(57)【要約】【課題】  従来よりも小型でありながら従来品と同等以上の電波受信性能を有する電子機器および電波時計を提供する。【解決手段】  標準電波の受信素子としてＭＩ素子からなるセンサ素子５０５Ｃを有したアンテナチップ５０としたので、標準電波の受信特性がアンテナの体積に依存せず、そのことによってチップサイズに小型化されたアンテナ５であっても標準電波を感度良く受信することが可能になる。また、アンテナチップ５０は、既存の半導体性製造装置および半導体製造プロセスに基づいてＳｉウエハーから一括生産することができ、生産性に優れる。【選択図】        図１
2006140942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電波による磁界を検出する磁気抵抗素子部と、前記電波による磁界を集磁する集磁構造部とを有する電子機器。
【請求項２】
前記集磁構造部は、径と長さの比が１：１０から１：５０の範囲で形成されることを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
標準電波による磁界を検出する磁気抵抗素子部と、
前記標準電波による磁界を集磁する集磁構造部とを有する電子機器。
【請求項４】
標準電波による磁界を検出する磁気抵抗素子部と、
前記標準電波による磁界を集磁する集磁構造部と、
前記集磁構造部で集磁した前記標準電波を含む電波から前記標準電波を取り出すフィルタ部とを有する電子機器。
【請求項５】
前記磁気抵抗素子部は、磁界検出方向に沿った複数本の直線部分が所定間隔で配置されるとともに、順次折り返すように連結され、電気的に直列接続されたつづら折り状パターンであることを特徴とする請求項３または４に記載の電子機器。
【請求項６】
前記磁気抵抗素子部は、前記フィルタ部とともに基板上に一体的に設けられることを特徴とする請求項４に記載の電子機器。
【請求項７】
前記基板は、前記磁気抵抗素子部および前記フィルタ部を積層して有することを特徴とする請求項６に記載の電子機器。
【請求項８】
標準電波による磁界を検出する磁気抵抗素子部と、
前記標準電波による磁界を集磁する集磁構造部と、
前記集磁構造部で集磁した前記標準電波を含む電波から前記標準電波を取り出すフィルタ部とを有する電波時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器に関するものであり、特に、腕時計型の電波時計に用いられる標準電波受信用の電子機器、および電波時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子機器の進歩により、身の回りの様々なものに電子機器が用いられるようになってきている。これらの電子機器は、単独で使用されるものもあるが、電波の送受信を行うことで、外部からのデータを取り入れ駆動する電子機器も多い。
【０００３】
例えば、電波時計などは、日本においては２箇所から発せられる標準時刻電波を、時計自信が自動的に受信し、当該電波に含まれる情報を基に自ら時刻を調整することで常に正確な時刻の表示が可能となる（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
また、近年の電子機器の進歩は、各電子機器の小型化を容易にしてきている。そのため、従来の電子機器に外部からのデータを取り入れるという機能が追加されても、電子機器全体の大きさは代わることなく、従来のサイズの維持が可能となっている。
【特許文献１】特開２００１−１０２８３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、電子機器間で送受信される電波信号は、常に十分な強度を有しているとは限らず、受信環境によっては微弱な電波信号を受信せざるを得ない場合もある。電波信号を検知、受信するためには、センサ部とアンテナ部とが必要とされるが、電波の受信感度を向上させるにはセンサ部とアンテナ部とのいずれか或いは双方の感度を上げる必要があり、そのためにはある程度のサイズが必要とされ、小型化が制限されていた。
【０００６】
そのため、元々のサイズの小さな電子機器に関しては、新たに電波受信機能を追加するためには、従来のサイズを維持することが困難であり、少なくとも一回りは大きなサイズとなってしまうという問題があった。例えば、腕時計に電波時計の機能を追加した場合には、当該機能を有さない腕時計と同等サイズまで小型化することは困難で、やや大きめのサイズの腕時計となってしまっていた。
【０００７】
従って、本発明の目的は、従来よりも小型でありながら従来品と同等以上の電波受信性能を有する電子機器および電波時計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の目的を達成するため、電波による磁界を検出する磁気抵抗素子部と、前記電波による磁界を集磁する集磁構造部とを有する電子機器を提供する。
【０００９】
前記集磁構造部は、径と長さの比が１：１０から１：５０の範囲で形成されることが望ましい。
【００１０】
また、本発明は、標準電波による磁界を検出する磁気抵抗素子部と、前記標準電波による磁界を集磁する集磁構造部とを有する電子機器を提供する。
【００１１】
また、本発明は、標準電波による磁界を検出する磁気抵抗素子部と、前記標準電波による磁界を集磁する集磁構造部と、前記集磁構造部で集磁した前記標準電波を含む電波から前記標準電波を取り出すフィルタ部とを有する電子機器を提供する。
【００１２】
前記磁気抵抗素子部は、複数のセンサ素子を平行に配列して形成されているものであってもよい。
【００１３】
前記磁気抵抗素子部は、前記フィルタ部とともに基板上に一体的に設けられるものであってもよい。
【００１４】
前記基板は、前記磁気抵抗素子部および前記フィルタ部を積層して有するものであってもよい。
【００１５】
また、本発明は、標準電波による磁界を検出する磁気抵抗素子部と、前記標準電波による磁界を集磁する集磁構造部と、前記集磁構造部で集磁した前記標準電波を含む電波から前記標準電波を取り出すフィルタ部とを有する電波時計を提供する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の電子機器によれば、従来のものよりも小型でありながら、同等の感度で電波を受信することができるので、電子機器をこれまで以上に小型化することができる。
【００１７】
また、本発明の電波時計によれば、従来の電波受信用アンテナよりも小型なアンテナを搭載できるので、通常の腕時計と同程度のサイズの腕時計型電波時計を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。
【００１９】
（腕時計型電波時計の構成）
図１（ａ）は、本発明の実施例における腕時計型電波時計の本体部分の正面外観図である。また、図１（ｂ）は、本発明の実施例における腕時計型電波時計の内部構造を視認可能とした状態における正面外観図である。
【００２０】
腕時計１は、金属材料等の機械的強度を有する腕時計ケース２と、腕時計ケース２の側部に設けられて腕時計の表示にかかる調整を行うための調整部３と、腕時計１をユーザーの腕等に装着するためのベルト部４とを有し、腕時計ケース２の表面に、長針１Ａ、短針１Ｂおよび文字盤１Ｃが配置されている。また、長針１Ａ、短針１Ｂおよび文字盤１Ｃは、サファイアガラス等の図示しない透明保護部材によって可視的に覆われており、腕時計ケース２の内部には、アンテナ５、バックメタル６および針駆動部７がそれぞれ配置されている。
【００２１】
アンテナ５は、バックメタル６上部に設けられるアンテナ収容部６Ａに収容されており、腕時計ケース２の上縁部に沿うように円弧形状を成しており、標準電波の受信回路を有するアンテナチップ５０と、アモルファス系金属からなる薄膜状磁性材を積層することにより形成される積層コア部５１と、アンテナチップ５０の両側に一対の積層コア部５１を一体的に封止する封止樹脂部５２より構成される。
【００２２】
アンテナチップ５０は、積層コア部５１によって集磁された電波を感知することにより当該電波を受信する。アンテナチップ５０の詳細については後述する。積層コア部５１は、アンテナチップ５０への磁束の集磁性を高めるために設けられる。封止樹脂部５２は、アンテナチップ５０が積層コア部５１によって集磁した電波を受信可能な位置に固定されるよう、アンテナチップ５０と積層コア部５１とを位置決めするために用いられる。
（アンテナチップの構成）
【００２３】
図２は、アンテナチップ５０の斜視図である。アンテナチップ５０は、所定の回路パターンを有して形成される配線層５０１と、Ｓｉからなる基板５０２と、絶縁層であるＳｉＯ層５０３およびＳｉＮ層５０４と、標準電波の受信部としての磁気抵抗素子部５０５と、アンテナチップ５０を外部回路に電気的に接続するための半田５０６と、基板５０２，ＳｉＯ層５０３，ＳｉＮ層５０４、および磁気抵抗素子部５０５を一体的に封止する絶縁性樹脂材料からなる封止樹脂部５０７より構成される。
【００２４】
配線層５０１は、基板５０２上に配置され、その上には、第１の絶縁層であるＳｉＯ層５０３と第２の絶縁層であるＳｉＮ層５０４が積層され、配線層５０１は、基板５０２とＳｉＯ層５０３との間に挟入されている。配線層５０１には、基板５０２上に配置された、信号増幅部５０８、Ａ／Ｄ変換部５０９およびフィルタ部５１２（いずれも図４参照）と接続される。
【００２５】
ＳｉＮ層５０４の上には、更に封止樹脂部５０７が配置され、その内側には、磁気抵抗素子部５０５が封止されている。
【００２６】
磁気抵抗素子部５０５は、銅電極５０５Ａ、５０５Ｂと、銅電極５０５Ａ、５０５Ｂと接続されるセンサ素子５０５Ｃとからなる。銅電極５０５Ａ、５０５Ｂは、その一端が配線層５０１とパッド５０１Ａを介して接続されており、他の一端は半田チップ５０６と接続されている。そして、半田チップ５０６を介して、アンテナチップ５０と腕時計１の図示しない制御回路とが電気的に接続される。ＳｉＯ層５０３、ＳｉＮ層５０４および封止樹脂部５０７は、配線層５０１が銅電極５０５Ａ、５０５Ｂと接続するために欠切されており、そのことによって基板５０２の表面の一部が露呈し、配線層５０１の端部が露出している。
【００２７】
センサ素子５０５Ｃは、高い透磁率を有する磁性薄膜であるＭＩ（マグネトー・インピーダンス）素子としての組成を有する物質ＣｏｘＮｂｙＺｒｚをスパッタで薄膜状に形成したものである。この薄膜状のＭＩ素子は、図示するように磁界検出方向に沿った複数本の直線部分が所定間隔で配置されるとともに、順次折り返すように連結され、電気的に直列接続されたつづら折り状パターンである。このセンサ素子５０５Cは、積層コア部５１によって集磁され、近傍を通過する標準電波を感知することで、標準電波を受信する。センサ素子５０５ＣとしてＭＩ素子を使用することにより、アンテナチップ５０の小型化が可能となる。
（集磁構造部の構成）
【００２８】
図３は、本発明に係るアンテナの集磁構造部の好適な実施形態の構成を示す図である。図３（ａ）は、薄膜状磁性材５１０を複数枚積層することで、アンテナの芯部５１０Ａが構成されていることを示している。このようにして得られた芯部５１０Ａを図３（ｂ）に示すように、熱収縮チューブ５１１に挿入し、その後熱収縮チューブを収縮させることで、芯部５１０Ａと熱収縮チューブ５１１とが密着し、図３（ｃ）に示すようにアンテナの積層コア部５１が得られる。本実施の形態では、集磁構造部として積層コア部を２分割ないしは２本用意し、その間隙に磁気抵抗素子部としてのアンテナチップ（図示せず）を埋設するものである。
［アンテナチップの構成］
【００２９】
図４は、アンテナチップ５０の構成を示すブロック図である。基板５０２上には、信号増幅部５０８、Ａ／Ｄ変換部５０９およびフィルタ部５１２がそれぞれ配置され、電気的に接続されている。更に、磁気抵抗素子部５０５も電気的に接続している。
【００３０】
（本実施の形態の動作）
積層コア部５１によって集磁された標準電波を感知すると、磁気抵抗素子部５０５は当該電波を受信する。そして、当該電波に対応する電気信号が磁気抵抗素子部５０５から信号増幅部５０８へ出力される。
【００３１】
信号増幅部５０８は、磁気抵抗素子部５０５から受信した電気信号を増幅する。磁気抵抗素子部５０５が受信した標準電波のレベルが微弱なものであると、信号増幅部５０８へと送信される電気信号もそれに対応して微弱なものとなる。信号増幅部５０８は、受信した微弱な標準電波を所定のレベルまで増幅してＡ／Ｄ変換部５０９に出力する。
【００３２】
但し、磁気抵抗素子部５０５は、標準電波信号だけでなく他の雑信号をも同時に受信してしまうので、当該雑信号も増幅されることとなる。これについては、後述するフィルタ部５１２でフィルタリングを行う。
【００３３】
Ａ／Ｄ変換部５０９は、信号増幅部５０８において増幅された標準電波信号を、アナログ信号からデジタル信号へと変換し、変換された信号をフィルタ部５１２に出力する。
【００３４】
フィルタ部５１２は、Ａ／Ｄ変換部５０９でデジタル信号に変換された標準電波信号から、磁気抵抗素子部５０５によって同時に受信された雑信号を取り除き、必要とする標準電波信号を抽出し、針駆動部７に出力する。針駆動部７は、標準電波信号に基づき時刻修正を行うので、常に正しい時刻表示が可能となる。
［アンテナチップによる電波の受信］
【００３５】
図５は、アンテナチップ５０が集磁された磁束を検出する様子を示す図である。この図５は、図１（ｂ）における樹脂封止部５２の部分を拡大したものである。磁束６０は、アンテナ５の積層コア部５１によって集磁される。積層コア部５１は、アンテナチップ５０を挟むように２本直列に配置している。そのため、積層コア部５１により集磁された磁束は、束をなしたままアンテナチップ５０の近傍を通過する。アンテナチップ５０に対峙する積層コア部５１の端部がテーパ形状を有しているのは、集めた磁束がアンテナチップ５０の側方を通過しないようにしたものである。
【００３６】
アンテナチップ５０は、封止樹脂部５２によって、積層コア部５１との位置関係が固定されるように封止されている。アンテナチップ５０の受信感度は、センサ素子５０５Ｃ部分の単位面積当たりに通過する磁束の数に依存することから、積層コア部５１は集磁した磁束６０がアンテナチップ５０の部分を通過するように位置決めされる。
【００３７】
（本実施の形態の効果）
上記した実施の形態によれば、標準電波の受信素子としてＭＩ素子からなるセンサ素子５０５Ｃを有したアンテナチップ５０としたので、標準電波の受信特性がアンテナの体積に依存せず、そのことによってチップサイズに小型化されたアンテナ５であっても標準電波を感度良く受信することが可能になる。
【００３８】
一般に、標準電波による電界は、以下のように示される。
Ｅ／Ｈ＝ＳＱＲ（μ／ε）      −−−（１）
ここで  Ｅ：電界強度〔Ｖ／ｍ〕
Ｈ：磁界〔Ｖ／ｍ〕
ε：誘電率
ＳＱＲ（μ／ε）＝（μ／ε）１／２
【００３９】
上記（１）式のＥ／Ｈは、真空中で１２０πとなり、大気中でもほぼ同等となることから、以下の説明では大気中の電界特性について、真空中の科学定数を適用して説明する。
【００４０】
また、Ｂ＝μＨ      −−−（２）
Ｂ：
であることから、（１）式より
Ｈ＝Ｅ／ＳＱＲ（μ／ε）
Ｈ＝Ｅ／１２０πであるので、（２）式に代入すると、
Ｂ＝Ｅ×４πｘ１０−７／１２０π      −−−（３）
ここで、電界強度を４０ｄＢμＶ／ｍ（１００μＶ／ｍ）（標準電波による電界強度の下限）として計算すると、
Ｂ（４０ｄＢμＶ／ｍ）≒０．３３３×１０−１２＝０．３３３〔ｐＴ〕となる。
この電界強度は、標準電波の空間磁界に対して検出範囲外となる。
【００４１】
これに対し、本実施の形態によるアンテナ５では、周辺空間の磁束を集めて集磁体内では単位断面積当たりの磁束密度は周辺空間に比べて２〜４桁での増大がなされ、中心部で最大となることから、例えば、集磁体の太さ（直径）を２ｍｍ（ｆ）φとしたとき、長さ３ｃｍ〜５ｃｍにおいて空間磁界がコンマ数ｐＴ（ピコテスラ）のとき、中心部断面積当たりの磁束強度（密度）数ｎＴ（ナノテスラ）となる。そのため、標準電波による磁界をＭＩ素子で検出可能な強度とすることができる。本実施の形態では、標準電波による磁界をＭＩ素子で検出可能な強度とするには集磁体の太さ（直径）：集磁体の長さとして１：１０〜１：５０が好適である。
【００４２】
磁界検出型の従来の巻線コイル型アンテナでは、空間磁界を信号に変換するにあたって信号変換性がアンテナ自体の体積に一義的に依存することから、信号変換性の確保という点においてアンテナ自体のサイズダウンに限界がある。一方、本実施の形態で説明した磁気抵抗素子によれば、構造上、単位空間断面積当たりの磁束密度に依存するので、小型化しても空間磁界の実用的な信号変換性を得ることができる。
【００４３】
また、アンテナチップ５０は、既存の半導体性製造装置および半導体製造プロセスに基づいてＳｉウエハー上に配線層５０１および磁気抵抗素子部５０５を積層化しながら一体的に設けることができる。また、一度に多数のアンテナチップ５０を一括生産でき、生産性に優れる。
【００４４】
また、積層コア部５１は、複数枚の薄膜状磁性材５１０を積層した芯部５１０Ａを有することにより、可撓性を有し、図１（ｂ）に示すような円弧形状に容易に変形させることができる。なお、積層コア部５１の形状は上述した円弧形状に限定されず、くの字型等の他の形状に変形させることができる。
【００４５】
なお、本実施形態における腕時計型電波時計は腕時計ケース２の正面部に長針、短針および文字盤のみを備えるものであるが、本発明はこれに限らず、日付や曜日の表示窓、秒針、デジタル表示部等を備えるものであってもよい。
【００４６】
また、上記した実施の形態は、腕時計型の電波時計に関するものであるが、腕時計型の電波時計に限られるものでなく、外部から電波を受信する機能を有する電子機器に関して適用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る電子機器の好適な実施例である腕時計型電波時計の、（ａ）本体部分の正面外観図、（ｂ）内部構造を視認可能とした状態における正面外観図である。
【図２】本発明に係る電子機器におけるアンテナチップの斜視図である。
【図３】本発明に係る電子機器におけるアンテナの集磁構造部の好適な実施形態の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る電子機器におけるアンテナチップの構成を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る電子機器におけるアンテナチップが集磁された磁束を検出する様子を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１、腕時計  １Ａ、長針  １Ｂ、短針  １Ｃ、文字盤
２、腕時計ケース  ３、調整部  ４、ベルト部  ５、アンテナ
６、バックメタル  ６Ａ、アンテナ収容部  ７、針駆動部
５０、アンテナチップ  ５１、積層コア部  ５２、封止樹脂部
６０、磁束  ５０１、配線層  ５０１Ａ、パッド  ５０２、基板
５０３、ＳｉＯ層  ５０４、ＳｉＮ層  ５０５、磁気抵抗素子部
５０５Ａ，５０５Ｂ、銅電極  ５０５Ｃ、センサ素子
５０６、半田チップ  ５０７、封止樹脂部  ５０８、信号増幅部
５０９、Ａ／Ｄ変換部  ５１０、薄膜状磁性材  ５１０Ａ、芯部
５１１、熱収縮性チューブ  ５１２、フィルタ部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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