JP6022715B2 - 時計センサ用の支持要素 - Google Patents

Description

本発明は、電気機械式腕時計に取り付けたセンサの支持要素に関する。

例えば、温度又は圧力センサ等のセンサモジュールを備えた腕時計において、一方ではケースへのセンサの強固な取り付けを保証すること、他方では集積制御回路への電気的接続のためのインタフェースを提供することが必要である。

これを達成するために、センサの幾何学的形状により可能な場合には、ミドルケースに配設された対応する形状のハウジング内にセンサを配置し；そうでない場合には一般に、支持及び固定用部材として作用する中間部品を介してミドルケースの側壁にセンサを固定する。センサモジュールは一般に、プリント回路基板（ｐｒｉｎｔｅｄ ｃｉｒｃｕｉｔ ｂｏａｒｄ：ＰＣＢ）も備え、上記プリント回路基板上には、電気的接続経路がガルバニック堆積によって形成される。このＰＣＢは、これが物理的に接続されるセンサ用の電気的コネクタを有し、これもまたケース内に配設された主集積制御回路への、通常は別のＰＣＢ上における特にゼブラコネクタを介した電気的接続をおこなう。

組み付けに必要な様々な部品及び様々な接続インタフェースにより、これらのセンサモジュールは比較的複雑であり、組み付けに費用がかかる。

遠距離通信分野では、インモールドラベリング（ｉｎ−ｍｏｕｌｄ ｌａｂｅｌｌｉｎｇ：ＩＭＬ）もまた公知であり、このＩＭＬは導電性パターンをフィルム上に形成する。この技術により、フィルムアンテナとして公知であるアンテナを、移動体端末のケースの壁上に直接集積できる。特許文献１は、ケースの上面に配設され、導電性樹脂が注入されるビアホール及びコネクタによってＰＣＢに接続された、このようなアンテナを備える移動体端末を開示している。提案されている配置は、損傷の可能性の高い外部アンテナと比較して有利な代替例を構成するが、ケースの内面がアンテナ用フィルムのように必ずしも平坦ではない、このため時計学の分野には応用できない。

同様に、遠距離通信の分野では、相互接続経路の三次元射出成形及びレーザ構造形成の技術も公知である。特許文献２は、ケース内部での容易な集積を可能にするよう構成された、三次元の、レーザ構造形成された相互接続経路を有する電子モジュール用のこのような基板を記載している。しかしながらこの種の技術は、特に手首に着用する時計に関しては寸法が小さく、そして位置決めの制約が非常に大きい時計学の分野には好適でない。

従って、上述したような制限のないセンサモジュールが必要である。

米国特許出願公開第２０１０／００３５６７１号 欧州特許第２５５７９０４号

本発明の目的は特に、容易な組み付けを可能にし、限られた数の部品及びインタフェースを含む時計センサ用支持要素を提供することである。

これらの目的は時計センサ用支持要素により達成され、この時計センサ用支持要素は、三次元形状及び集積電気的接続経路を有するように、並びに剛性接続インタフェースと、電気的接続経路が配設される支持要素又は可撓性フィンガピースに組み付けられる屈曲ワイヤばねによって形成された可撓性接続インタフェースとを更に含むように、３Ｄ−ＭＩＤとして作製されることを特徴とする。

提案する解決策の１つの利点は、腕時計ケースにおけるセンサの組み付け及びセンサの集積制御回路への相互接続のための機械的及び電子的機能を、単一の部品に集積することを可能にすることで、組み付けを大幅に簡略化すると同時に、ケース内部での過密を低減することである。

本発明の解決策の別の利点は、センサ支持要素のために、腕時計産業で通常使用される剛性又は可撓性ＰＣＢ及びゼブラコネクタを不要とすることができることであり、これは、接続インタフェースを省略でき、従って、モジュールのオーム抵抗が最小となることを意味する。このため、ジュール効果の損失も低減される。

本発明の解決策の更に別の利点は、腕時計ケース内部での組み付けの改善された柔軟性を提供することであり、これにより、ゼブラコネクタを使用する解決策ではセンサモジュールは腕時計の文字盤側からしか取り付けることができないのに対して、センサモジュールを文字盤側及び裏蓋側に取り付けることができる。更に、センサモジュールを完全に独立して組み付けることができ、従ってケース内部で容易に再配置でき、又は異なるケースの異なる場所に位置決めもできる。

更に本発明による時計センサ支持要素が、センサへの接続のための第１の剛性インタフェースと、集積制御回路へ接続するよう構成された第２の可撓性インタフェース接続とを含むという事実は、ケース内部でのセンサモジュールの位置決めに高い精度を必要としないという利点を有し、可撓性コネクタはＰＣＢとは異なり、大きな動作クリアランスを補償できる。

本発明の他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明及び添付の図面により明らかになるであろう。

図１Ａは、第１の好ましい実施形態による、時計用センサ支持要素の第１の面の図であり、この実施形態では、センサ及びセンサとの接続インタフェースのためのハウジングが配設される。 図１Ｂは、センサをハウジングに組み付けた、図１Ａのセンサ支持要素を示す。 図２Ａは、外部の集積制御回路との接続インタフェースを配設する図１Ａに示した好ましい実施形態による、センサ支持要素の反対面の図である。 図２Ｂは、図２Ａに示した好ましい実施形態によるセンサ支持要素の面の図であり、ワイヤばねの形状及び位置決めを示す。 図２Ｃは、図２Ｂに示した好ましい実施形態によるセンサ支持要素を示し、ここで全てのワイヤばねは組み付けられ、取り付け足は側方のノッチに挿入されている支持要素を示す。 図３は、レーザ構造形成した電気的接続経路を配設した可撓性フィンガピースを含む、第２の好ましい実施形態による時計用センサ支持要素を示す。

３Ｄ―ＭＩＤ（三次元（「３Ｄ」）成形相互接続デバイス（ｔｈｒｅｅ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ ｍｏｕｌｄｅｄ ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ ｄｅｖｉｃｅ）の略語）技術は、特にレーザ直接構造形成（Ｌａｓｅｒ Ｄｉｒｅｃｔ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｉｎｇ：ＬＤＳ）によって生成された、集積された電気的接続経路を含む射出成形したプラスチック部品を製造することからなる。第１のステップでは、部品の三次元幾何学的形状を型の形状により決定し、具体的にはＬＤＳ法のために最適化された第１の非導電性材料を、上記型中に注入する。次いで、接続経路になる表面を、射出成形した部品上にレーザ構造形成する。最後に、このようにして形成した部品に化学的金属化処理を施し、上記処理中に、前もってレーザに曝露させた面だけを金属化する。この技法は、容積に関して更に厳格な制約を受ける、例えば携帯電話用アンテナ等の、所定の形状のデバイスにおける集積制御回路用部品の設計の柔軟性を向上させる。この技法はまた、向上した大量生産の生産性によって、電子構成部品の生産プロセスを最適化する。上述のＬＤＳ技法の代替として、３Ｄ−ＭＩＤ部品を他の方法、特に２成分射出技法によって生産することもできる。この方法は２つのプラスチック材料を使用し、そのうちの１つは電気的相互接続経路を作製するために金属化され、もう１つの材料は不活性のままとする。この２成分（２Ｃ）技法は、ＬＤＳ技法より大きな投資を必要とするが、大きな生産量では部品当たりのコストを更に削減できる。例えば、エアロゾル噴霧によるダイレクト銀メタライゼーション、これに続く焼結法といった、他の技法をまた想定してよい。

本発明の範囲内の時計のための３Ｄ−ＭＩＤ技術により製造されたセンサ支持要素の使用によって、一方では、通常平坦な形状の、専用のセンサ支持要素が不要となり、空間の節約及び組み付けプロセスの簡略化をもたらすことができ、他方では、集積制御回路への接続のために通常採用されるゼブラコネクタが不要となり、これにより接続インタフェースを最小化し、ケース内部にセンサモジュールを位置決めする際に更なる柔軟性を提供できる。

図１Ａ〜１Ｂ、図２Ａ〜２Ｃは、本発明の第１の好ましい実施形態のセンサ支持要素１を示し、図３は、本発明のセンサ支持要素１の好ましい第２実施形態を示す。

２つの好ましい実施形態のそれぞれによると、支持要素１は、センサ２への接続のための第１の剛性インタフェースと、集積制御回路への接続のための第２の可撓性インタフェースとを含み、これにより時計学の分野では多くの場合重大である動作クリアランスを補償し、従って集積制御回路との接触を保証する。

図１Ａから明らかなように、センサ支持要素１は、センサ２との接続インタフェースが配設される第１の面１１の側から示されており、上記センサ２のために中央にハウジング２１を備える。ハウジング２１には、第１のビアホール１６が設けられ、これによりセンサ支持要素１の成形中に以下の図２Ａ〜２Ｃに見られる固定用クリップ１８を反対側に形成し、また第２のビアホール１７が下側に配設され、これにより同一の図２Ａ〜２Ｃを参照して以下に説明する二重の固定及び接続セキュリティを提供する。好ましくはレーザ構造形成される電気的接続経路１０の一端には、センサ２を接続するためにハウジング２１の周辺に配置した角型コネクタ１０２を確認でき、支持要素１の上縁部には、中央の隆起部１５０の周りに対称に配設した凹部１５に配置される電気的接続経路１０の拡幅部分１０１が形成される。これら拡幅部分は、支持要素の電気的試験を実施し易くするよう、及び経路のレーザ構造形成工程を通して経路を良好に相互接続し易くするよう構成され、支持要素の一方の縁部上の凹部１５にこれら拡幅経路１０１を配設する目的は、支持要素１の運搬及び／又は取り扱い中に、特に摩耗によるタイミングの悪いいずれの劣化からこれら拡幅経路１０１を保護することである。従って、支持要素１のために大量輸送技術を使用し、これによって支持要素１の電気伝導特性を損なうリスクなしに、利益を最適化できる。

支持要素の左側には、経路のレーザ構造形成中の正確な位置決めのための第１のレーザガイドマーク１１０が配設される。キャビティ２１の左には、支持要素の正確で適切な組み付けのための視覚ガイドマークとして機能する円がある。この第２の組み付けガイドマーク１９は、ここでは窪みの形態を取る。支持要素１の第１の面１１の中央両側には、腕時計ケース上に支持要素１を取り付けるよう構成された固定用部材１４があり；本明細書に記載の第１の好ましい実施形態によると、ケースに固定するためのこれらの部材１４はノッチ１４０の形態を取り、このノッチは、図２Ｂ〜２Ｃに示し以下で説明する取り付け足４と協働するよう設けられる。

図１Ｂは、図１Ａに示した、即ち第１の面１１の側から見たセンサ支持要素１を示し、ここでは第１の面１１の中央部分にセンサ２が取り付けられている。センサ２を除く図１Ｂの全ての参照符号は図１Ａに既に示されており（ノッチ１４０の形状の固定用部材１４、第２のビアホール１７、接続経路１０及び拡幅部分１０１、凹部１５及び中央の隆起部１５０）、従って既に説明されている。

図２Ａ〜２Ｃは、第２の面１２から見たセンサ支持要素１を示し、この第２の面１２は、図１Ａ、図１Ｂに示した第１の面１１の反対面を構成する。図２Ａは、第１のレーザガイドマーク１１０、レーザ構造形成された電気的接続経路１０、凹部１５及び中央の隆起部１５０を再び示し、また、固定用ノッチ１４０が反対側に肩部１４１を備え、上記肩部１４１が、図２Ｃに示す取り付け足４を組み付けるための支持表面１４１１と、回転ロック表面１４１２、即ちノッチ１４０の内側で上記肩部上に収容されるいずれの固定用部品が例えばねじ締め作業中に回転駆動されてしまうのを防止する、垂直かつ直線状の壁とを有することを示す。

図２Ａはまた、センサ支持要素１の中央に、ワイヤばね３を受承するよう配設された窪みを示し、ワイヤばね３のうちの１つは図２Ｂで確認でき、全てのワイヤばね３は図２Ｃで取り付け済み位置において示される。これらの窪みはそれぞれ、ワイヤばね３をセンサ支持要素１に取り付けることを可能にする一連のクリップ１８によって縁取られる。まず、ワイヤばね３を、窪みを縁取る２つの隣接したクリップ１８間に挟み、次いで内側へ押さえ込み、こうしてクリップ１８はハウジングの内側へ押圧されたばねを保持する。４つの第２のビアホール１７のそれぞれに、各ワイヤばね３に電気的に接続されるよう構成された接続アイレット１０３を配設する。

図２Ｂは、第２のビアホール１７の内側へのワイヤばね３の組み付け中の、図２Ａに示したセンサ支持要素１の同一の第２の面１２を示す。全ての参照符号は、ケース内部の他の場所に位置決めされる集積制御回路への接続のための可撓性インタフェースを形成するために使用するワイヤばね３を除いて、図２Ａを参照して既に説明した参照符号と同一である。ワイヤばね３は、略１８０°屈曲した特定の形状を有し、第１の部分３１は、窪み内に収容しクリップ１８で保持することによってセンサ支持要素１に固定されるよう構成され、端部が自由かつ可撓性である第２の部分３２は、集積制御回路に接続され、動作クリアランスを補償できる。従って概略的には、第１のワイヤばね部分３１は、３ＤーＭＩＤセンサ支持要素１への接続のための部品を形成し、ワイヤばね３の第２の部分３２は、集積制御回路への接続のための部品を形成する。他の幾何学的形状も可能であるが、例示した好ましい実施形態の特定のヘアピン形状は、各接続インタフェース（即ち集積制御回路との及びセンサ支持要素との）において最大接触表面を提供でき、その一方で各接続部分間の接合点において十分な頑強性を呈し、これによって必要に応じて動作クリアランスを補償し、同時に第１及び第２の部分３１、３２が互いに近づくときに第２の部分３２を押圧して集積制御回路との接触部品と接触するよう十分な強さの復帰力を与える。

本明細書に記載の好ましい実施形態によると、センサ支持要素１へのワイヤばね３の固定の更なる向上を図るために、また例えば支持要素に固定したワイヤばね３の第１の部分３１を僅かに移動させる傾向のある激しい衝撃が生じた場合に電気的接触の冗長性を提供するために、支持要素１に固定された第１の部分３１の底部の方向に９０°曲げられ、かつ接続アイレット１０３と接触したワイヤばね３の下方端部を、第２のビアホール１７の上方端部においてはんだ付けすることが考えられる。変形例によると、電導性接着剤、特にチキソトロープ性を有するシリコン系導電接着剤によって、ワイヤばね３の端部を第２のビアホール１７に接合することもでき、これは、はんだ付けの間に完全に液化し、はんだ付け領域の長期の品質及び信頼性を制御することがより困難である、はんだ付けに使用される従来のスズ合金とは異なり、重合プロセス中も流れる恐れのないものである。シリコン導電性接着剤の追加の利点はその機械的柔軟性であり、剛性が極めて高いままであり、例えば機械的応力下でひび割れが発生し得るスズはんだとは異なり、組立体が機械的応力、衝撃又は振動に対してより頑強になり得る。最後に、導電接着剤の使用は、スズの融点より低い温度（２５０℃ではなく約１３０℃）で硬化するという利点を有し、はんだ付け作業中とは異なり、成形した支持ピースのプラスチックに損傷を与えるリスクが排除される。

本発明のセンサ支持要素１の後の使用において、ＰＣＢへの接続位置に関してより柔軟性を持たせるように、ワイヤばね３をより長い又は短い部分３２を有する型に置き換えることも想定できる。

図２Ｃは、センサ２の支持要素１への組み付け位置にある全てのワイヤばね３と、取り付け足４とを示し、この取り付け足４は、足の円筒形部分を外側から係合及びクリップ留めすると各ノッチ１４０の肩部１４１上へ嵌合される、切頭円筒形カラー４１を含む。切頭円筒形カラー４１は、固定用ノッチ１４０の肩部１４１のように、肩部の軸方向支持表面１４１１に接触させて保持できる軸方向停止表面１４１と、カラー４１の切頭部分の垂直な直線状の壁によって形成される回転ロック表面４１２とを含む。左の取り付け足４は支持要素上に組み付けられた位置で示されており、右の取り付け足４は、固定用ノッチへのスナップ嵌合中の状態で示されている。特定の形状の足４及びノッチ１４０を有するこの固定用構造は有利には、各足４の中央の開口４２に挿入できるねじによって、例えばケースの外側からセンサ支持要素１を固定できる。ケースの壁の貫通孔を使用する、ケースの外側からのこのような固定方法は、様々な部品によって引き起こされる空間の不足及び過密のせいで、いずれのねじ締め作業がすぐに比較的不都合なものとなってしまう、ケースの内側からの固定方法と比較して、明らかに有利である。更に取り付け足４を用いたこの組み付け方法は、第２の面１２の平面に垂直な方向への支持要素１の位置決めの自由度を高め、これによって組立体全体が、ケースの壁に垂直なこの径方向へのセンサのいずれの取り付けオフセットに対して頑強になる。従って実際に、固定用ねじ及び対応する接合点に印加されるいかなる過剰な横方向応力も決して存在せず、腕時計の密閉をあらゆる状況で保証する。

図３は、本発明によるセンサ支持要素１の別の好ましい実施形態を示す。この実施形態では、集積制御回路との可撓性接続インタフェースはワイヤばねによって形成されず、３Ｄ−ＭＩＤセンサの残りの部分と単一部品として形成される可撓性フィンガピース１３によって形成され、この可撓性フィンガピース１３上には、レーザ構造形成されるか又は例えば２成分射出によって得られる電気的接続経路１０が直接配設される。従ってこの実施形態によると、センサ支持要素を製造する方法は更に簡略化される。しかしながら、接続フィンガピース１３がセンサ本体との接合点で摩耗し易く、電気的接続経路１０がこの場所で劣化するか、又は切断される場合さえあるため、この製造方法には、長期的な接続品質に関して欠点がある。この第２の好ましい実施形態と、これまでに図示した実施形態との別の相違点は、ケースへの固定方法に関する。というのはこの第２の好ましい実施形態では、支持要素は側方のノッチ１４０を有さず、貫通孔１４０’を有し、この貫通孔１４０’の円筒形状により、内部を通過するようにねじの頭部を挿入してケースに固定できるようになることが観察できるためである。上述のように、この変形形態にはより脆弱であるという欠点があるが、必要な部品が１つ少なく、結果として、生産数を改めることなく単価を削減できるという利点がある。しかしながら、図１Ａ〜Ｂ、図２Ａ〜Ｃに示す実施形態に関して、電気的接続経路１０の拡幅区画１０１と、中央の隆起部１５０の周りに対称に配設された凹部１５への拡幅区画の構成とは、電気的試験を容易にできるよう、及び支持要素１のいずれの大量処理中に経路を保護できるように保持されている。

Claims (10)

1. 時計センサ（２）用支持要素（１）であって、
   前記支持要素は、前記支持要素が三次元形状及び集積された電気的接続経路（１０）を有するように、並びに第１の剛性接続インタフェースと、前記電気的接続経路（１０）が配設される前記支持要素又は可撓性フィンガピース（１３）に組み付けられるワイヤばね（３）によって形成された第２の可撓性接続インタフェースとを更に含むように、３Ｄ−ＭＩＤとして作製されることを特徴とする、時計センサ（２）用支持要素（１）。
2. 前記ワイヤばね（３）は、前記支持要素（１）に固定された第１の部分（３１）及び第２の可撓性自由部分（３２）を含むことを特徴とする、請求項１に記載の時計センサ（２）用支持要素（１）。
3. 前記支持要素は、前記ワイヤばね（３）を組み付けるためのクリップ（１８）を含むことを特徴とする、請求項１又は２に記載の時計センサ（２）用支持要素（１）。
4. 前記支持要素は第２のビアホール（１７）を含み、
   前記第２のビアホール（１７）内において、前記電気的接続経路（１０）は、前記ワイヤばね（３）に電気的に接続されるよう構成されたアイレット（１０３）を形成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の時計センサ（２）用支持要素（１）。
5. 前記ワイヤばね（３）の一方の端部は、前記第２のビアホール（１７）にはんだ付けされることを特徴とする、請求項３又は４に記載の時計センサ（２）用支持要素（１）。
6. 前記ワイヤばね（３）の一方の端部は、電導性接着剤によって前記第２のビアホール（１７）に接合されることを特徴とする、請求項３又は４に記載の時計センサ（２）用支持要素（１）。
7. 前記電気的接続経路（１０）は、前記支持要素（１）の一方の縁部上に配設された凹部（１５）に配置される拡幅部分（１０１）を含むことを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の時計センサ（２）用支持要素（１）。
8. 前記支持要素は、組み付けのための第１のガイドマーク（１９）と、前記電気的接続経路（１０）を機械加工するための一連の第２のレーザガイドマーク（１１０）とを含むことを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の時計センサ（２）用支持要素（１）。
9. 前記支持要素は、軸方向支持表面（１４１１）及び回転ロック表面（１４１２）を含む肩部（１４１）を有する固定用ノッチ（１４０）を含むことを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の時計センサ（２）用支持要素（１）。
10. センサ（２）で形成されたセンサモジュールを含み、請求項１〜９のいずれか１項に記載の支持要素（１）に取り付けられる、時計であって、
    前記支持要素（１）は、取り付け足（４）を用いて、前記時計のケースの内壁に組み付けられることを特徴とする、時計。

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