JP5912763B2 - 通信機能付きの時計 - Google Patents
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Description
特許文献1の通信機能付きの時計は、平面アンテナの中央近傍に給電点を設けるとともに、中央部を接地することにより、アンテナの受信性能の向上を図っている。
このようなアンテナの場合、無線通信回路から給電点までの距離が長ければ配線による給電のロスが大きくなるため、無線通信回路は、この距離が短かくなる位置に配置される。
この構造の場合、指針軸の長さが長くなり、軸部品が変形しやすくなったり、軸が傾くことで、針振れや針同士の擦れが起こりやすくなる問題がある。すなわち、通信機能付きの時計として、構成部品の配置の制限が多く、輪列や回路基板などの構成部品を適切に配置にすることができなかった。
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたもので、通信性能が向上でき、構成部品の適切な配置が可能な、通信機能付きの時計を提供することを目的とする。
れて該環状の円板部材を押える押さえ部材とを有し、前記回路基板を、前記可動部品を挟んで前記平面アンテナとは反対側に配置し、前記バネ部材を、前記押さえ部材に形成したことを特徴とする。
図1は、本発明の実施の形態における、通信機能付きの時計の要部の平面図と断面図を模式的に示した図、及び、機構部を示す図、図2は、本発明の実施の形態における通信機能付き時計の構成を示す斜視図、図3は、本発明の実施の形態における、通信機能付きの時計の平面アンテナの給電点と接地点の位置を示した時計の平面図、図4は、本発明の実施の形態における、平面アンテナの構成を示す図、図5は、本発明の実施の形態における、平面アンテナの接地点の接続構造を示す図、図6は、本発明の実施の形態における、平面アンテナの接地点の作用を説明する図である。
平面アンテナ13において主に電波を受信又は放射する面は、回路基板15と対向しない面である。その面は、ガラス20と対向する面であり、ケース11の開口部11aの外側である矢印21aの方向を向いている。また、アンテナ13の主な電波の送受信は矢印21aの向き、アンテナ13の電波の受信は矢印21bの向きである。
回路基板15には、通信用LSI又は通信用LSIに周辺部品も搭載して機能を統合した通信用モジュールである通信回路10や図示しない時計用のICが実装されている。前記通信回路10の図示しないRF端子が、アンテナ接続部材16を介して、平面アンテナ13の給電点17に接続されている。接地点18は平面アンテナ上に設けられ、回路基板15上の図示しないGNDパターンに電気的に接続されている。接地点18のGNDパターンへの接続の方法は、後述するように、専用の電気的接続部材を用いている。なお、図1
に限らず、他の図面の回路基板もGNDパターンは図示を省略する。
腕時計の針は腕時計の中央部分を軸にしているものが多いため、どうしても輪列部品が中央付近に多く配置されてしまうことが多い。通信回路10から文字板側にある平面アンテナに対して信号をやりとりするためには、アンテナ接続部材16を使用して、通信回路10とアンテナを接続することになる。
、2.4GHzの無線信号の場合、回路基板上では1.65cmが波長の4分の1に相当し、言い換えると、2.4GHz程度の周波数の場合には1.65cmを超えるような引き回しはしない方がよい。
また、仮に、給電点17を中央付近に配置し、機構部14を構成する導電性の部材を介して給電点17を通信回路10に電気的に接続した場合には、通信回路10から給電点17までの信号経路に種々の部材が入り、その形状に突起や切り欠き等があると、この信号経路内の特性インピーダンスに変化が現れる。特性インピーダンスは通信回路10と給電点17の間で所定値になるようにインピーダンス整合素子で整合を取っている。
この特性インピーダンスがずれてしまうと、通信回路10から出力された電力のうちの一部が反射されることにより、給電点17に全て伝達されず、結果として反射した分を損失してしまう。一方、機構部14を構成する導電性の部材を介して接地する場合には、回路基板15の GNDパターンから接地点18までの経路は、この特性インピーダンスにさほど 影響を与えない程度に、経路が太く強い結合にすることができるため、損失が小さく、平面アンテナ13による電波の送信や受信に対する悪影響は少ない。
図3において通常3時位置の方向にあるりゅうず81は機構部品を介して内部とつながっているために、りゅうず81と中央にある指針軸82を結ぶ直線周辺にはいろいろな部品が配置されている。このため、無線通信回路10などの比較的大きな電子部品をその周辺に搭載させると、製品全体の大きさに影響が出てしまう場合が多く、無線通信回路10は、りゅうず81に対して中央の指針軸82を挟んで反対側に配置することで、製品の小型化を実現することが可能となる。
図3に示すように、指針式の時計では、中央部に指針軸があり、接地点18を指針軸から離間させる必要があるため、接地点18をほぼ中央付近に配置している。
前述の通り、給電点17は、通信回路10に短い距離で接続する必要があるが、接地点18を接続する回路基板15のGNDパターンは、引き回しの距離が、給電点ほど受信性能
に影響しないため図1や図3のような中央付近でも容易に接続することができる。図5は接地点への接続方法の例を示す図である。52は導電性部材からなるネジチューブであり、一端が回路基板15のGNDパターンに接触し、他端が地板51の孔に挿入され、それぞれの端部が、ネジ54で回路基板15と地板51にネジ止め固定されている。
回路基板15は、ねじ54の接触部分あるいは、ネジチューブ52との接触部分あるいは
その両方にGNDパターンを配置し、その場所を介してネジチューブ52がGNDに接続されている。さらに、地板51側の端部側では、バネ56もネジ54によって地板51に一体に固定されている。バネ56の端部は、平面アンテナ13の裏面に接していて、この接触部分が、接地点18である。回路基板15のGNDは、ネジチューブ52とバネ56を介して平面アンテナ55の接地点18に接続される。
図1や図3に示した文字板13からなる平面アンテナは、図6に示す、いわゆる逆Fアンテナを構成している。図1と図3に示した給電点17、接地点18が、図6に示す給電点17、接地点18に対応し、平面アンテナ13との位置関係は、給電点−接地点−アンテナ先端という逆F型のアンテナの構成と同等となっている。
給電点17は、外装部材に近いため、腕時計の上面から見た場合に、電流密度が高い部分の一部が外装部材を構成するベゼル12に隠されていて、さらに、外装部材を構成するケース11に近い位置にある。この部分では放出される電磁波がベゼル12やケース11に吸収されているために、効果的に電磁波を放出できていない。受信の場合には外界の電磁波がこれらの部分で遮断されることから、平面アンテナ13で受信される電力が減り、アンテナゲインが小さくなってしまう。
また、効果的なアンテナ構成とするために電流密度の高い部分を少しでも給電点から中央付近に移動させた方が良く、少なくとも、接地点は給電点よりも外装部材から離れたところに配置する必要がある。
いる。
本例ではプッシュスイッチ86は、2時、4時、8時の位置にあり、その周囲にはスイッチ機能のための構造部材が配置されているため、そこに給電点17を配置することは困難であり、通信回路10を配置すると腕時計の厚みが増してしまう。このため、2時と8時位置の2つのスイッチの間で、構造部材の少ない10時から11時位置の近傍に通信回路10と給電点17を配置している。接地点18は、給電点17から見て、中央側に配置されている。
図8(b)は、非導電性文字板本体32の下面に導電材料33をメッキして、この導電材料33をアンテナとした例である。
図8(c)では非導電性文字板32の下面に導電部材34を貼り付け、この導電材料33をアンテナにしている。
図8(b)、図8(c)の場合には、文字板本体32を高誘電率の材料としてアンテナにおける波長短縮効果により、アンテナの小型化並びに同じ大きさでのままでもゲイン向上することも可能である。
図9(a)は文字板の上面から見た図で、(b)〜(d)はそれぞれの断面図である。
図9(b)の例では、光透過性の文字板41の下に、導電性発電パネル基材43上に発電電極42を形成することで構成された光発電パネルを配置し、その導電性発電パネル基材43を平面アンテナとして使用している。図9(c)の例では、フィルムなどの非導電性発電パネル基材44上に発電電極42を形成することで構成された発電パネルにおいて、発電電極42をAC的に給電点に接続してアンテナとして使用している。発電電極42はDC的にはそれぞれGNDまたは発電電位に接続されているが、一般的にコイルバネなどで接続されていることからAC的には電源電位から分離されている場合が多い。この場合には容量を介してAC的に接続することでこの例のようにアンテナとして使用することは可能である。
例えば図1において、回路基板15のアンテナ接続バネ16の接続部分と通信ICのRF端子の間にDC成分を遮断するためのコンデンサを回路基板上に配置し、コンデンサの一端を通信ICのRF端子側に、他端をソーラセルと回路基板を接続するコイルバネの回路基板上の接続端子に接続することで実現可能である。このとき使用するコンデンサの容量は、使用する周波数が通過できる性能を持たなければならない。(2.4GHzの場合、数pF〜100pF程度)
図9(d)では非導電性発電パネル基材44上に発電電極42を形成することで構成された発電パネルの下部に平面アンテナ45を別部材として配置している。この方法をとることで、アンテナの形状を比較的自由に選択することが可能になる。
発電性能や、外観などその部材の本来の目的の制約から自由な形状を取ることができない。
本実施例のように、別部材で構成し更に外観上も見えない位置に配置することで、アンテナ形状は制約を受けずにアンテナ性能に特化した自由な形状を選択することが可能となる。
平面アンテナは、上記の例に限らず、例えば、文字板の下に、文字板とは別体のアンテナ専用の部品を配置しても良い。
図10では、時計が日車67で日付を表示可能に構成されている。そして、日車押さえ57により、日車67を押えている。日車67は環状の円板であり、日車押さえ57は、その中心部分に配置されている。
そして、導電性のねじチューブ52の一端を回路基板53にねじ54で固定し、他端をねじ54で固定するとともに、ねじ54とネジチューブ52の他端の間、及び、ねじ54と地板51の間でステンレス等の金属製の日車押さえ57を挟み、日車押さえ57もねじ54で固定している。
なお、日車67は、外周部分が給電点17よりも時計の中心側に位置し、給電点17とは平面的に重ならないように配置されている。
この変形例では、日付を表示する日車の例で説明したが、表示する情報は日付に限らず、同じ構造で異なる情報を表示する表示部材にも適用が可能である。
この変形例では、ソーラーセル68を固定するソーラーセル受け板55を平面アンテアと
して用いている。そして、ソーラセル受け板55に接地用バネ部55aを設けて、筒車押さえ60に接触させることでその箇所を接地点18としている。
図12(b)に、ソーラセル受け板55の平面図を示す。ソーラセル受け板は55は、接地用バネ部55aを備え、これを曲げることで、ソーラセル受け板55の下方向にある筒車押さえ部60と接触して電気的に接続ができるようになっている。このような方法で、簡単に平面アンテナ55の中央付近を接地することができる。
図13〜図15では、平面アンテナ75に突起部78を設け、その突起部78を介して接地する方法を示している。図13では、平面アンテナ75に設けられた突起部78を地板71に開けた貫通穴を通して回路基板73に接触させ、ねじ74を用いて回路基板73のGNDパターンに接続固定している。スペーサー77は、地板71に対して回路基板73を所定の間隔で保持している部品である。この場合は、突起部78の部分が接地点である。
図16に平面アンテナの形状例を示す。また、形状には円形、矩形、多角形、複数の枝部を有し前記枝部が放射状に伸びる形が考えられるが、本発明の適用は特定の形状に対するものではない。さらに円形や矩形、多角形であっても、内部にスリットなどの開口部を設けて指向性や利得を改善したりするなどの方法をとることも可能である。
本実施例ではムーブメント形状を円形の場合を想定しており、外周部の点線2aはムーブメントの外周を示しているが、ムーブメント形状が円形にかぎったものではない。図16(a)は、平面アンテナ13aが、ムーブメントの外周と同じ円形で、内側に収まる大きさにしている。本実施例は、ムーブメント外周2aが円形であるため、それに合わせて平面アンテナの形状も円形とした例である。
図16(d)は、平面アンテナ13dが、複数の枝部13d1を持ち、枝部13d1が放射状に延びる形である。枝部13d1の数や長さについて特に限定するものではなく、必要とされる指向性パターン、ゲインなどのアンテナ性能によって選択されるべきである。
図16(e)は、平面アンテナ13eの内側部分にスリット13s1を設けた例である。スリット13s1を設け、スリットの一方の辺に給電点17を、他方の辺に接地点18を配置することで、スリットであるアンテナ開口部に電界が生じて、その部分から電磁波を放射し、アンテナとして働くことが知られている。スリット13s1の端に近いの部分に給電点を設け、他辺の中央付近に接地点を設けることでスリット部分をアンテナとして機能させる効果が期待できる。
尚、平面アンテナ13a〜13dでは、中央付近に指針軸のための貫通孔が形成されるが、図示を省略する。
11 ケース
12 ベゼル
13、55、75 平面アンテナ
15 回路基板
16 アンテナ接続部材
17 給電点
18 接地点
19 裏蓋
24 輪列
25 機構部品
51 地板
52 ネジチューブ
55a 接地用バネ部
56 バネ
57 日車押さえ
67 日車
58、64 アンテナ接地部
59 筒車
60 筒車押さえ
Claims (3)
- 時刻又は日付に関する情報を表示する表示部材と、
該表示部材を駆動するモータと、
該モータの動力を前記表示部材に伝達する輪列と、
給電点と接地点とを有する平面アンテナと、
該平面アンテナの前記給電点に接続される通信回路と、
少なくとも一方に開口部を設けて筒状に形成された金属製の外装部材と、を有し、
前記平面アンテナを、電波の受信面又は電波の放射面が前記外装部材の前記開口部の外側に向くように配置し、
前記輪列を含む可動部品と前記モータと前記通信回路とを前記外装部材と前記平面アンテナに囲まれた空間に収納し、
前記接地点と前記外装部材との最短距離が、前記給電点と前記外装部材との最短距離よりも長くなるとともに、前記開口部の平面視で、前記給電点が前記モータと前記可動部品とに重ならないように、前記給電点と前記接地点とを配置し、
前記表示部材は、環状の円板部材を含み、
前記通信機能付きの時計は、さらに、前記通信回路を実装する回路基板と、前記接地点に接続されるバネ部材と、該バネ部材と前記回路基板とを接続する接続部材と、前記環状の円板部材の中心部に配置されて該環状の円板部材を押える押さえ部材とを有し、
前記回路基板を、前記可動部品を挟んで前記平面アンテナとは反対側に配置し、
前記バネ部材を、前記押さえ部材に形成したことを特徴とする通信機能付きの時計。
- 時刻又は日付に関する情報を表示する表示部材と、
該表示部材を駆動するモータと、
該モータの動力を前記表示部材に伝達する輪列と、
給電点と接地点とを有する平面アンテナと、
該平面アンテナの前記給電点に接続される通信回路と、
少なくとも一方に開口部を設けて筒状に形成された金属製の外装部材と、を有し、
前記平面アンテナを、電波の受信面又は電波の放射面が前記外装部材の前記開口部の外側に向くように配置し、
前記輪列を含む可動部品と前記モータと前記通信回路とを前記外装部材と前記平面アンテナに囲まれた空間に収納し、
前記接地点と前記外装部材との最短距離が、前記給電点と前記外装部材との最短距離よりも長くなるとともに、前記開口部の平面視で、前記給電点が前記モータと前記可動部品とに重ならないように、前記給電点と前記接地点とを配置し、
前記輪列は、さらに、筒車を含み、
前記通信機能付きの時計は、さらに、前記通信回路を実装する回路基板と、前記接地点に接続されるバネ部材と、該バネ部材と前記回路基板とを接続する接続部材と、前記筒車を押える金属製の筒車押さえとを有し、
前記回路基板を、前記可動部品を挟んで前記平面アンテナとは反対側に配置し、
前記バネ部材を、前記筒車押さえに形成したことを特徴とする通信機能付きの時計。
- 時刻又は日付に関する情報を表示する表示部材と、
該表示部材を駆動するモータと、
該モータの動力を前記表示部材に伝達する輪列と、
給電点と接地点とを有する平面アンテナと、
該平面アンテナの前記給電点に接続される通信回路と、
少なくとも一方に開口部を設けて筒状に形成された金属製の外装部材と、を有し、
前記平面アンテナを、電波の受信面又は電波の放射面が前記外装部材の前記開口部の外側に向くように配置し、
前記輪列を含む可動部品と前記モータと前記通信回路とを前記外装部材と前記平面アンテナに囲まれた空間に収納し、
前記接地点と前記外装部材との最短距離が、前記給電点と前記外装部材との最短距離よりも長くなるとともに、前記開口部の平面視で、前記給電点が前記モータと前記可動部品とに重ならないように、前記給電点と前記接地点とを配置し、
前記通信機能付きの時計は、さらに、前記通信回路を実装する回路基板と、前記接地点に接続されるバネ部材と、該バネ部材と前記回路基板とを接続する接続部材と、ソーラーセルと金属製のソーラーセル受け板とを有し、
前記回路基板を、前記可動部品を挟んで前記平面アンテナとは反対側に配置し、
前記バネ部材を、前記ソーラーセル受け板に形成し、
該ソーラーセル受け板を前記平面アンテナに利用したことを特徴とする通信機能付きの時計。
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