JP4680226B2 - 電波修正時計 - Google Patents
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Description
電波修正時計に於いて、受信性能を決めるのはアンテナ特性と受信回路特性である。
又、受信アンテナの種類としては、電波の波長が長いため磁性体コアに導線を巻き付けたバーアンテナを用いているのが一般的である。
又、受信アンテナの出力は、金属の外装に収納すると極端に低下してしまう。
腕時計に於いて、小型・薄型・携帯容易性、デザインの自由度、質感(高級感)は重要な問題であり、アンテナ内蔵型・金属外装が望まれている。
腕時計の裏蓋・側の材料が金属の場合、一般的に受信アンテナを外装する。
この場合、受信アンテナのケースは受信性能を低下させない様にプラスチック等の非金属を用いる為、大きく突出した形状となり、小型・薄型、携帯容易性を損なうと共にデザインの自由度が著しく損なわれる。
さらに、外観的に質感の低い腕時計となってしまう。
又、本願出願人が実開平5−81787号公報(特許文献2)で開示している様に、芯にコイルを巻いたアンテナを文字板と風防の間に配置し、電波を妨げる金属製のケース本体から離すと同時に、ユニークなデザインとしたもの、或いは、国際公開WO95/27928号公報(特許文献3)には、腕時計の時計ケースの側部にアンテナを取り付けた構成の腕時計が開示されている。
然しながら、バンドにアンテナを配置した従来の構成では、バンドにアンテナが内蔵されているため電子機器本体との導通をとらなければならず、両者の接合部に十分な柔軟性を持たせることが出来ない。
又、腕時計の上面あるいはその側面にアンテナを配置した構成のものは、アンテナを時計本体の金属部から離すために、時計全体の厚さ或いは大きさが増してしまったり、デザイン上の制約を受けるといった問題がある。
然しながら、上記の従来例では、ガラス或いはセラミックスを使用する為に、時計としての厚みが厚くなると言う問題が有った。
その為、従来では、高級感をもつ完全金属外装の電波修正時計は、実現されていないのが現状である。
即ち、図1及び図2は、本発明に係る電波修正時計1の一具体例を示すブロックダイアグラム及び模式平面図であって、図中、基準信号を出力する基準信号発生手段31と、該基準信号に基づき計時情報を出力する計時手段32と、該計時情報をもとに時刻を表示する表示手段33と、基準時刻情報を持つ標準電波を受信する受信手段34と、該受信手段34からの受信信号に基づき前記計時手段32の出力時刻情報を修正する電波修正時計1に於いて、当該受信手段34は、少なくとも一つの導体11を巻き付けてコイルを形成したコイル巻付部21と、導体11を巻き付けていない非コイル巻付部22とで構成された閉鎖状の磁路6を有し、当該非コイル巻付部22は、当該コイル巻付部21を構成している磁性材料よりも透磁率の低い磁性材料で形成したアンテナ構造体2を含んでいる電波修正時計1が示されている。
尚、本具体例に於ける共振周波数は、40KHzを採用した。
又、本実験に於ける測定方法は後述する。
アンテナ単体 金属外装 減衰率(dB)
共 振 −31dB −62dB −32dB
非共振 −71.5dB −74.2dB −2.7dB
アンテナ単体 金属外装 減衰率(dB)
共 振 114 3 −31dB
此処で、共振アンテナの特性を表すQ値について説明する。
図17は、周波数とアンテナの出力との関係を示すグラフであり、図17中、最もアンテナ出力の高い周波数が共振周波数f0となる。
Q値=共振周波数f0÷(f2−f1)
即ち、当該Q値の値が高い程、アンテナ構造体として優れていると判断される。
つまり、当該Q値は、その値が高い程、アンテナ構造体としての性能は良いと判断される事になり、換言すれば、エネルギー損失の程度の大小を示す指標でもある。
尚、本発明に於いては、当該Q値の値を高くすることは、入力された外部電波から不用なノイズを除去する事が可能となり、それによって、所定の周波数に対する感度を向上させることが可能となるので、フィルター機能を発揮する事が出来、この点からもQ値が高い事が望まれる。
その結果、Q値が低下し、アンテナの出力が著しく低下している。
その為、本発明に於いては、当該アンテナ構造体2を金属材料と接触して配置するかその近傍に配置した場合に、十分なアンテナ出力を確保する為に、当該Q値の値の低下を如何に防止して、実用上、問題の無い程度のアンテナ出力の低下で抑えられるかを検討した結果、本発明に到達したものであり、基本的には、電波を受信するアンテナ構造体2であって、当該アンテナ構造体2は、外部電波による磁束4を受信出来るが、共振時には、共振により発生する磁束7が外部に漏れにくい磁路6の構造を有しており、当該磁路6は導体11が巻き付けられコイルが形成されているコイル巻付部21と、導体11が巻き付けられていない非コイル巻付部22とから構成されているアンテナ構造体とする事によって、上記した従来の問題を解決し、実用的に問題の無い小型で、薄型、且つ製造コストの低い、電波利用の電波修正時計に適したアンテナ構造体を容易に製造可能とすることが出来たものである。
更に、本発明に於いては、当該アンテナ構造体2に関し、外部電波の受信を妨げない様にするには、例えば、当該コイル巻付部21の実効透磁率よりも、当該非コイル巻付部22の実効透磁率を小さく、且つ、当該非コイル巻付部22が存在しない場合に於ける当該コイル巻付部21が共振した際に発生する磁束が通る空気中の磁路よりも当該実効透磁率が大きくなる様に構成する事が必要である。
一方、本発明に於いては、当該コイル巻付部21と当該非コイル巻付部22に入った外部電波の磁束は、実効透磁率の大きなコイル巻付部21側を主に流れる事によって、当該コイル部8に起電力を発生し、その起電力により、共振が起こり、当該共振により発生した磁束は、当該コイル巻付部21から空気中に流れるよりも、空気中の実効透磁率よりも大きな実効透磁率を持つ当該非コイル巻付部22に主に流れる事になるので、結果として、アンテナ構造体外部に漏れる磁束が減少するのである。
アンテナ単体 時計実装時
利得 −31dB −40dB前後(約1/3)
Q値 114 40前後(約1/3)
つまり、図4では、各アンテナの金属板材が無い場合のQ値と当該板材がBS、Ti、及びSUSである場合のそれぞれについてQ値を測定しその減衰率をdBで表示したものであり、又図5は、図4と同様の資料について、利得を測定し、そのdB値を逆の棒グラフで示したものである。
又、板材のため、金属外装を使用する場合に比べて、Q値の減衰率が6dB程度小さいことが判る。
材料 従来のアンテナ 本願発明のアンテナ
BS 1/4 1/1.2
SUS 1/9 1/2.8
Ti 1/9 1/2.8
上記図6から理解される様に、当該アンテナのQ値は、当該ギャップを調整する事によって向上させることが可能であり従って、当該アンテナの利得も改善することが可能である事を示している。
上記した様に、本発明に於ける当該アンテナ構造体2が金属材料3と接触しているかその近傍に金属材料3が存在している場合であっても、そのQ値の低下率が大幅に抑制され、実用的には、当該金属材料の存在有無に関係なく、良好な受信性能を発揮出来るアンテナ構造体2を容易に且つ低コストで得られるのである。
更に、本発明に於いては、図18(C)に示す様に、当該非コイル巻付部22内にギャップ10が設けられている事も好ましい。
一方、図18(D)に示す様に当該ギャップ10の少なくとも一部が、当該アンテナ構造体2に於ける外部電波が到達する面に存在している事は好ましくないので、図18(A)〜(C)に示す様に当該ギャップ10は、当該コイル巻付部21の外部電波が到達する面とは反対側の側面に形成されていることが望ましい。
更に、本発明に於いては、当該コイル巻付部21と当該非コイル巻付部22の断面積が互いに異なる様に構成されていても良く、又、当該コイル巻付部21と当該非コイル巻付部22とは、それぞれ互いに独立した構成体を形成しており、当該コイル巻付部21に導体11を巻き付けコイル8が形成された後に当該コイル巻付部21と当該非コイル巻付部22とを一体化した構成を採用する事も可能である。
更に、本発明に於いて当該アンテナ構造体2の近傍に配置される当該金属外装3の具体例としては、例えば、裏蓋及び側を含んでいる時計の外装部、文字盤、モーター、ムーブメント、電池、太陽電池(SUS基板太陽電池)、腕バンド、ヒートシンク等を含むものである。
即ち、ヒューレッドパッカード社(HP)製のネットワークアナライザー(4195A)と同ヒューレッドパッカード社(HP)製の高周波プローブ(85024A)及びナショナル(松下電器)の送信アンテナ(テストループ 75Q,VQ−085F)とを、図14に示す様に接続してアンテナ評価回路を構成し、当該送信アンテナ(テストループ 75Q,VQ−085F)の近傍に被測定アンテナを接続する当該高周波プローブ(85024A)とサンプル支持部を配置し、当該サンプル支持部に所定の被測定アンテナをセットした後、当該送信アンテナ(テストループ 75Q,VQ−085F)より所定の電波を発信し、当該被測定アンテナの出力を当該高周波プローブ(85024A)で検出して当該ネットワークアナライザー(4195A)で所定のアンテナ評価をする様に構成したものである。
更に、上記具体例に於いて、当該送信アンテナ(テストループ 75Q,VQ−085F)から発信される電波の周波数は、40KHz用の共振アンテナを測定する場合、20〜60KHzの範囲で変化させて測定した。
又、上記の測定装置により当該40KHz用の共振アンテナの利得とQ値を測定する方法を図17を参照しながら説明する。
その結果を図4及び図5に示す。
図4に於いて、従来のアンテナ単体のQ値を基準として、減衰率(dB表示)で測定結果を示した。
上記の実験結果から明らかな通り、本発明にかかる当該アンテナ構造体2は従来の問題点を明らかに改善する有用な発明であることが理解される。
次に、上記した本発明に於いて使用されるアンテナ構造体2を実現するための具体的な構成の例を以下に説明する。
当該ギャップ10は、前記で説明した様に、空気が介在するもので有ってもよく、又、適宜の膜層が介在しているもので有ってもよく、更には、適宜のスペーサーが介在しているもので有っても良いので、当該ギャップ10部分は、磁気抵抗が当該磁路における磁気抵抗よりも大きくなり、従って、当該磁路(コア)6の閉ループの一部に磁気抵抗が異なる部分が形成される事になる。
換言すれば、当該アンテナ構造体2の磁路6が閉鎖状の磁路を形成しているので、当該アンテナ構造体2が共振している際に当該アンテナ構造体2から出力される共振により発生する磁束7の流れが、図2に示す様に、閉鎖状のループ型磁路6に沿って主に流れるので、当該アンテナ構造体2から当該金属材料で構成された例えば、外装部3に当該磁束が漏れることが回避され、従って、当該金属外装部3に漏れた磁束が渦電流を発生して当該磁束のエネルギーを低下させる事がない。
上記の説明から明らかな通り、本発明に於ける別の具体例としては、磁気抵抗を上記した様な関係に設定したものであり、基準信号を出力する基準信号発生手段31と、該基準信号に基づき計時情報を出力する計時手段32と、該計時情報をもとに時刻を表示する表示手段33と、基準時刻情報を持つ標準電波を受信する受信手段34と、該受信手段34からの受信信号に基づき前記計時手段32の出力時刻情報を修正する電波修正時計1に於いて、当該受信手段34は、少なくとも一つの導体11を巻き付けてコイルを形成したコイル巻付部21と、導体11を巻き付けていない非コイル巻付部22とで構成された閉鎖状の磁路6を有し、当該非コイル巻付部22の磁気抵抗を当該コイル巻付部21の磁気抵抗よりも大きくなる様に構成とした電波修正時計1である。
そして、本発明に於ける上記別の具体例に於いても、当該ギャップ10は、当該非コイル巻付部22内に形成されたものであっても良く、或いは、図7に示す様に、当該非コイル巻付部22と当該コイル巻付部21との間、つまり双方の接合部15の少なくとも一方にギャップ10が設けられているもので有っても良い。
これは、図示の通り、当該コイル巻付部21では、その周りに巻き線11を巻きつける必要があり、その為、当該コイル巻付部21の断面積が大きいと当該巻き線を巻きつけた後の断面積も大きくなり、例えば、時計の厚みを厚くしてしまい、薄型の時計を製造できなくなると言う問題を発生させることになる。
かかる構成によって、外部からアンテナ内に入った磁束の殆どは、当該コイル巻付部のアンテナコア部9に入るので利得が向上する。
尚、図11中、44は金属材料からなる導電性の外装部であり、45は表示手段を構成する時分針である。
更には、金属外装内にアンテナを収納した場合でも、利得の低下をきたす事のない、商品価値の高い電波修正時計が容易に得られるのである。
2、102 アンテナ構造体
3、103 外装部、金属外装
4、104 外部電波による磁束
6、106 磁路
7、107 磁力線(磁束)
8 コイル部
9、9’ アンテナコア部
10 ギャップ
11 巻き線部
13 磁路端部
14 端部同士の対向部
15 接合部
16 ボビン
17 スペーサー、突起部、ビーズ
18 巻き枠
19 端面
20 絶縁材料
21 コイル巻付部
22 非コイル巻付
23 両側部
26 アンテナコア部の端面以外の表面部
27 アンテナコア部の端面以外の表面部
28 アンテナコア部の中心軸線
31 基準信号発生手段
32 計時手段
33 表示手段
34 受信手段
35 出力時刻修正手段
40 演算処理部、マイコン
41 第2の変換機(モーター)
42、44 金属外装部
43 ガラス風防
46 文字板
45 時分針
51 時計の外縁部
52 受信IC
53 フィルター水晶振動子
54 32KHzの水晶振動子
55 輪列
56 竜頭
57 裏周り機構
58 第1の変換機(モーター)
59 電池
Claims (3)
- 金属製の外装部と、
基準信号を出力する基準信号発生手段と、
該基準信号に基づき計時情報を出力する計時手段と、
該計時情報をもとに時刻を表示する表示手段と、
基準時刻情報を持つ標準電波を受信する受信手段と、
該受信手段からの受信信号に基づき前記計時手段の出力時刻情報を修正する電波修正時計に於いて、
当該受信手段は、少なくとも一つの導体を巻き付けてコイルを形成したコイル巻付部と、導体を巻き付けていない非コイル巻付部を用いて構成されたループ状の閉鎖磁路を有するとともに、前記ループ状の閉鎖磁路における前記非コイル巻付部の一部若しくは前記コイル巻付部と前記非コイル巻付部との間に、エアギャップ、又は、前記コイル巻付部及び前記非コイル巻付部とは異なる材料で構成された層状体からなる磁気的ギャップ部を備え、
当該非コイル巻付部は、当該コイル巻付部を構成している磁性材料よりも透磁率の低い磁性材料で形成したことを特徴とする電波修正時計。 - 金属製の外装部と、
基準信号を出力する基準信号発生手段と、
該基準信号に基づき計時情報を出力する計時手段と、
該計時情報をもとに時刻を表示する表示手段と、
基準時刻情報を持つ標準電波を受信する受信手段と、
該受信手段からの受信信号に基づき前記計時手段の出力時刻情報を修正する電波修正時計に於いて、
当該受信手段は、少なくとも一つの導体を巻き付けてコイルを形成したコイル巻付部と、導体を巻き付けていない非コイル巻付部を用いて構成されたループ状の閉鎖磁路を有し、
当該ループ状の閉鎖磁路における前記コイル巻付部のアンテナコア部がコイル部より外方部に延展している部分と前記非コイル巻付部との間に、エアギャップ、又は、前記コイル巻付部及び前記非コイル巻付部とは異なる材料で構成された層状体からなる磁気的ギャップ部を備え、
当該非コイル巻付部の磁気抵抗を当該コイル巻付部の磁気抵抗よりも大きくなる様に構成したことを特徴とする電波修正時計。 - 当該コイル巻付部と、当該非コイル巻付部とを互いに独立した構成体で形成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の電波修正時計。
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JPH08307141A (ja) * | 1995-05-08 | 1996-11-22 | Casio Comput Co Ltd | アンテナ |
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2007
- 2007-03-28 JP JP2007083471A patent/JP4680226B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
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JPH08307141A (ja) * | 1995-05-08 | 1996-11-22 | Casio Comput Co Ltd | アンテナ |
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