JP6460885B2

JP6460885B2 - 衛星電波時計

Info

Publication number: JP6460885B2
Application number: JP2015073410A
Authority: JP
Inventors: 健北村
Original assignee: Citizen Watch Co Ltd
Current assignee: Citizen Watch Co Ltd
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2019-01-30
Anticipated expiration: 2035-03-31
Also published as: JP2016194416A

Description

本発明は衛星電波時計に関する。

時刻情報を含む衛星電波を受信して、時刻の修正を行う衛星電波時計が知られている。衛星電波時計は、パッチアンテナにより衛星電波を受信する場合がある。また、衛星電波時計は、内蔵された太陽電池により駆動する場合がある。

下記特許文献１には、ソーラーセルの電極層とアンテナとが平面的に重ならない電波時計が記載されている。

特開２０１１−１６３９１３号公報

パッチアンテナは、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星等から送信される高周波数帯の電波を受信するのに適したアンテナであるが、パッチアンテナの周囲に導電部材等が配置される場合、導電部材によって衛星電波が反射されたり、吸収されたりすることがあり、その受信性能が十分に発揮されない場合がある。

ここで、太陽電池は、パッチアンテナの上方に配置されて衛星電波を反射等する場合があり、衛星電波の受信性能の低下を招くおそれがある。そこで、特許文献１では、太陽電池がパッチアンテナに重畳しないように、太陽電池に切り欠き部を設けている。これにより受信性能の低下が防止されたが、太陽電池に切り欠き部を設けると、受光面積が減少し、発電量が減少してしまう。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、衛星電波の受信性能を一定以上に保ちつつ、発電量を向上させた衛星電波時計を提供することである。

上記課題を解決すべく本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下の通りである。

（１）衛星電波時計は、衛星電波を受信するパッチアンテナと、前記パッチアンテナの上方に配置される太陽電池と、を有し、前記太陽電池は、平面視において、前記パッチアンテナの矩形の受信面の一部と重畳し、前記受信面の周縁のうち、少なくとも、１対の向かい合う辺の中点を含む非太陽電池領域に開口部を有し、前記太陽電池は、平面視において、前記受信面のうち、少なくとも角部分と重畳する。

（２）（１）において、前記開口部は、前記受信面の周縁のうち、２対の向かい合う辺の中点を含む非太陽電池領域に位置する衛星電波時計。

（３）（１）又は（２）において、前記開口部は、複数ある衛星電波時計。

上記本発明の（１）の側面によれば、衛星電波の受信性能を一定以上に保ちつつ、発電量を向上させた衛星電波時計が得られる。

また、上記本発明の（２）の側面によれば、直線偏波及び円偏波のいずれの衛星電波を受信する場合であっても、受信性能が一定以上に保たれる衛星電波時計が得られる。

また、上記本発明の（３）又は（４）の側面によれば、発電量がさらに向上した衛星電波時計が得られる。

本発明の実施形態に係る衛星電波腕時計の外観の一例を示す平面図である。本発明の実施形態に係る太陽電池とパッチアンテナの平面形状及び配置を示す平面図である。本発明の実施形態の第１の変形例に係る太陽電池とパッチアンテナの平面形状及び配置を示す平面図である。本発明の実施形態の第２の変形例に係る太陽電池とパッチアンテナの平面形状及び配置を示す平面図である。本発明の実施形態の第３の変形例に係る太陽電池とパッチアンテナの平面形状及び配置を示す平面図である。本発明の実施形態の第４の変形例に係る太陽電池とパッチアンテナの平面形状及び配置を示す平面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る衛星電波腕時計１の外観の一例を示す平面図である。同図には、衛星電波腕時計１の外装（時計ケース）である胴４内に配置された文字板２と、時刻を示す指針である時針２ａ、分針２ｂ及び秒針２ｃと、太陽電池５と、パッチアンテナ６とが示されている。また、胴４の側面には、衛星電波腕時計１の使用者が種々の操作を行うための竜頭３ａ及びプッシュボタン３ｂが配置されている。

衛星電波腕時計１には、文字板２を覆うようにガラス等の透明材料により形成された風防が胴４に取り付けられている。また、風防の反対側においては裏蓋が胴４に取り付けられている。本明細書では、以降、衛星電波腕時計１の風防が配置される方向（図１における紙面手前方向）を表側、裏蓋が配置される方向（図１における紙面奥方向）を裏側と呼ぶ。

文字板２の裏側には、太陽電池５が配置され、表側から入光した光により発電がなされる。そのため、文字板２はある程度光線を透過する材質で形成される。また、パッチアンテナ６は、表側の面が衛星電波を受信する矩形の受信面となっている。パッチアンテナ６の受信面、太陽電池５の受光面、文字板２は、互いに平行に設けられており、いずれも表側を向いている。

なお、本明細書では、衛星電波腕時計という用語を、腕時計であって、かつ、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星などの日付や時刻に関する情報（時刻情報）を送信する衛星から当該衛星信号を受信し、それに含まれる時刻情報に基づき、腕時計内部に保持している時刻の情報である内部時刻を修正する機能を有している腕時計を指すものとして用いる。ただし、本発明は衛星電波腕時計に限らず、腕時計ではない小型の時計、例えば懐中時計に適用することもできる。また、衛星電波腕時計は、衛星信号に含まれる軌道情報も併せて受信してもよい。なお、衛星電波腕時計が受信する衛星信号を発信する衛星は、ＧＰＳ衛星以外に運用され、又は将来的に運用が計画されている衛星、例えば、グロナス、ガリレオ、コンパス（北斗）等であってもよい。

図１に示した衛星電波腕時計１のデザインは一例である。ここで示したもの以外にも、例えば、胴４を丸型でなく角型にしてもよいし、竜頭３ａやプッシュボタン３ｂの有無、数、配置は任意である。また、本実施形態では、指針を時針２ａ、分針２ｂ、秒針２ｃの３本としているが、これに限定されず、秒針２ｃを省略しても、あるいは、曜日、タイムゾーンの別やサマータイムの有無、電波の受信状態や電池の残量、各種の表示を行う指針や、日付表示等を追加したりしてもよい。

図２は、本発明の実施形態に係る太陽電池５とパッチアンテナ６の平面形状及び配置を示す平面図である。本実施形態に係る太陽電池５は、４つのセルから構成される。もっとも、セルの数は任意であり、１以上であればよい。太陽電池５を１つのセルで構成する場合等、太陽電池５の起電力が小さい場合には、昇圧回路を設けることとしてもよい。太陽電池５は、平面視において、パッチアンテナ６の矩形の受信面の一部と重畳する。より詳しくは、太陽電池５の第１のセルの一部と、第２のセルの一部とは、平面視において、パッチアンテナ６の矩形の受信面の一部と重畳する。第１のセルと第２のセルを分割し、６時−１２時方向に延在する分割線は、平面視において、パッチアンテナ６の矩形の受信面を二分するように位置する。また、太陽電池５の第１の開口部７ａは、少なくとも、パッチアンテナ６の矩形の受信面の周縁のうち、１対の向かい合う辺の中点を含む非太陽電池領域に位置する。ここで、非太陽電池領域とは、少なくとも太陽電池の集電電極が形成されていない領域であって、実用上太陽電池として機能しない領域をいう。具体的に、本実施形態に係る太陽電池５は、パッチアンテナ６の受信面の周縁のうち、９時方向の辺及び３時方向の辺の上方に、それぞれ第１の開口部７ａを有する。本実施形態の場合、第１の開口部７ａは、第１のセルと第２のセルにそれぞれ設けられる。もっとも、開口部は単一のセルに設けられてもよい。本実施形態のように、開口部を複数のセルにそれぞれ設ける場合、開口部をセルの分割線に関して対称に設け、衛星電波の電磁界を対称に分布させることで、受信性能を向上させることができる。また、太陽電池５の複数のセルを隔てる分割線を、パッチアンテナ６に関して対称に配置して、衛星電波の電磁界を対称に分布させることが望ましい。第１の開口部７ａは、パッチアンテナ６の端部を露出させるように、６時−１２時方向に伸びる矩形の形状を有している。第１の開口部７ａは、パッチアンテナ６の受信面の周縁のうち、９時方向の辺及び３時方向の辺それぞれの全体を露出させるように設けられる。

本発明の発明者が鋭意研究したところ、矩形の受信面を有するパッチアンテナ６により直線偏波の衛星電波を受信する場合、受信面の周縁のうち、向かい合う辺の中点近傍において電磁界強度が最大となることがわかった。一方、受信面の中央部分では、電磁界強度は弱く、最大値の１０００分の１以下であることがわかった。そこで、本実施形態に係る衛星電波腕時計１では、パッチアンテナ６の受信面のうち電磁界強度が強く、直線偏波の受信に対して支配的な寄与をしている部分（受信面の周縁のうち、１対の向かい合う辺の中点近傍）を露出させるように、太陽電池５に第１の開口部７ａを設けて、受信性能を一定以上に保っている。また、パッチアンテナ６の受信面のうち電磁界強度が弱く、受信にほとんど寄与していないと考えられる部分（受信面の中央部分）を太陽電池５で覆い、
太陽電池５の面積を増大させて発電量を向上させている。パッチアンテナ６の受信面の中央部分を太陽電池５で覆うことで、開口部の開口面積を小さく出来るため、開口部における色味の差が目立たなくなり、文字板２を表側から視認した場合の美観が向上する。

また、パッチアンテナ６の受信面の電磁界強度は、パッチアンテナ６の受信面の角部分で強い場合もある。そこで、本実施形態に係る衛星電波腕時計１では、パッチアンテナ６の受信面の周縁のうち、９時方向の辺及び３時方向の辺の全体を露出させるように第１の開口部７ａを設けて、１対の向かい合う辺の中点近傍及び４つの角部分を露出させ、パッチアンテナ６の受信面全体を露出させる場合と同程度の受信性能を実現している。

第１の開口部７ａは、２つあり、それぞれ独立に形成されている。このような構成を採用することで、パッチアンテナ６の受信面のうち特に電磁界強度が強い領域の上方に太陽電池５の開口部を設けて、その他の部分の上方に太陽電池５を重畳させることができ、受信性能を損なわずに、発電量を向上させることができる。

なお、本実施形態において、第１の開口部７ａは、パッチアンテナ６の受信面の９時方向の辺及び３時方向の辺の上方に配置されているが、開口部の位置はこれに限られない。例えば、パッチアンテナ６の受信面の１２時方向の辺及び６時方向の辺の上方に１対の開口部を設けることとしてもよい。

なお、本実施形態では、太陽電池５を構成する全ての部材を設けないことで第１の開口部７ａを形成しているが、開口部の構成はこれに限られない。一般に、太陽電池は、樹脂等で形成された基板と、アモルファスシリコン等で形成された半導体層と、金属等で形成された集電電極とで構成されている。そこで、少なくとも、パッチアンテナ６の矩形の受信面の周縁のうち、１対の向かい合う辺の中点を含む非太陽電池領域において、集電電極を設けず、基板と半導体層を設けることで開口部としてもよい。このような構成を採用することで、受信性能を損なわずに、太陽電池の開口部とそれ以外の部分との色味の差を低減して、表側から文字板２を視認した場合の美観を向上させることができる。また、太陽電池５を構成する全ての部材を設けない第１の開口部７ａ等を有する場合と比較して、太陽電池５の強度を増すことができる。

また、少なくとも、パッチアンテナ６の矩形の受信面の周縁のうち、１対の向かい合う辺の中点を含む非太陽電池領域において、集電電極及び半導体層を設けず、基板を設けることで開口部としてもよい。このような構成を採用することで、太陽電池５を構成する全ての部材を設けない第１の開口部７ａ等を有する場合と比較して、太陽電池５の強度を増すことができる。

開口部に半導体層及び基板を残す構成、又は基板を残す構成を採用する場合、パッチアンテナ６の矩形の受信面の周縁を含む非太陽電池領域に輪形状の開口部を設けてもよい。このような構成を採用することで、パッチアンテナ６の矩形の受信面の周縁全体により衛星電波の受信が行えるため、受信性能をより向上させることができる。

なお、文字板２のうち第１の開口部７ａに重畳する位置に日窓や曜窓等を設けて、衛星電波腕時計１に日付表示部材や曜日表示部材等の表示部材を設けることとしてもよい。開口部に基板を残す構成を採用する場合にも、文字板２のうち開口部に重畳する位置に日窓等を設け、表示部材を設けることとしてもよい。このような構成を採用することで、より多くの情報を使用者に表示することのできる衛星電波時計が得られる。

図３は、本発明の実施形態の第１の変形例に係る太陽電池５とパッチアンテナ６の平面形状及び配置を示す平面図である。太陽電池５は、平面視において、パッチアンテナ６の矩形の受信面の一部と重畳する。また、太陽電池５の第２の開口部７ｂは、パッチアンテナ６の矩形の受信面の周縁のうち、２対の向かい合う辺の中点を含む非太陽電池領域に位置する。具体的に、本変形例に係る太陽電池５は、パッチアンテナ６の受信面の周縁のうち、４辺の中点の上方に、それぞれ第２の開口部７ｂを有する。第２の開口部７ｂは、パッチアンテナ６の受信面の４辺それぞれの中点近傍を露出させるように設けられる。

本発明の発明者が鋭意研究したところ、矩形の受信面を有するパッチアンテナ６により円偏波の衛星電波を受信する場合、受信面の周縁のうち、４辺の中点近傍において電磁界強度が最大となることがわかった。また、受信面の中央部分では、電磁界強度は弱く、最大値の１０００分の１以下であることがわかった。そこで、本変形例に係る衛星電波腕時計１では、パッチアンテナ６の受信面のうち電磁界強度が強く、円偏波の受信に対して支配的な寄与をしている部分（受信面の周縁のうち、４辺の中点近傍）を露出させるように、太陽電池５に第２の開口部７ｂを設けて、受信性能を一定以上に保っている。また、パッチアンテナ６の受信面のうち電磁界強度が弱く、受信にほとんど寄与していないと考えられる部分（受信面の中央部分）を太陽電池５で覆い、太陽電池５の面積を増大させて発電量を向上させている。パッチアンテナ６の受信面の中央部分を太陽電池５で覆うことで、開口部の開口面積を小さく出来るため、開口部における色味の差が目立たなくなり、文字板２を表側から視認した場合の美観が向上する。

本変形例に係る衛星電波腕時計１によれば、直線偏波及び円偏波の衛星電波のいずれを受信する場合であっても、パッチアンテナ６の受信面全体を露出させる場合と同程度の受信性能が実現される。

第２の開口部７ｂは、４つあり、それぞれ独立に形成されている。このような構成を採用することで、パッチアンテナ６の受信面のうち特に電磁界強度が強い領域（受信面の周縁のうち、４辺それぞれの中点近傍）の上方に太陽電池５の開口部を設けつつ、その他の部分の上方に太陽電池５を重畳させることができ、受信性能を損なわずに、発電量を向上させることができる。

本変形例に係る太陽電池５は、平面視において、パッチアンテナ６の受信面のうち、角部分と重畳する。そのため、太陽電池５の開口部がパッチアンテナ６の受信面の角部分にまで及ぶ場合と比較して、太陽電池５の面積を増大させることができ、発電量をより向上させることができる。

なお、本実施形態に係る太陽電池５についても、セルの数は任意である。また、第２の開口部７ｂは、２つのセルにまたがって設けられているが、単一のセルに設けることとしてもよい。さらに、第２の開口部７ｂのように、開口部を２つのセルにまたがって設ける場合、衛星電波の電磁界を対称に分布させて受信性能を向上させるため、開口部を、６時−１２時方向に延在するセルの分割線に関して対称に設けることが望ましい。また、第２の開口部７ｂにおいて、太陽電池５を構成する全ての部材を設けないこととせず、太陽電池５の半導体層及び基板を残すか、又は基板を残すこととしてもよい。また、文字板２のうち第２の開口部７ｂに重畳する位置に日窓等を設けて、衛星電波腕時計１に表示部材を設けることとしてもよい。これらは、以下に説明する第２〜４の変形例に係る太陽電池５の場合も同様である。

図４は、本発明の実施形態の第２の変形例に係る太陽電池５とパッチアンテナ６の平面形状及び配置を示す平面図である。太陽電池５は、平面視において、パッチアンテナ６の矩形の受信面の一部と重畳する。また、太陽電池５の第３の開口部７ｃは、受信面の周縁のうち、２対の向かい合う辺の中点を含む非太陽電池領域に位置する。具体的に、本変形例に係る太陽電池５は、矩形であり、受信面に対して９０度回転して設けられる第３の開口部７ｃを有する。第３の開口部７ｃは、パッチアンテナ６の受信面の４辺それぞれの中点と、受信面の中央部分を露出させるように設けられる。

本変形例に係る衛星電波腕時計１によれば、パッチアンテナ６の受信面のうち電磁界強度が強く、直線偏波及び円偏波の受信に対して支配的な寄与をしている部分（受信面の周縁のうち、４辺の中点近傍）が露出しており、直線偏波及び円偏波の衛星電波のいずれを受信する場合であっても、受信性能が一定以上に保たれる。また、本変形例に係る太陽電池５は、平面視において、パッチアンテナ６の受信面のうち、角部分と重畳するため、太陽電池５の開口部がパッチアンテナ６の受信面の角部分にまで及ぶ場合と比較して、太陽電池５の面積を増大させることができ、発電量をより向上させることができる。

図５は、本発明の実施形態の第３の変形例に係る太陽電池５とパッチアンテナ６の平面形状及び配置を示す平面図である。太陽電池５は、平面視において、パッチアンテナ６の矩形の受信面の一部と重畳する。また、太陽電池５の第４の開口部７ｄは、受信面の周縁のうち、２対の向かい合う辺の中点を含む非太陽電池領域に位置する。具体的に、本変形例に係る太陽電池５は、８角形状であり、第３の開口部７ｃと比較して開口面積の小さい第４の開口部７ｄを有する。第４の開口部７ｄは、パッチアンテナ６の受信面の４辺それぞれの中点と、受信面の中央部分を露出させるように設けられる。

本変形例に係る衛星電波腕時計１によれば、パッチアンテナ６の受信面のうち電磁界強度が強く、直線偏波及び円偏波の受信に対して支配的な寄与をしている部分（受信面の周縁のうち、４辺の中点近傍）が露出しており、直線偏波及び円偏波の衛星電波のいずれを受信する場合であっても、受信性能が一定以上に保たれる。また、本変形例に係る太陽電池５は、平面視において、パッチアンテナ６の受信面のうち、角部分と重畳するため、太陽電池５の開口部がパッチアンテナ６の受信面の角部分にまで及ぶ場合と比較して、太陽電池５の面積を増大させることができ、発電量をより向上させることができる。また、第４の開口部７ｄは、第３の開口部７ｃと比較して、開口面積が小さいため、本変形例に係る衛星電波腕時計１は、第２の変形例の場合よりも発電量が向上する。

図６は、本発明の実施形態の第４の変形例に係る太陽電池５とパッチアンテナ６の平面形状及び配置を示す平面図である。太陽電池５は、平面視において、パッチアンテナ６の矩形の受信面の一部と重畳する。また、太陽電池５の第５の開口部７ｅは、受信面の周縁のうち、２対の向かい合う辺の中点を含む非太陽電池領域に位置する。具体的に、本変形例に係る太陽電池５は、円形状である第５の開口部７ｅを有する。第５の開口部７ｅは、パッチアンテナ６の受信面の４辺それぞれの中点と、受信面の中央部分を露出させるように設けられる。

本変形例に係る衛星電波腕時計１によれば、パッチアンテナ６の受信面のうち電磁界強度が強く、直線偏波及び円偏波の受信に対して支配的な寄与をしている部分（受信面の周縁のうち、４辺の中点近傍）が露出しており、直線偏波及び円偏波の衛星電波のいずれを受信する場合であっても、受信性能が一定以上に保たれる。また、本変形例に係る太陽電池５は、平面視において、パッチアンテナ６の受信面のうち、角部分と重畳するため、太陽電池５の開口部がパッチアンテナ６の受信面の角部分にまで及ぶ場合と比較して、太陽電池５の面積を増大させることができ、発電量をより向上させることができる。また、円形状の第５の開口部７ｅには角部が存在しないため、応力集中が低減され、太陽電池５が破損しづらくなる。円形状の第５の開口部７ｅは、矩形状の開口部と比較して形成しやすいという利点もある。

なお、文字板２のうち第５の開口部７ｅに重畳する位置に日窓等を設けて、衛星電波腕時計１に表示部材を設けることとしてもよい点は他の変形例と同様である。また、本変形例の場合、衛星電波腕時計１に月齢表示を行う表示部材を設けることとしてもよい。

以上、本発明に係る実施形態について説明したが、この実施形態に示した具体的な構成は一例として示したものであり、本発明の技術的範囲をこれに限定することは意図されていない。例えば、太陽電池の開口部は、矩形状、多角形状、円形状の他、受信面の４辺の中点近傍を露出させる輪形状で形成されてもよい。当業者は、これら開示された実施形態を適宜変形してもよく、本明細書にて開示される発明の技術的範囲は、そのようになされた変形をも含むものと理解すべきである。

１衛星電波腕時計、２文字板、２ａ時針、２ｂ分針、２ｃ秒針、３ａ竜頭、３ｂプッシュボタン、４胴、５太陽電池、６パッチアンテナ、７ａ第１の開口部、７ｂ第２の開口部、７ｃ第３の開口部、７ｄ第４の開口部、７ｅ第５の開口部。

Claims

衛星電波を受信するパッチアンテナと、
前記パッチアンテナの上方に配置される太陽電池と、を有し、
前記太陽電池は、平面視において、前記パッチアンテナの矩形の受信面の一部と重畳し、前記受信面の周縁のうち、少なくとも、１対の向かい合う辺の中点を含む非太陽電池領域に開口部を有し、
前記太陽電池は、平面視において、前記受信面のうち、少なくとも角部分と重畳する、
衛星電波時計。
前記開口部は、前記受信面の周縁のうち、２対の向かい合う辺の中点を含む非太陽電池領域に位置する請求項１に記載の衛星電波時計。
前記開口部は、複数ある請求項１又は２に記載の衛星電波時計。