JP2019220908A - 電子機器およびｎｆｃアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】アンテナサイズを縮小することなく電子機器の機器正面にＮＦＣアンテナを実装する。【解決手段】電子機器１に、機器正面に配置されたＬＥＤ４と、ＬＥＤ４の前面に配置されたカバー５と、アンテナ基板１１の表面に螺旋状のコイル１２がパターン形成されてなるＮＦＣアンテナ１０とを備え、アンテナ基板１１のうち、コイル１２の内側に、ＬＥＤ４が挿入される貫通窓１３を形成し、アンテナ基板１１を、ＬＥＤ４が貫通窓１３に挿入される位置であって、かつ、カバー５の背面５Ａとほぼ接する位置に配置する。【選択図】 図１

Description

本発明は、電子機器に搭載するＮＦＣアンテナの実装技術に関する。

近年、スマートフォンなどの携帯端末の普及により、様々な電子機器がＮＦＣ（近距離無線通信：Near Field Communication）機能を搭載するようになっている。
従来、このようなＮＦＣ機能を搭載した電子機器と、同じくＮＦＣ機能を搭載した携帯端末とがＮＦＣ通信を行うことにより、携帯端末から電子機器を制御したり、電子機器に保存されているデータを携帯端末に取り込む技術が提案されている。

例えば、特許文献１には、空調制御システムや産業用制御システムで使用されるＩＯモジュールやコントローラ等の電子機器にＮＦＣ機能を搭載することで、携帯端末と電子機器との間でＮＦＣ通信を行う技術が開示されている。これにより、電子機器が無給電状態であっても、携帯端末からＮＦＣ通信により供給された電力で電子機器を起動して、所定のデータ処理を可能とすることにより、空調制御システムや産業用制御システムの電源設備が稼働する前に、設置現場で電子機器の設定作業を行うことができる。

特開２０１７−１４３３２７号公報

このようなＮＦＣ通信で用いるＮＦＣアンテナは、サイズを縮小するほど通信距離が短くなる。このため、電子機器からある程度離れた位置で携帯端末とＮＦＣ通信できるようにするには、十分なサイズを持つＮＦＣアンテナが必要となる。一方、一般的なＮＦＣアンテナの通信距離は数十ｍｍであるため、携帯端末をかざす作業者と電子機器との位置関係を考えると、電子機器の機器正面にＮＦＣアンテナを実装する必要がある。

しかしながら、電子機器の小型化に伴って機器正面の面積は限られており、多くの場合、電子機器の動作状態を表示するためのＬＥＤが機器正面に配置されている。特に、空調制御システムや産業用制御システムで使用されるＩＯモジュールやコントローラなどの電子機器は、盤などのＤＩＮレールに他の電子機器と並べて取り付けられるため、機器正面の占有面積がより小さくなるよう設計されている。

したがって、元々面積が狭い機器正面にＮＦＣアンテナを実装しようとすると、機器正面のＬＥＤと干渉することになる。このため、ＬＥＤとの干渉を避けるためには、ＮＦＣアンテナのサイズを縮小せざるを得ず、結果として、一定の通信距離が得られる十分なサイズを持つＮＦＣアンテナを機器正面に実装できないという問題点があった。

本発明はこのような課題を解決するためのものであり、アンテナサイズを縮小することなく電子機器の機器正面にＮＦＣアンテナを実装できるＮＦＣアンテナ実装技術を提供することを目的としている。

このような目的を達成するために、本発明にかかる電子機器は、ＮＦＣ通信を行う電子機器であって、機器正面に配置されたＬＥＤと、前記ＬＥＤの前面に配置されたカバーと、アンテナ基板の表面に螺旋状のコイルがパターン形成されてなるＮＦＣアンテナとを備え、前記アンテナ基板は、前記コイルの内側に形成された貫通窓を有し、前記ＬＥＤが前記貫通窓に挿入される位置であって、かつ、前記カバーの背面とほぼ接する位置に配置されているものである。

また、本発明にかかる上記電子機器の一構成例は、前記ＬＥＤの前面と前記カバーの背面との間であって、前記貫通窓に挿入される位置に配置されて、前記ＬＥＤからの光を前記カバーへ導くレンズをさらに備えている。

また、本発明にかかる上記電子機器の一構成例は、前記電子機器の奥行方向に沿って前記電子機器の内部に配置されて、前記機器正面側に前記ＬＥＤが実装されている内部基板をさらに備え、前記内部基板は、前記機器正面側の基板端部に形成されて、前記アンテナ基板を前記カバーの背面に支持するための凹部を有するものである。

また、本発明にかかるＮＦＣアンテナは、ＮＦＣ通信に用いるＮＦＣアンテナであって、表面に螺旋状のコイルがパターン形成されたアンテナ基板と、前記アンテナ基板のうち前記コイルの内側に形成されて、電子部品を貫通させるための貫通窓とを備えている。

また、本発明にかかる上記ＮＦＣアンテナの一構成例は、前記アンテナ基板が、電子機器の機器正面に配置されたＬＥＤが前記貫通窓に挿入される位置であって、かつ、前記機器正面に配置されたカバーの背面とほぼ接する位置に配置されているものである。

本発明によれば、機器正面にＬＥＤが配置されている場合でも、ＬＥＤをアンテナ基板の貫通窓に挿入できるため、ＬＥＤとＮＦＣアンテナとの干渉を避けることができる。したがって、このような干渉を避けるためにＮＦＣアンテナのサイズを縮小する必要がなくなり、電子機器からある程度離れた位置で携帯端末とＮＦＣ通信できるよう、十分な大きさを持つＮＦＣアンテナを、電子機器の機器正面に実装することが可能となる。

電子機器を示す説明図である。 電子機器の回路構成を示すブロック図である。 ＮＦＣアンテナの外観図である。 第１の実施の形態にかかる電子機器の要部を示す説明図である。 第２の実施の形態にかかる電子機器の要部を示す説明図である。 第３の実施の形態にかかる電子機器の要部を示す説明図である。 第４の実施の形態にかかる電子機器の要部を示す説明図である。

次に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［第１の実施の形態］
まず、図１、図２、および図３を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる電子機器１について説明する。図１は、電子機器を示す説明図であり、図１（ａ）は正面図、図１（ｂ）は側面図である。図２は、電子機器の回路構成を示すブロック図である。図３は、ＮＦＣアンテナの外観図である。

［電子機器］
この電子機器１は、空調制御システムや産業用制御システムで使用されるＩＯモジュールやコントローラ等の電子機器である。図１に示すように、電子機器１のケース２は、全体として矩形形状をなし、盤などのＤＩＮレールに他の電子機器と並べて取り付けられる。

図２に示すように、電子機器１は、主な回路部として、ＮＦＣアンテナ１０、無線Ｉ／Ｆ回路２１、電源回路２２、記憶回路２３、機器Ｉ／Ｆ回路２４、上位Ｉ／Ｆ回路２５、表示回路２６、操作入力回路２７、および制御回路２８を備えている。

図３に示すように、ＮＦＣアンテナ１０は、プリント配線基板からなるアンテナ基板１１の表面に、ＮＦＣ通信用の無線アンテナとして機能する螺旋状のコイル１２が配線パターンでパターン形成された基板ユニットである。

無線Ｉ／Ｆ回路２１は、ＮＦＣアンテナ１０を介して電波を送受信することにより、スマートフォンなどの携帯端末（図示せず）とＮＦＣ通信を行う機能を有している。
電源回路２２は、商用電源から生成した電力を各回路部へ供給する機能を有している。この際、商用電源が供給されていない場合、電源回路２２で無線Ｉ／Ｆ回路２１から受電した電力を各回路部へ供給するようにしてもよく、あるいは商用電源から生成した電力を無線Ｉ／Ｆ回路２１からＮＦＣ通信相手に送電するようにしてもよい。

記憶回路２３は、半導体メモリなどの記憶装置からなり、電子機器１の動作に用いる各種処理データやプログラムを記憶する機能を有している。
機器Ｉ／Ｆ回路２４は、配線を介して接続されたフィールド機器などの各種機器（図示せず）との間でデータ伝送を行う機能を有している。
上位Ｉ／Ｆ回路２５は、通信回線を介して接続された上位装置（図示せず）との間でデータ通信を行う機能を有している。

表示回路２６は、ＬＥＤ４やＬＣＤなどの表示装置からなり、制御回路２８からの指示に応じて、電子機器１の動作状態を表示する機能を有している。
操作入力回路２７は、スイッチやボタンなどの操作入力素子からなり、作業者の操作を検出して制御回路２８へ出力する機能を有している。

制御回路２８は、ＣＰＵとその周辺回路を有し、記憶回路２３のプログラムを読み込んで実行してＣＰＵとプログラムとを協働させることにより、各種の処理を実行する機能を有している。
制御回路２８で実行される処理としては、機器Ｉ／Ｆ回路２４を介して各種機器を制御・監視する機能と、上位Ｉ／Ｆ回路２５を介して各種機器に関するデータを上位装置との間でやり取りする機能と、無線Ｉ／Ｆ回路２１を介して携帯端末とＮＦＣ通信を行うことにより、記憶回路２３に対するパラメータ設定や記憶回路２３に保存されているデータの取り込みデータ処理を行う機能を有している。

［ＮＦＣアンテナの実装構造］
次に、図１および図４を参照して、ＮＦＣアンテナ１０の実装構造について説明する。図４は、第１の実施の形態にかかる電子機器の要部を示す説明図であり、図４（ａ）は正面図、図４（ｂ）は側面図、図４（ｃ）は底面図である。以下では、電子機器１が取り付けられた状態で、正面視において横（左右）方向をＸ、縦（上下）方向をＹ、奥行方向をＺとする。

図４に示されているように、ケース２の内部には、奥行方向Ｚに沿って内部基板３が配置されており、内部基板３の機器正面側の端部には、電子機器１の動作状態を表示するためのＬＥＤ４が１つまたは複数実装されている。この際、ＬＥＤ４は、内部基板３に沿って正面視方向に光を射出する向きに実装されている。

また、ケース２の正面には、ＬＥＤ４の前面にカバー５が配置されており、カバー５の背面５Ａには、ＮＦＣアンテナ１０が配置されている。
さらに、ケース２の正面には、カバー５に加えて、上位装置との通信回線を接続するためのコネクタ（モジュラージャック）６Ａ，６Ｂや端子台６Ｃのほか、各種機器との伝送線路を接続するための端子台６Ｄが配置されている。

アンテナ基板１１のうち、正面視でＬＥＤ４が配置される位置には、ＬＥＤ４（電子部品）を貫通させるための貫通窓１３が形成されている。このため、ＬＥＤ４が貫通窓１３に挿入される位置にアンテナ基板１１を配置すれば、カバー５の背面５Ａとほぼ接する位置にアンテナ基板１１を配置することができる。したがって、ＮＦＣアンテナ１０とＬＥＤ４とが互いに干渉することになく、カバー５の背面５Ａとほぼ接する位置に、ＮＦＣアンテナ１０とＬＥＤ４とを配置できる。これにより、ＬＥＤ４からの光は、カバー５を介して機器正面から射出される。

ＮＦＣアンテナ１０のコイル１２は、一対のコネクタＣＮを介して内部基板３に電気的に接続されている。図４の例では、コネクタＣＮの一方をコイル１２の端部と半田付けし、他方を内部基板３の配線パターンと半田付けする接続構造が示されているが、これに限定されるものではない。例えば、配線コードやフレキシブル基板などの配線部材を介して、コイル１２の端部と内部基板３の配線パターンとを電気的に接続するなど、一般的な接続構造を用いてもよい。

［第１の実施の形態の効果］
このように、本実施の形態は、電子機器１に、機器正面に配置されたＬＥＤ４と、ＬＥＤ４の前面に配置されたカバー５と、アンテナ基板１１の表面に螺旋状のコイル１２がパターン形成されてなるＮＦＣアンテナ１０とを備え、アンテナ基板１１のうち、コイル１２の内側に、ＬＥＤ４が挿入される貫通窓１３を形成し、アンテナ基板１１を、ＬＥＤ４が貫通窓１３に挿入される位置であって、かつ、カバー５の背面５Ａとほぼ接する位置に配置したものである。

これにより、機器正面にＬＥＤ４が配置されている場合でも、ＬＥＤ４をアンテナ基板１１の貫通窓１３に挿入できるため、ＬＥＤ４とＮＦＣアンテナ１０との干渉を避けることができる。したがって、このような干渉を避けるためにＮＦＣアンテナ１０を大幅に小型化する必要がなくなり、電子機器１からある程度離れた位置で携帯端末とＮＦＣ通信できるよう、十分な大きさを持つＮＦＣアンテナ１０を、電子機器１の機器正面に実装することが可能となる。

［第２の実施の形態］
次に、図５を参照して、本実施の形態にかかる電子機器１について説明する。図５は、第２の実施の形態にかかる電子機器の要部を示す説明図であり、図５（ａ）は正面図、図５（ｂ）は側面図、図５（ｃ）は底面図である。
本実施の形態では、ＬＥＤ４の前面とカバー５の背面５Ａとの間に柱形状をなすレンズ７を配置した場合について説明する。

図５に示すように、本実施の形態におけるレンズ７は、ＬＥＤ４からの光をカバー５へ導くための、柱形状をなす透明部材からなり、ＬＥＤ４の前面とカバー５の背面５Ａとの間であって、アンテナ基板１１の貫通窓１３に挿入される位置に配置されている。
これにより、ＬＥＤ４から機器正面へ向けて射出された光がレンズ７を介してカバー５へ導かれることになる。このため、ＬＥＤ４を貫通窓１３に挿入する必要はなく、正面視でＬＥＤ４と貫通窓１３との位置が一致していればよいため、内部基板３におけるＬＥＤ４の実装位置、特に奥行方向Ｚの自由度を大きくすることができる。

［第３の実施の形態］
次に、図６を参照して、本実施の形態にかかる電子機器１について説明する。図６は、第３の実施の形態にかかる電子機器の要部を示す説明図であり、図６（ａ）は正面図、図６（ｂ）は側面図、図６（ｃ）は底面図である。
本実施の形態では、ＬＥＤ４の前面とカバー５の背面５Ａとの間にＬ字形状をなすレンズ７を配置した場合について説明する。

図６に示すように、本実施の形態におけるレンズ７は、横方向Ｘから奥行方向Ｚへ直角に屈曲する、Ｌ字形状をなす透明部材からなる。この際、ＬＥＤ４は、内部基板３と垂直な横方向Ｘに光を射出する向きに実装されており、レンズ７の一端は、ＬＥＤ４の射出部と対向配置されており、他端はアンテナ基板１１の貫通窓１３に挿入される位置に配置されている。

これにより、ＬＥＤ４から横方向Ｘに射出された光がレンズ７を介して機器正面の方向へ屈曲されてカバー５へ導かれることになる。このため、ＬＥＤ４を貫通窓１３に挿入する必要はなく、また正面視でＬＥＤ４と貫通窓１３との位置が一致している必要もない。したがって、ＬＥＤ４として、基板実装面に対して垂直な方向に光を射出する一般的なＬＥＤを用いることができるとともに、内部基板３におけるＬＥＤ４の実装位置、特に奥行方向Ｚおよび横方向Ｘの自由度を大きくすることができる。

［第４の実施の形態］
次に、図７を参照して、本実施の形態にかかる電子機器１について説明する。図７は、第４の実施の形態にかかる電子機器の要部を示す説明図であり、図７（ａ）は正面図、図７（ｂ）は側面図、図７（ｃ）は底面図である。
本実施の形態では、内部基板３によりＮＦＣアンテナ１０を支持する場合について説明する。

図７に示すように、本実施の形態における内部基板３のうち、機器正面側の基板端部３Ａのほぼ中央に、アンテナ基板１１をカバー５の背面５Ａに支持するための凹部３Ｂを有している。
凹部３Ｂの縦方向Ｙに沿った長さは、アンテナ基板１１の縦方向Ｙに沿った長さより僅かに長く、凹部３Ｂの奥行方向Ｚに沿った深さ、すなわち基板端部３Ａのうち凹部３Ｂの両側端部のその高さは、アンテナ基板１１の厚さとほぼ一致している。

このため、アンテナ基板１１が、凹部３Ｂにはまり込む形で、内部基板３とカバー５の背面５Ａとの間に挟み込まれて支持されることになる。
これにより、カバー５の背面５Ａに対してアンテナ基板１１を安定して固定することができ、コネクタＣＮを小型化することができる。

［実施の形態の拡張］
以上、実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細には、本発明のスコープ内で当業者が理解しうる様々な変更をすることができる。また、各実施形態については、矛盾しない範囲で任意に組み合わせて実施することができる。

１…電子機器、２…ケース、３…内部基板、３Ａ…基板端部、３Ｂ…凹部、３Ｃ…凸部、４…ＬＥＤ、５…カバー、５Ａ…背面、６Ａ，６Ｂ…コネクタ、６Ｃ，６Ｄ…端子台、７…レンズ、１０…ＮＦＣアンテナ、１１…アンテナ基板、１２…コイル、１３…貫通窓、２１…無線Ｉ／Ｆ回路、２２…電源回路、２３…記憶回路、２４…機器Ｉ／Ｆ回路、２５…上位Ｉ／Ｆ回路、２６…表示回路、２７…操作入力回路、２８…制御回路。

Claims (5)

1. ＮＦＣ通信を行う電子機器であって、
   機器正面に配置されたＬＥＤと、
   前記ＬＥＤの前面に配置されたカバーと、
   アンテナ基板の表面に螺旋状のコイルがパターン形成されてなるＮＦＣアンテナとを備え、
   前記アンテナ基板は、前記コイルの内側に形成された貫通窓を有し、前記ＬＥＤが前記貫通窓に挿入される位置であって、かつ、前記カバーの背面とほぼ接する位置に配置されている
   ことを特徴とする電子機器。
2. 請求項１に記載の電子機器において、
   前記ＬＥＤの前面と前記カバーの背面との間であって、前記貫通窓に挿入される位置に配置されて、前記ＬＥＤからの光を前記カバーへ導くレンズをさらに備えることを特徴とする電子機器。
3. 請求項１または請求項２に記載の電子機器において、
   前記電子機器の奥行方向に沿って前記電子機器の内部に配置されて、前記機器正面側に前記ＬＥＤが実装されている内部基板をさらに備え、
   前記内部基板は、前記機器正面側の基板端部に形成されて、前記アンテナ基板を前記カバーの背面に支持するための凹部を有する
   ことを特徴とする電子機器。
4. ＮＦＣ通信に用いるＮＦＣアンテナであって、
   表面に螺旋状のコイルがパターン形成されたアンテナ基板と、
   前記アンテナ基板のうち前記コイルの内側に形成されて、電子部品を貫通させるための貫通窓と
   を備えることを特徴とするＮＦＣアンテナ。
5. 請求項４に記載のＮＦＣアンテナにおいて、
   前記アンテナ基板は、電子機器の機器正面に配置されたＬＥＤが前記貫通窓に挿入される位置であって、かつ、前記機器正面に配置されたカバーの背面とほぼ接する位置に配置されていることを特徴とするＮＦＣアンテナ。

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