後述するアンテナ構造体２により電波を受信するための電波受信部、アンテナ構造体２により受信された標準電波に基づいて現在時刻の修正等を行う時刻計時部等（いずれも図示せず）を備えている。なお、制御装置による表示制御や電波受信制御、時刻修正制御等は、一般的な電波受信機器において行われているものと同様であるため、その説明を省略する。

本実施形態において、アンテナ外装ケース４に収容されているアンテナ構造体２は、時計外装ケース６に収容されている時計本体５の回路基板と電気的に接続されており、アンテナ構造体２により受信された電波は受信信号として時計本体５の制御装置に送られ、適宜この信号に基づく時刻修正等の処理が行われるようになっている。

次に、図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）を参照しつつ、本実施形態におけるアンテナ構造体２の製造方法及び作用について説明する。
図１１（Ａ）に示すように、まず、例えばアモルファス合金、Fe-Cu-Nb-Si-B系等のナノ結晶磁性合金、Fe-Si系磁性合金やフェライト、パーマロイ等の磁性材料により、直状部２１１（第１の直状部２１１ａ及び第２の直状部２１１ｂ）とこの直状部２１１の両端から直状部２１１の延在方向と直交する一方側に張り出した張出し部２１２（第１の張出し部２１２ａ及び第２の張出し２１２ｂ）とを備える複数の板状部材（すなわち、第１の板状部材２１Ａ、第２の板状部材２１Ｂ）を形成する（板状部材形成工程）。本実施形態では、この板状部材形成工程において形成される複数の板状部材（すなわち、第１の板状部材２１Ａ、第２の板状部材２１Ｂ）は、いずれも同じ形状となっている。

次に、図１１（Ｂ）に示すように、板状部材形成工程において形成された板状部材（すなわち、第１の板状部材２１Ａ、第２の板状部材２１Ｂ）のうちの少なくとも１つの板状部材（例えば、第１の板状部材２１Ａ）の直状部２１１（第１の直状部２１１ａ）に導線を巻回してコイル２２を形成する（コイル形成工程）。

さらに、図１１（Ｃ）に示すように、板状部材（すなわち、第１の板状部材２１Ａ、第２の板状部材２１Ｂ）を張出し部２１２同士が互いに重なり合うように互い違いに積層して磁気的に連結させ、ループ状の磁路を形成する（板状部材積層工程）。すなわち、コイル２２が形成された第１の板状部材２１Ａと、この第１の板状部材２１Ａとは張出し部２１２の張出し方向が逆になるように反転させた第２の板状部材２１Ｂとを重ね合わせ、重なり合っている部分を接着固定する。これにより、アンテナ構造体２が完成する。

完成したアンテナ構造体２をアンテナ外装ケース４に収容し、このアンテナ外装ケース４と時計本体５が収容された時計外装ケース６とを連結させて、アンテナ構造体２と時計本体５内の回路基板等を電気的に接続する。
さらに、このアンテナ外装ケース４及び時計外装ケース６に駒部材７を連結させることにより、本実施形態における電波受信機器であるブレスレッド型の電波腕時計１が完成する。

標準電波に基づく時刻修正を行う際には、アンテナ構造体２により標準電波が受信される。このとき、図２に示すように、アンテナ構造体２の外部から入った磁束は、そのほとんどが第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂの細くなっている部分（すなわち、直状部２１１）に流れ、第１の板状部材２１Ａの第１の直状部２１１ａに設けられているコイル２２に流れ込む。コイル２２に磁束が流れ込むと、起電力を生じてそのエネルギーがコンデンサに蓄積される。そしてコンデンサからエネルギーが放出され、コイル２２を通って磁束が発生する。外部から一旦アンテナ構造体２の中に入った磁束は、磁性体（すなわち、第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂ）の外部に漏れにくく、共振状態のときに、ループ状の磁路において磁束の振動を繰り返す。このため、アンテナ構造体２の近傍にアンテナ外装ケース４等の金属部材がある場合でも、金属部材側に漏れる磁束がほとんどなく、渦電流の発生による損失（ロス）の発生を防いで、アンテナ構造体２の受信感度は良好に維持される。
アンテナ構造体２により受信された標準電波に基づく受信信号は制御装置に送られ、制御装置において信号の増幅・解析等が行われて、時刻情報が読み出される。制御装置は、この時刻情報に基づいて現在時刻を修正し、修正された時刻を表示装置５１の表示画面に表示させる。

以上のように、本実施形態によれば、直状部２１１とこの直状部２１１の両端から直状部２１１の延在方向と直交する一方側に張り出した張出し部２１２とを備える第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂのうち、第１の板状部材２１Ａの第１の直状部２１１ａに導線を巻回してコイル２２を形成し、第２の板状部材２１Ｂを、その第２の張出し２１２ｂが第１の板状部材２１Ａの第１の張出し部２１２ａと重なり合うように第１の板状部材２１Ａに積層して、第１の板状部材２１Ａと第２の板状部材２１Ｂとを磁気的に連結させることにより、第１の板状部材２１Ａ及びこれと積層方向に隣り合う第２の板状部材２１Ｂによりループ状の磁路を形成している。
これにより、外部から第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂに入ってくる磁束、共振回路によって発生した磁束のいずれもが、第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂにより形成されているループ状の磁路を通り、第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂの外に漏れにくい構成となっている。このため、アンテナ構造体２の近傍に金属部材が配置されても金属部材の方に磁束が流れて損失となるのを防ぐことができ、良好な受信感度を実現することができる。これにより、小型のアンテナ構造体２によって十分な受信感度を得ることができる。また、アンテナ外装ケース４等の金属部材をアンテナ構造体２の極近傍まで近接させることができるため、アンテナ構造体２を備える電波腕時計１等の電波受信機器を小型することが可能となる。
また、板状部材２１の直状部２１１にコイル２２を形成してから、第１の板状部材２１Ａと第２の板状部材２１Ｂとを重ね合わせて磁気的に連結させるため、コイル２２を機械により自動的に巻回することができ、アンテナ構造体２を簡易かつ効率的に生産することができる。
また、第１の板状部材２１Ａ及び第２の板状部材２１Ｂは、同じ形状に形成されているため、板状部材２１を同一の型等を用いて容易に大量生産することができ、簡易かつ効率的に低コストでアンテナ構造体２を生産することが可能となる。
また、本実施形態では、アンテナ外装ケース４、時計外装ケース６及び駒部材７を全て同じ大きさ・形状としているため、意匠に優れたブレスレッド型の腕時計を実現することができる。

［第２の実施の形態］
次に、図１２から図１６を参照しつつ、本発明に係るアンテナ構造体、電波受信機器及びアンテナ構造体の製造方法の第２の実施形態について説明する。なお、本実施形態は、アンテナ構造体の構成のみが第１の実施形態と異なるものであるため、以下においては、特に第１の実施形態と異なる点について説明する。

図１２は、本実施形態に係るアンテナ構造体８をアンテナ外装ケース４内に収容した状態を示す平面図である。また、図１３は、アンテナ構造体８の平面図であり、図１４は、図１３に示すアンテナ構造体８を矢視XIV方向から見た側面図であり、図１５は、図１３に示すアンテナ構造体８を矢視XV方向から見た側面図であり、図１６は、図１３に示すアンテナ構造体８のXVI-XVIに沿う断面図である。
図１２に示すように、本実施形態に係る電波受信機器は、第１の実施形態と同様、アンテナ構造体８とこれを収容する金属材料で形成されたアンテナ外装ケース４とを備える電波腕時計であり、アンテナ構造体８により受信される標準電波に基づいて現在時刻を修正し、表示装置に表示させるものである。

図１２から図１６に示すように、本実施形態において、アンテナ構造体８は、ほぼ同一形状に形成された板状部材（すなわち、第１の板状部材８１Ａ及び第２の板状部材８１Ｂ）を備えている。
第１の板状部材８１Ａ及び第２の板状部材８１Ｂは、いずれも例えばアモルファス合金、Fe-Cu-Nb-Si-B系等のナノ結晶磁性合金、Fe-Si系磁性合金やフェライト、パーマロイ等の磁性材料により形成されており、アンテナ構造体８の長手方向に延在する直状部８１１（すなわち、第１の直状部８１１ａ及び第２の直状部８１１ｂ）とこの直状部８１１の両端から直状部８１１の延在方向と直交する一方側に張り出した一対の張出し部８１２（すなわち、第１の張出し部８１２ａ及び第２の張出し部８１２ｂ）とを備えている。

本実施形態において、第１の板状部材８１Ａにおける第１の直状部８１１ａ及び第２の板状部材８１Ｂにおける第２の直状部８１１ｂには、それぞれ導線を巻回することによりコイル８２が形成されている。２つのコイル８２は、巻線数又はコンデンサの容量を異ならせることにより、共振周波数の異なるものとなっている。共振周波数をそれぞれいくつに設定するかは特に限定されないが、例えば、第１の板状部材８１Ａの第１の直状部８１１ａに形成されるコイル８２の共振周波数を40kHz、第２の板状部材８１Ｂの第２の直状部８１１ｂに形成されるコイル８２の共振周波数を60kHzに設定することにより、１つのアンテナ構造体８により、日本における２種類の標準電波の送信周波数に対応させることができる。

なお、その他の構成は、第１の実施形態と同様であることから、同一部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

次に、本実施形態におけるアンテナ構造体８の製造方法及び作用について説明する。
まず、第１の実施形態と同様に、磁性材料により、直状部８１１とこの直状部８１１の両端から直状部８１１の延在方向と直交する一方側に張り出した張出し部８１２とを備える複数の板状部材（すなわち、第１の板状部材８１Ａ、第２の板状部材８１Ｂ）を形成する（板状部材形成工程）。本実施形態では、この板状部材形成工程において形成される複数の板状部材（すなわち、第１の板状部材８１Ａ、第２の板状部材８１Ｂ）は、いずれも同じ形状となっている。
次に、板状部材形成工程において形成された板状部材８１（すなわち、第１の板状部材８１Ａ、第２の板状部材８１Ｂ）の直状部８１１（すなわち、第１の直状部８１１ａ及び第２の直状部８１１ｂ）にそれぞれ導線を巻回してコイル８２を形成する（コイル形成工程）。このとき、各コイル８２が、40kHzと60kHz等、異なる送信周波数の電波を受信できるように、コイル８２の巻線数又はコイル８２に接続されるコンデンサの容量を変える等によりそれぞれの共振周波数を調整する。
さらに、板状部材８１（すなわち、第１の板状部材８１Ａ、第２の板状部材８１Ｂ）を張出し部８１２（第１の張出し部８１２ａ及び第２の張出し部８１２ｂ）同士が互いに重なり合うように互い違いに積層して磁気的に連結させ、ループ状の磁路を形成する（板状部材積層工程）。すなわち、第１の板状部材８１Ａとこの第１の板状部材８１Ａとは張出し部８１２の張出し方向が逆になるように反転させた第２の板状部材８１Ｂとを重ね合わせ、重なり合っている部分を接着固定する。これにより、２つのコイル８２を備えたアンテナ構造体８が完成する。

完成したアンテナ構造体８をアンテナ外装ケース４に収容し、このアンテナ外装ケース４と時計本体が収容された時計外装ケースとを連結させて、アンテナ構造体８と時計本体内の回路基板等を電気的に接続する。
さらに、このアンテナ外装ケース４及び時計外装ケースに駒部材を連結させることにより、本実施形態における電波受信機器であるブレスレッド型の電波腕時計が完成する。

標準電波に基づく時刻修正を行う際には、アンテナ構造体８の各コイル８２により周波数の異なる２つの標準電波（例えば40kHzと60kHzの標準電波）が受信される。このとき、図１２に示すように、アンテナ構造体８の外部から入った磁束は、そのほとんどが第１の板状部材８１Ａ及び第２の板状部材８１Ｂの細くなっている部分（すなわち、第１の直状部８１１ａ及び第２の直状部８１１ｂ）に流れ、第１の板状部材８１Ａの第１の直状部８１１ａに設けられているコイル８２及び第２の板状部材８１Ｂの第２の直状部８１１ｂに設けられているコイル８２に流れ込む。コイル８２に磁束が流れ込むと、起電力を生じてそのエネルギーがコンデンサに蓄積される。そしてコンデンサからエネルギーが放出され、コイル８２を通って磁束が発生する。外部から一旦アンテナ構造体８の中に入った磁束は、磁性体（すなわち、第１の板状部材８１Ａ及び第２の板状部材８１Ｂ）の外部に漏れにくく、共振状態のときに、ループ状の磁路において磁束の振動を繰り返す。このため、アンテナ構造体８の近傍にアンテナ外装ケース４等の金属部材がある場合でも、金属部材側に漏れる磁束がほとんどなく、渦電流の発生による損失（ロス）の発生を防いで、アンテナ構造体８の受信感度は良好に維持される。
アンテナ構造体８により受信された標準電波に基づく受信信号は制御装置に送られ、制御装置において信号の増幅・解析等が行われて、時刻情報が読み出される。制御装置は、この時刻情報に基づいて現在時刻を修正し、修正された時刻を表示装置の表示画面に表示させる。

以上のように、本実施形態によれば、第１の実施形態と同様の効果を得られる他、以下の効果を得ることができる。
すなわち、本実施形態では、コイル８２が、第１の板状部材８１Ａの第１の直状部８１１ａ及び第２の板状部材８１Ｂの第２の直状部８１１ｂにそれぞれ形成されており、各コイル８２が異なる共振周波数となるように設定されているため、周波数の異なる２つの電波（例えば40kHzと60kHz）を受信することが可能となっている。
このため、１つのアンテナ構造体８によって複数の電波に対応することができ、多機能の電波腕時計を小型・軽量で実現することができる。

なお、以上本発明の実施形態について説明したが、本発明は、かかる実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲で、種々変形が可能であることは言うまでもない。

例えば、第２の実施形態では、２つのコイル８２がそれぞれ異なる周波数の電波を受信できるように、共振周波数を異にするように調整する場合を例としたが、２つのコイル８２の共振周波数は同じであってもよい。この場合、コイル８２の巻線の向き等を調整することにより、コイル８２の巻線数を多くしたのと同様の効果を期待でき、アンテナ構造体８の受信感度を向上させることができる。

また、第２の実施形態では、アンテナ構造体８が板状部材８１を２つ（すなわち、第１の板状部材８１Ａ及び第２の板状部材８１Ｂ）備える場合を例としたが、板状部材８１の数は２つに限定されない。
例えば、図１７から図１９に示すように、板状部材８１を互い違いに３つ積層してアンテナ構造体９を構成してもよい。
本実施形態のように、２つの板状部材８１（第１の板状部材８１Ａ及び第２の板状部材８１Ｂ）の直状部８１１（すなわち、第１の直状部８１１ａ及び第２の直状部８１１ｂ）にコイル８２を形成した場合には、アンテナ構造体８をアンテナ外装ケース４内に収容した際、コイル８２の厚み分だけ載置面が平坦とならないため、アンテナ構造体８がアンテナ外装ケース４内でがたつくおそれがある。
この点、図１７から図１９に示すように、第２の板状部材８１Ｂの下にコイル８２が形成されていない板状部材８１（図１７から図１９において第１の板状部材８１Ａ）をさらにもう１つ積層することにより、アンテナ構造体９をアンテナ外装ケース４内に収容した際に載置面が平坦となり、アンテナ構造体９をアンテナ外装ケース４内で安定させることができる。また、このように板状部材８１を重ねることにより、板状部材８１同士の密着性を高めることも期待でき、板状部材８１の接着部分である張出し部８１２におけるギャップを小さくして、より磁気抵抗の少ないループ状の磁路を形成することができる。

また、第２の実施形態では、アンテナ構造体８が板状部材８１を２つ（すなわち、第１の板状部材８１Ａ及び第２の板状部材８１Ｂ）備え、それぞれの直状部８１１（すなわち、第１の直状部８１１ａ及び第２の直状部８１１ｂ）にコイル８２が形成されている場合を例としたが、板状部材８１を３つ以上備える場合には、コイル８２もこれら全ての板状部材８１の直状部８１１に形成されていてもよい。この場合、これら全てのコイル８２がそれぞれ異なる周波数の電波に対応するようにしてもよいし、これらのコイルのうち一部又は全部が同じ周波数の電波を受信するように構成してもよい。

また、例えば、上記各実施形態では、アンテナ外装ケース４とアンテナ構造体との間に僅かな隙間しかない小さい寸法のアンテナ外装ケース４の内部にアンテナ構造体を収容する場合を例としたが、アンテナ外装ケース４の大きさや形状等は、ここに例示したものに限定されない。例えばアンテナ外装ケース４の内側面とアンテナ構造体との間に大きく空間が確保できる程度にアンテナ外装ケース４が大きく構成されていてもよい。この場合には、アンテナ構造体においてコイルが設けられている側により広い空間が確保されるような向きで、アンテナ構造体をアンテナ外装ケース４内に配置することが好ましい。

また、各実施形態では、アンテナ外装ケース４、時計外装ケース６、及び駒部材７が四角形状に形成されている場合を例としたが、アンテナ外装ケース４、時計外装ケース６、及び駒部材７の形状はこれに限定されず、例えば円形状や多角形状等でもよい。

また、各実施形態では、アンテナ外装ケース４、時計外装ケース６、及び駒部材７が全てほぼ同じ形状、同じ大きさである場合を例としたが、アンテナ外装ケース４、時計外装ケース６、及び駒部材７の形状や大きさはそれぞれ異なっていてもよい。例えば時計外装ケース６のみがアンテナ外装ケース４や駒部材７よりも大きく形成されていてもよい。

また、各実施形態では、第１の板状部材及び第２の板状部材が同じ形状に形成されている場合を示したが、第１の板状部材及び第２の板状部材は同じ形状である場合に限定されない。第１の板状部材及び第２の板状部材の形状は、アンテナ構造体が収容されるアンテナ外装ケース４の形状に合わせて適宜変更することが可能である。

また、各実施形態では、アンテナ構造体を収容するアンテナ外装ケース４と時計本体５を収容する時計外装ケース６とを別個に設けて、アンテナ構造体と時計本体５とをそれぞれ異なる外装ケース内に収容する場合について説明したが、アンテナ構造体と時計本体５とを１つの外装ケース内に収容する構成としてもよい。こ場合には、例えばアンテナ構造体を時計本体５の回路基板上等に配置することにより、アンテナ構造体と回路基板との電気的接続を簡易に行うことができる。

また、各実施形態では、各板状部材間のギャップは無視できるほどに小さいため、各板状部材間のギャップを調整する手段を特に示さなかったが、例えばインダクタンスを自動的に調整する調整回路等を設けてもよい。この場合には、各板状部材間のギャップのばらつきによるインダクタンスの違いをより高精度に調整することができる。

また、各実施形態では、アンテナ構造体を適用する電波受信機器がブレスレッド型に構成された電波時計である場合を例としたが、電波時計の形状はブレスレッド型に限定されず、例えばペンダント型に構成された電波時計でもよい。
また、各実施形態では、アンテナ構造体を適用する電波受信機器が電波腕時計である場合を例として示したが、アンテナ構造体を適用可能な電波受信機器はこれに限られるものではなく、アンテナ構造体により電波を受信する構成のものであれば如何なるものであってもよい。例えば、固定式の電波時計や、小型ラジオ、携帯端末等にアンテナ構造体を適用してもよい。

以上本発明のいくつかの実施形態を説明したが、本発明の範囲は、上述の実施の形態に限定するものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲とその均等の範囲を含む。
以下に、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲に記載した発明を付記する。付記に記載した請求項の項番は、この出願の願書に最初に添付した特許請求の範囲の通りである。
〔付記〕
＜請求項１＞
磁性材料により形成され、第１の直状部とこの第１の直状部の両端から前記第１の直状部の延在方向と直交する一方側に張り出した第１の張出し部とを備える第１の板状部材と、
磁性材料により形成され、第２の直状部とこの第２の直状部の両端から前記第２の直状部の延在方向と直交する一方側に張り出した第２の張出し部とを備え、この第２の張出し部が前記第１の板状部材の前記第１の張出し部と重なり合うように前記第１の板状部材に積層され前記第１の板状部材と磁気的に連結される第２の板状部材と、
前記第１の直状部及び前記第２の直状部のうちの少なくとも一方に導線を巻回して形成されたコイルとを備え、
前記第１の板状部材及びこれと積層方向に隣り合う前記第２の板状部材によりループ状の磁路が形成されていることを特徴とするアンテナ構造体。
＜請求項２＞
前記コイルは、前記第１の直状部及び前記第２の直状部にそれぞれ形成されており、
周波数の異なる２以上の電波を受信可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ構造体。
＜請求項３＞
前記第１の板状部材及び前記第２の板状部材は、同じ形状に形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ構造体。
＜請求項４＞
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ構造体と、
金属材料により形成され、前記アンテナ構造体を収容する外装ケースと、
を備えていることを特徴とする電波受信機器。
＜請求項５＞
直状部とこの直状部の両端から前記直状部の延在方向と直交する一方側に張り出した張出し部とを備える板状部材を磁性材料により複数形成する板状部材形成工程と、
この板状部材形成工程において形成された前記複数の板状部材のうちの少なくとも１つの板状部材の前記直状部に導線を巻回してコイルを形成するコイル形成工程と、
前記板状部材を前記張出し部同士が互いに重なり合うように互い違いに積層して磁気的に連結させ、ループ状の磁路を形成する板状部材積層工程と、
を含んでいることを特徴とするアンテナ構造体の製造方法。
＜請求項６＞
前記コイル形成工程において、前記コイルは互い違いに積層された少なくとも２つの前記板状部材の前記直状部にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ構造体の製造方法。
＜請求項７＞
前記板状部材形成工程において、前記板状部材はいずれも同じ形状に形成されることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のアンテナ構造体の製造方法。

１ 電波腕時計（電波受信機器）
２ アンテナ構造体
４ アンテナ外装ケース
５ 時計本体
６ 時計外装ケース
７ 駒部材
８ アンテナ構造体
９ アンテナ構造体
２１Ａ 第１の板状部材
２１Ｂ 第２の板状部材
２２ コイル
２１１ａ 第１の直状部
２１１ｂ 第２の直状部
２１２ａ 第１の張出し部
２１２ｂ 第２の張出し部

Claims (7)

1. 磁性材料により形成され、第１の直状部とこの第１の直状部の両端から前記第１の直状部の延在方向と直交する一方側に張り出した第１の張出し部とを備える第１の板状部材と、 磁性材料により形成され、第２の直状部とこの第２の直状部の両端から前記第２の直状部の延在方向と直交する一方側に張り出した第２の張出し部とを備え、この第２の張出し部が前記第１の板状部材の前記第１の張出し部と平面視で上下方向に重なり合うように前記第１の板状部材に積層され前記第１の板状部材と磁気的に連結される第２の板状部材と、
   前記第１の直状部及び前記第２の直状部のうちの少なくとも一方に導線を巻回して形成されたコイルとを備え、
   前記第１の板状部材及びこれと積層方向に隣り合う前記第２の板状部材によりループ状の磁路が形成されていることを特徴とするアンテナ構造体。
2. 前記コイルは、前記第１の直状部及び前記第２の直状部にそれぞれ形成されており、
   周波数の異なる２以上の電波を受信可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ構造体。
3. 前記第１の板状部材及び前記第２の板状部材は、同じ形状に形成され、前記第１の張出し部及び前記第２の張出し部における前記第１の直状部及び前記第２の直状部の中央部側端部は斜めに切り欠かれており、前記第１の張出し部及び前記第２の張出し部は張出し方向の端部に行くほど幅が狭くなっていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアンテナ構造体。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のアンテナ構造体と、
   金属材料により形成され、前記アンテナ構造体を収容する外装ケースと、
   を備えていることを特徴とする電波受信機器。
5. 直状部とこの直状部の両端から前記直状部の延在方向と直交する一方側に張り出した張出し部とを備える板状部材を磁性材料により複数形成する板状部材形成工程と、
   この板状部材形成工程において形成された前記複数の板状部材のうちの少なくとも１つの板状部材の前記直状部に導線を巻回してコイルを形成するコイル形成工程と、
   前記板状部材を前記張出し部同士が平面視で上下方向に互いに重なり合うように互い違いに積層して磁気的に連結させ、ループ状の磁路を形成する板状部材積層工程と、
   を含んでいることを特徴とするアンテナ構造体の製造方法。
6. 前記コイル形成工程において、前記コイルは互い違いに積層された少なくとも２つの前記板状部材の前記直状部にそれぞれ形成されることを特徴とする請求項５に記載のアンテナ構造体の製造方法。
7. 前記板状部材形成工程において、前記板状部材はいずれも同じ形状に形成され、前記張出し部における前記直状部の中央部側端部は斜めに切り欠かれており、前記張出し部は張出し方向の端部に行くほど幅が狭くなっていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のアンテナ構造体の製造方法。

Images