(57)【要約】【課題】  単一のモデル数で最適な通信特性を得ることができる非接触データ通信用アンテナモジュールおよびこれを備えた時計を提供する。【解決手段】  アンテナモジュール３０を構成する同調用コンデンサ３４として、少なくとも１つの容量可変型のコンデンサ素子３４ａを含む構成とすることにより、他の容量固定型のコンデンサ素子３４ｂ，３４ｃの容量のバラツキの影響を受けずにアンテナモジュール３０単体として所望の共振周波数への調整が可能となる。また、腕時計２１のケース本体２２への組付後における共振周波数の調整が可能であるので、単一モデルのアンテナモジュール３０で複数種のケース本体に対応することができるようになり、製造面、管理面の作業コスト低減を図ることができる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベース基板と、このベース基板上に形成されたループ状のアンテナコイルと、このアンテナコイルに電気的に接続されたＩＣチップおよび同調用コンデンサとを有する非接触データ通信用アンテナモジュールにおいて、
前記同調用コンデンサは、少なくとも１つの容量可変型コンデンサを含んでなる
ことを特徴とする非接触データ通信用アンテナモジュール。
【請求項２】
前記同調用コンデンサは、並列接続された容量可変型および容量固定型の複数のコンデンサでなる
ことを特徴とする請求項１に記載の非接触データ通信用アンテナモジュール。
【請求項３】
ベース基板上に形成されたループ状のアンテナコイルにＩＣチップおよび同調用コンデンサを電気的に接続してなる非接触データ通信用アンテナモジュールが、ケース本体に内蔵されている時計において、
前記同調用コンデンサは、少なくとも１つの容量可変型コンデンサを含んでなり、前記ケース本体の外部から容量調整可能とされている
ことを特徴とする時計。
【請求項４】
前記同調用コンデンサは、並列接続された容量可変型および容量固定型の複数のコンデンサでなる
ことを特徴とする請求項３に記載の時計。
【請求項５】
前記ケース本体の一部には、前記ベース基板上の容量可変型コンデンサと対向する位置に治具挿通用の貫通孔が設けられている
ことを特徴とする請求項３に記載の時計。
【請求項６】
前記貫通孔は、前記ケース本体の底壁に形成されており、密閉性の蓋体により着脱自在に閉塞されている
ことを特徴とする請求項５に記載の時計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification）技術を用いた非接触データ通信用アンテナモジュールおよびこれを備えた時計に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ＲＦＩＤ技術を利用した非接触データ通信媒体として非接触ＩＣカードが知られている。非接触ＩＣカードは、鉄道の出改札システムに代表される交通系用途を中心として、工場等における製品・生産管理、建物等の入退出管理システム等に広く利用されている。
【０００３】
非接触ＩＣカードは、非接触データ通信用のアンテナモジュールを複数枚のカード構成シートで挟み込むことによって構成され、別設のリーダーライタに載置または近接させることによって通信が行われる。アンテナモジュールは、ループ状のアンテナコイルと、このアンテナコイルに電気的に接続されたＩＣチップを含む回路部品とで構成されており、アンテナコイルに発生した誘導電流から電源電圧を抽出して、ＩＣチップから情報を読み出したり、ＩＣチップへ情報を書き込む。
【０００４】
さて、非接触データ通信媒体は、規格化されたカード形状のものに限らず、例えば、腕時計に上記アンテナモジュールを内蔵させたものがあり、一部の地域で交通系用途に利用が開始されている。
【０００５】
このアンテナモジュールを備えた従来の腕時計１は、図４に示すように、プラスチック製の上本体部２Ａと下本体部２Ｂと透明な表示窓２Ｃとで形成されるケース本体２の内部に、ムーブメント３および文字盤４が設けられている。ムーブメント３には、秒針５、分針６および時針７が文字盤４を介して取り付けられているとともに、竜頭８を備えた操作軸９が上本体部２Ａを貫通して取り付けられている。非接触データ通信用のアンテナモジュール１０は、文字盤４の下面側に取り付けられている。
【０００６】
アンテナモジュール１０は、図５に示すように、円形状のベース基板１１の上に形成されたループ状のアンテナコイル１２と、ベース基板１１の上に実装されたＩＣチップ１３および同調用コンデンサ１４とで構成されている。ＩＣチップ１３には、非接触データ通信に必要な信号処理回路が内蔵されているとともに、所定の通信用データ（情報）が格納されている。また、同調用コンデンサ１４は、複数の容量固定型セラミックチップコンデンサ素子１４ａ〜１４ｃを並列接続してなるもので、アンテナモジュール１０の通信周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）の同調をとるためのものである。
【０００７】
なお、この出願の発明に関連する先行技術文献を以下に示す。
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−６６１６９号公報
【特許文献２】特開平１０−３２５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところで、以上のように構成されるアンテナモジュール１０においては、同調用コンデンサ１４として複数のセラミックチップコンデンサ素子１４ａ〜１４ｃを用いているが、これらセラミックコンデンサ素子１４ａ〜１４ｃの容量にはバラツキがあり、これがアンテナモジュール１０の共振周波数のバラツキをもたらす。
【００１０】
即ち、アンテナモジュール１０の共振周波数ｆは、コンデンサ１４の静電容量をＣ、アンテナコイル１２のインダクタンスをＬとしたとき、ｆ＝１／（２π√（ＬＣ））で表されるので、静電容量Ｃにバラツキがあると、これがアンテナモジュール１０の共振周波数にバラツキをもたらすことになる。
【００１１】
また、アンテナモジュール１０は、それが単体状態である場合と、ケース本体２に組み込まれた状態である場合とで、その共振周波数にズレが生じる。つまり、アンテナモジュール１０は、ケース本体２の内部においてムーブメント３等の金属部品が近くに存在することにより、モジュール単体状態のときと比べて共振周波数が変化する。また、共振周波数の変化量は一様ではなく、アンテナモジュールが組み込まれる時計の種類によって異なる値を示す。
【００１２】
このため、アンテナモジュール１０としては、時計への組込後に共振周波数の変動が生じることを考慮して、モジュール単体状態で共振周波数が１２．８ＭＨｚ、１３．０ＭＨｚ等の複数の共振周波数モデルをあらかじめ複数種類用意しておき、ユーザーが利用する時計に合わせて最適モデルのアンテナモジュールを選択することによって、理想周波数に合わせるようにしている。
【００１３】
しかしながら、上述の方法では、アンテナモジュールを内蔵した腕時計を必ずしも理想とする共振周波数へ合わせられるとは限らず、なかには、どのモデルのアンテナモジュールを組み込んでも通信特性が出ないものもあり得る。また、アンテナモジュールのモデル数を増やして対応範囲を広げることも考えられるが、製造面、管理面が複雑となるため、現実的でない。
【００１４】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、単一のモデル数で最適な通信特性を得ることができる非接触データ通信用アンテナモジュールおよびこれを備えた時計を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
以上の課題を解決するに当たり、本発明の非接触データ通信用アンテナモジュールは、ベース基板と、このベース基板上に形成されたループ状のアンテナコイルと、このアンテナコイルに電気的に接続されベース基板上に実装されたＩＣチップおよび同調用コンデンサとを備え、上記同調用コンデンサは、少なくとも１つの容量可変型コンデンサを含んでなることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明の時計は、上記構成の非接触データ通信用アンテナモジュールがケース本体の外部から容量調整可能とされていることを特徴とする。
【００１７】
本発明においては、同調用コンデンサに容量可変型コンデンサを含む構成とされているので、コンデンサ素子の容量のバラツキに関係なく、アンテナモジュール単体として所望の共振周波数への容量調整が可能となるとともに、ケース本体への組付後における共振周波数の調整を可能として常に最適な通信特性を得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１８】
以上のように、本発明によれば、アンテナモジュールの容量を可変として共振周波数の調整を自在としたので、コンデンサ素子の容量バラツキの影響を受けずに所望の同調周波数に調整できるとともに、単一モデルで多様なケース構造に対応できる非接触データ通信用アンテナモジュールを構成することができ、製造および管理コストの低減を図ることができる。
【００１９】
また、ケース本体の外部から容量調整が可能であるので、ケース本体への組付後においても周波数調整が容易となり、メンテナンス性の向上をも図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００２１】
図１〜図３は本発明の実施の形態を示している。ここで、図１は本実施の形態の非接触データ通信用アンテナモジュール３０を内蔵した腕時計２１のケース本体２２の断面図、図２はアンテナモジュール３０の平面図、図３は腕時計２１および別設のリーダーライタ４０の等価回路図である。なお、腕時計２１のバンド部の構成は省略している。
【００２２】
本実施の形態の腕時計２１は、上本体部２２Ａと下本体部２２Ｂと透明な表示窓２２Ｃとで形成されるケース本体２２の内部に、ムーブメント２３および文字盤２４が設けられている。ムーブメント２３には、秒針２５、分針２６および時針２７が取り付けられているとともに、竜頭２８を備えた操作軸２９が上本体部２２Ａを貫通して取り付けられている。そして、本発明に係る非接触データ通信用のアンテナモジュール３０は、文字盤２４の下面側に取り付けられている。
【００２３】
上本体部２２Ａおよび下本体部２２Ｂはそれぞれプラスチック材料で形成され、表示窓２２Ｃはガラスあるいは透明なプラスチック材料で形成されている。上本体部２２Ａと表示窓２２Ｃとは接着剤等を介して互いに一体化され、上本体部２２Ａと下本体部２２Ｃとは、例えばネジ結合あるいはスナップ係合等により互いに着脱自在とされている。
【００２４】
ムーブメント２３は、秒針２５と分針２６と時針２７とを文字盤２４の上方で回転させて時間表示させる各種機構部品および電子部品を内蔵した金属製あるいは合成樹脂製ケーシングを備えている。このムーブメント２３は、下本体部２２Ｂの略中央位置に形成された収納部３６に位置決め固定されている。そして、竜頭２８の回動操作を伝達する操作軸２９を介して、ムーブメント２３は時刻調整、更に必要に応じてゼンマイの巻動作が行われる。
【００２５】
文字盤２４は、その上面側が表示窓２２Ｃを介して時刻を視認させるための文字、数字等が表示された表示面とされており、ケース本体２２の上本体部２２Ａ内部の支持部３７により支持されている。また、文字盤２４の下面側に取り付けられているアンテナモジュール３０は、図２に示すような構成を有している。
【００２６】
アンテナモジュール３０は、円形状のベース基板３１の上に形成されたループ状のアンテナコイル３２と、ベース基板３１の上に実装されたＩＣチップ３３および同調用コンデンサ３４とで構成されている。ＩＣチップ３３および同調用コンデンサ３４は、アンテナコイル３２の一端に電気的に接続されている。
【００２７】
ベース基板３１は、ポリイミドフィルム等でなるフレキシブル基板あるいはエポキシ系基材等でなるリジッド基板で構成され、図示する円形状に限らず、四角形状等でもよい。ベース基板３１の中央には、ケース本体２２の内部においてムーブメント２３を収容するための孔３１ａが穿設されている。
【００２８】
アンテナコイル３２は、ベース基板３１の上にパターニング形成された銅、アルミニウム等の金属パターンでなり、スルーホールを介してベース基板３１の表裏面にわたって形成されている。なお、これ以外にも、銅やアルミニウム等の金属線材のループ体を直接、ベース基板３１上にスポット溶着等により固着配置してもよい。
【００２９】
同調用コンデンサ３４は、アンテナモジュール３０の共振周波数を所定の通信周波数（例えば１３．５６ＭＨｚ）へ調整するためのもので、本実施の形態では、１つの容量可変型セラミックチップコンデンサ素子３４ａと、２つの容量固定型セラミックチップコンデンサ素子３４ｂおよび３４ｃとで構成されている。
【００３０】
これら容量可変型セラミックチップコンデンサ素子３４ａと容量固定型セラミックチップコンデンサ素子３４ｂ，３４ｃとは、それぞれ並列に接続され、各コンデンサ素子３４ａ〜３４ｃの静電容量の和が同調用コンデンサ３４の全容量とされている。通信周波数が１３．５６ＭＨｚの場合、同調用コンデンサ３４の全容量は、例えば１０３．５ｐＦとされる。
【００３１】
容量可変型セラミックチップコンデンサ素子３４ａは、頭部にプラス溝が形成された調整ピン３４ａ１を有しており、この調整ピン３４ａ１を時計方向または反時計方向へ回動操作することによって当該素子３４ａの静電容量が機械的に変化するように構成されている。容量可変型セラミックチップコンデンサ素子３４ａとしては、約１ＭＨｚ以上の調整範囲をもつものが好ましく、このようなコンデンサ素子３４ａとして、京セラ社製セラミックチップトリマーコンデンサ「ＣＴＺ２、ＣＴＺ３シリーズ」がある。
【００３２】
なお、容量固定型セラミックチップコンデンサ素子３４ｂ，３４ｃは、ベース基板３１を誘電体層とするフィルムコンデンサ素子で構成されてもよい。また、容量固定型セラミックチップコンデンサ素子３４ｂ，３４ｃは必ずしも２つ設ける必要はなく、何れか１つであってもよい。
【００３３】
ＩＣチップ３３には、図３に示すように、整流回路５１、電源安定化回路５２、変復調回路５３，５４、メモリ５５、および、ＣＰＵまたはシーケンサ５６が内蔵されている。メモリ５５へのデータの書込みやメモリ５５からのデータの読出しは、リーダーライタ４０との無線通信により行われる。
【００３４】
リーダーライタ４０は、アンテナとなるアンテナコイル４１、変復調回路４２、ＣＰＵ４３を備え、アンテナモジュール３０への送信時には、送信データによって１３．５６ＭＨｚのキャリアを変調した電流をアンテナコイル４１に流し、アンテナモジュール３０からの受信時には、無変調の電流をアンテナコイル４１に流す。
【００３５】
そして、腕時計２１（アンテナモジュール３０）をリーダーライタ４０のアンテナコイル４１に近づけると、電磁誘導によりアンテナモジュール３０のアンテナコイル３２の端子に誘導電圧が生じ、ＩＣチップ３３はその誘導電圧から安定化した電源電圧を得て、変調波を復調することでリーダーライタ４０から送られてきた送信データを受信する。
【００３６】
逆に、アンテナモジュール３０のメモリ５５に記憶されたデータをリーダーライタ４０に送信する場合には、アンテナモジュール３０側でデータによって負荷Ｚを変動させ、リーダーライタ４０がアンテナモジュール３０のアンテナコイル３２の負荷変動を検出し、復調することで、アンテナモジュール３０からのデータがリーダーライタ４０に送信される。
【００３７】
このようにして、腕時計２１（アンテナモジュール３０）とリーダーライタ４０との間で非接触でのデータの通信が行われ、そのデータに応じてリーダーライタ４０の上位機種であるホストコンピュータや情報処理装置は、乗車券の改札や入退室管理を行うことができる。
【００３８】
次に、以上のように構成されるＩＣチップ３３および同調用コンデンサ３４は、文字盤２４に取り付けられているアンテナモジュール３０の下面側に実装されている。そして、ケース本体２２の下本体部２２Ｂには、そのアンテナモジュール３０の容量可変型コンデンサ素子３４ａの調整ピン３４ａ１と対向する部位に、貫通孔３８が穿設されている。この貫通孔３８は、ケース本体２２の外部から調整ピン３４ａ１を回動操作する治具（ねじ回し）を挿通させるためのもので、通常はゴム等の密閉性の蓋体３９が着脱自在に閉塞されている。これにより、ケース本体２２の防水性および防塵性が確保されている。
【００３９】
以上のように構成される本実施の形態のアンテナモジュール３０においては、同調用コンデンサ３４として可変容量型のコンデンサ素子３４ａを含む構成としたので、同調用コンデンサ３４の全容量を所定範囲内において調整自在となり、これにより、アンテナモジュール３０の共振周波数の調整が可能となる。これにより、容量固定型のコンデンサ素子３４ｂ，３４ｃに高精度タイプのものを用いることなく、アンテナモジュール３０の所望とする全容量を得ることができ、安定した通信特性を確保できる。
【００４０】
また、当該アンテナモジュール３０を備えた腕時計２１によれば、ケース本体２２への組込後においてアンテナモジュール３０の共振周波数にズレが生じたとしても、下本体部２２Ｂの貫通孔３８を介して専用治具による容量可変型セラミックチップコンデンサ素子３４ａの容量調整が可能であるので、アンテナモジュール３０の共振周波数の調整を容易に行うことができる。
【００４１】
また、アンテナモジュール３０に複数モデルを用意する必要がなくなり、容量可変型チップコンデンサ３４ａの容量調整により単一モデルで異種タイプの複数のケース本体２２に対応できるようになるので、アンテナモジュール３０の製造コスト、管理コストを削減できる。
【００４２】
更に、使用時における衝撃等でアンテナモジュール３０の通信特性が変動しても、上述したようなコンデンサ素子３４ａの容量調整により修正できるので、ケース本体２２を分解することなく容易にアンテナモジュール３０のメンテナンスを行うことができるようになる。
【００４３】
同調用コンデンサ３４として容量可変型セラミックチップコンデンサ素子３４ａを含む構成のアンテナモジュール３０を試作し、以下の各種試験環境における周波数、Ｑ、通信距離の変動を評価したが、実験の結果、実使用上における問題は認められなかった。使用した容量可変型セラミックチップコンデンサ素子は京セラ社製「ＣＴＺ２Ｓ、３Ｓシリーズ」、可変周波数範囲は１ＭＨｚ以上、使用したリーダーライタはソニー社製「ＲＣ−Ｓ４４１Ｃ」（同調周波数１３．５６ＭＨｚ）である。
【００４４】
［試験項目（試験条件）］
１．高温保存試験（温度：７０℃、湿度：６０％、保存時間：７２ｈ）、
２．低温保存試験（温度：−２０℃、湿度：０％、保存時間：２４ｈ）、
３．衝撃振動試験（周波数：１０〜５００Ｈｚ、振動加速度：３Ｇ、周期：２０サイクル）、
４．冷熱衝撃試験（温度：−５５℃（２５分）〜８５℃（２５分）、周期：５０サイクル以上）
５．高温動作試験（温度：５５℃、湿度：５０％、保存時間：１６ｈ）、
６．低温動作試験（温度：−１０℃、湿度：０％、保存時間：１６ｈ）、
７．高湿動作試験（温度：４０℃、湿度：９５％、保存時間：９６ｈ）
【００４５】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００４６】
例えば以上の実施の形態では、同調用コンデンサ３４を１つの容量可変型セラミックチップコンデンサ素子３４ａと２つの容量固定型セラミックチップコンデンサ素子３４ｂ，３４ｃを用いたが、容量可変型のコンデンサ素子を２個以上用いることも可能であり、これにより、可変周波数範囲をより大きくすることができる。
【００４７】
また、以上の実施の形態では、アンテナモジュール３０を腕時計２１に内蔵した例について説明したが、これに限らず、例えば懐中時計等の他の携行型時計や、時計以外の他の携行品に対しても本発明は適用可能である。
【００４８】
また、容量可変型のコンデンサは上述の調整ピン回動操作型に限らず、例えば、並列配置した複数の容量固定型のコンデンサ素子に対して開閉自在なスイッチをそれぞれ配置構成し、これらスイッチを任意に選択して同調用コンデンサの全容量を変化させるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の実施の形態によるアンテナモジュール３０を内蔵した腕時計２１の要部断面図である。
【図２】アンテナモジュール３０の平面図である。
【図３】アンテナモジュール３０とリーダーライタ４０の等価回路図である。
【図４】従来のアンテナモジュールを内蔵した腕時計の要部断面図である。
【図５】従来のアンテナモジュールの平面図である。
【符号の説明】
【００５０】
２１…腕時計、２２…ケース本体、２２Ａ…上本体部、２２Ｂ…下本体部、２２Ｃ…表示窓、２３…ムーブメント、２４…文字盤、２５…秒針、２６…分針、２７…時針、２８…竜頭、２９…操作軸、３０…アンテナモジュール、３１…ベース基板、３２…アンテナコイル、３３…ＩＣチップ、３４…同調用コンデンサ、３４ａ…容量可変型セラミックチップコンデンサ素子、３４ａ１…調整ピン、３４ｂ，３４ｃ…容量固定型セラミックチップコンデンサ素子、３８…貫通孔、３９…蓋体、４０…リーダーライタ。
【図１】
2006005837.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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