JP2008258946A - プリンタ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な通信機能を有すると同時に、軽量化されたプリンタ装置を提供する。
【解決手段】装置本体部２と、装置本体部２に付設された少なくとも１つの紙ホルダー３，４と、装置本体部２に内蔵された無線通信回路５と、無線通信回路５に接続されるアンテナ７と、を有するプリンタ装置１，１４であって、紙ホルダー３，４の少なくとも１つには、アンテナ７として、第１スロット８、第１スロット８と形状の異なる第２スロット９、及び第１スロット８と第２スロット９を連結するスロット状の給電部１０を１つの導電部６に形成することにより構成されるスロットアンテナ７が付設されるとともに、共振点の１／２波長を決定する部分間距離が、第１スロット８と第２スロット９で異なる。
【選択図】図１

Description

本発明は、プリンタ装置に係り、特に、スロットアンテナを備えたプリンタ装置に関する。

近年、パーソナルコンピューター、プリンタ装置、複写機等の電子機器に無線通信機能を持たせ、ＬＡＮ（ローカル・エリア・ネットワーク）の無線化を可能とする技術が普及している。
例えば、特許文献１には、平面状のアンテナを紙ホルダーに内蔵させることで平面状のアンテナをプリンタに組み込む技術が開示されている。
また、平面状のアンテナとしては、例えば、特許文献２には、無給電素子を付加することにより比較的広帯域な特性が得られるスロット型のボウタイアンテナが開示されている。
また、特許文献３には、略正方形状のスロット状に形成された給電部の互いに対向する辺から、当該給電スロット内側に向けてインピーダンス整合用のスタブを給電線路に沿って設けることにより、広帯域特性を得る偏波アンテナが記載されている。また、特許文献４には、伝送線路を基準として左右対称となるような形状のスロットを組み合わせて形成し、スロットの形状が大きくなる程伝送線路上のスロットの幅を大きくするスロット型のボウタイアンテナが記載されている。
特開２００２−１０３７３４号公報 特開２００３−０７８３４５号公報 特開２００４−３４９９２８号公報 特開２００５−２３６６７２号公報

アンテナの特性やサイズは、無線通信技術において重要な要素である。しかしながら、特許文献１に記載の発明は、装置にアンテナを組み込む際のアンテナの種類、特性、及びサイズについての具体的な示唆はない。さらに、特許文献２や特許文献３に記載の発明は、得られるアンテナの帯域特性がＵＷＢ（Ultra Wideband）用として用いることができるほどではなく電子機器へ付加するのに適さないという問題があった。
また、特許文献４に記載の発明は、広い周波数帯域でＶＳＷＲ特性を低くすることができないため、その帯域特性が電子機器に付加するほど広帯域ではないという問題があった。
ここで、ＶＳＷＲ特性とは、アンテナ装置の特性を示す１つの指標であって、放射板が共振する周波数において極小値をとるようになっており、一般的に、ＶＳＷＲ≦２．０となる周波数帯域がアンテナ装置の使用帯域である。

本発明の課題は、広帯域特性を示すスロット型のアンテナを付加することで優れた無線通信機能を有するプリンタ装置を提供することを目的とするものである。

前記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、
装置本体部と、
前記装置本体部に付設された少なくとも１つの紙ホルダーと、
前記装置本体部に内蔵された無線通信回路と、
前記無線通信回路に接続されるアンテナと、を有するプリンタ装置であって、
前記紙ホルダーの少なくとも１つには、前記アンテナとして、第１スロット、前記第１スロットと形状の異なる第２スロット、及び前記第１スロットと前記第２スロットを連結するスロット状の給電部を１つの導電部に形成することにより構成されるスロットアンテナが付設されるとともに、
共振点の１／２波長を決定する部分間距離が、前記第１スロットと前記第２スロットで異なることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のプリンタ装置において、
前記第１スロットが平面視半円状であって、前記第２スロットが平面視台形状であることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のプリンタ装置において、
前記紙ホルダーの少なくとも１つには、前記スロットアンテナが互いに異なる方向を向いて複数個付設されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプリンタ装置において、
給紙用及び排紙用の紙ホルダーを有し、各紙ホルダーには前記スロットアンテナが付設されていることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載のプリンタ装置において、
１つの導電部に、前記第１スロット、前記第２スロット及び前記給電部の組が２組形成され、それらの組の間では、前記第１スロット、前記第２スロット及び前記給電部の向きが互いに直交することを特徴とする。

送受信される電波の共振周波数はスロットアンテナの第１スロット及び第２スロットの形状に応じて異なる。本発明によれば、第１スロット及び第２スロットの形状を異ならしめているため、共振周波数の数を増加させ、広帯域なアンテナ特性を有するプリンタ装置となる。すなわち、優れた無線通信機能を有するプリンタ装置とすることが可能である。
また、従来よりプリンタ装置に備えられている金属板等にスロットアンテナを形成することができるため、装置の軽量化を図ることが可能である。

また、プリンタ装置に形成される複数のアンテナが互いに異なる方向を向いて形成されているものについては、個々のアンテナが互いに指向性のヌル（ｎｕｌｌ）を補完しあい、プリンタ装置に形成されるアンテナ全体としての特性を良好にすることができ、優れた無線通信機能を有するプリンタ装置とすることが可能である。

以下に、本発明に係るプリンタ装置の実施形態について、図面を参照して説明する。ただし、発明の範囲を図示例に限定するものではない。

[第１実施形態]
本実施形態に係るプリンタ装置１は、図１に示すように、印刷機能を有する装置本体部２と、装置本体部２に突出して設けられた給紙用の紙ホルダー３及び排紙用の紙ホルダー４とを備えている。
このうち、装置本体部２には無線通信回路５が内蔵されている。また、給紙用の紙ホルダー３の一部には、平板状の導電部６が設けられている。この導電部６は、スロットアンテナ７の一部を構成し、上記無線通信回路５と接続されている。そして、この場合のスロットアンテナ７は、所定周波数の電波をパソコン等の外部機器との間で送受信する機能を有している。
なお、導電部６は、例えば、銅、アルミニウム、金、銀、白金等の導電性部材により形成されているが、従来より装置に備えられている金属板等を用いることとしても良い。
また、給紙用の紙ホルダー３に代えて、又は給紙用の紙ホルダー３に加えて、図２に示すように、排紙紙のホルダー４の一部に導電部６を設け、当該導電部６をスロットアンテナ７の一部として構成することもできる。

次に、スロットアンテナ７の構成について詳細に説明する。
図３に示すように、スロットアンテナ７は、導電部６と、導電部６に形成された第１スロット８、第２スロット９及びスロット状の給電部１０とから構成されている。
第１スロット８は、平面視半円形状に形成され、円弧部が第２スロット９に対向するように配置されている。第２スロット９は、平面視台形状に形成され、上辺（上底）が第１スロット８に対向するように配置されている。この場合、第１スロット８の直線部と第２スロット９の上辺及び下辺（下底）とが略平行となるように、第１スロット８及び第２スロット９は配置される。
給電部１０は、第１スロット８の円弧部頂点と第２スロット９の上辺中心とを連結している。
なお、導電部６，第１スロット８、第２スロット９及び給電部１０は１つの導電性部材をエッチングによってくり抜いて形成しても良いし、導電ペイントによるパターン印刷等によって形成することとしても良い。

ここで、第１スロット８及び第２スロット９の平面視形状について言えば、第１スロット８及び第２スロット９の平面視形状は異なっている必要がある。この場合、第１スロット８及び第２スロット９の平面視形状は、特に制限は無いが、以下の要件を満たすことが好ましい。例えば、第２スロット９における給電部１０が連結される部分から該第２スロット９の縁に沿って該第２スロット９の下辺までに至る距離Ｌ２と、第１スロット８における給電部１０が連結される部分から該第１スロット８の縁に沿って該第１スロット８の直線部までに至る距離Ｌ３とが異なる形状とすることが好ましい。Ｌ２とＬ３とを異ならしめれば、共振点の数が増えてアンテナ特性が向上するためである（図４参照）。

導電部６の上面には、伝送線路１１が給電部１０の長さ方向とは直交する方向に延在して設けられている。この伝送線路１１の一端にはスロットアンテナ７からの電気信号を送受信処理する信号処理装置である無線通信回路５が接続されている。
ここで、伝送線路１１としては、特に制限は無いが、本実施形態においては同軸ケーブルが用いられている。そして、伝送線路１１の外部導体１１ａは給電部１０の一側縁に接続されており、中心導体１１ｂは給電部１０の他側縁に接続されている。このように伝送線路１１と給電部１０とは電気的に接続されており、伝送線路１１と給電部１０との間で電流が流れるようになっている。

なお、本実施形態においては、スロットアンテナ７は、給電部１０の長さ方向に延在する線で、かつ、当該スロットアンテナ７の第１スロット８及び第２スロット９を同時に貫く仮想の中心線（以下、「中心線」という。）が、給紙紙ホルダー３における用紙の供給方向（Ｘ方向）と一致するように形成されている。ただし、スロットアンテナ７の中心線の延在方向には特に制限は無く、必要に応じて適宜その延在方向を設定可能である。なお、以下の説明において、給紙紙ホルダー３に対して垂直方向をＹ方向とし、給紙紙ホルダー３の上面と平行であってＸ方向と直交する方向をＺ方向とする。

また、無線通信回路５は、ＲＦ（Radio Frequency：高周波）回路、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、及びこれらを制御するＣＰＵ（Central Processing Unit）等を備えて構成されており、スロットアンテナ７によって受信された外部機器から送信された電波を、装置本体部２の制御部に印字データ等として供給するとともに、装置本体部２から送信されるデータを変換しスロットアンテナ７に供給するようになっている。

続いて、上記スロットアンテナ７のアンテナ特性を説明すれば、スロットアンテナ７のアンテナ特性曲線は図４に示されている。
アンテナ特性の指標の一つとしては、入力電圧と反射電圧の比から求められるリターンロス［ｄＢ］が挙げられる。リターンロスは反射係数ともいい、その値が低減されているほどアンテナ装置としてマッチングがとれていることを示し、一般にはその値が−１０ｄＢ以下の範囲が使用帯域とされている。

図３及び図４に示すように、スロットアンテナ７の共振周波数は給電部１０から第１スロット８又は第２スロット９までの距離に基づいて決定される。つまり、給電部１０から第１スロット８の直線部までに至る距離Ｌ３、給電部１０から第２スロット９の下辺までに至る距離Ｌ２に基づいて共振点の１／２波長が決定される。
また、第１スロット８の直線部から第２スロット９の下辺までに至る距離Ｌ１に基づいて、共振点の１／２波長が決定される。そして、共振点の１／２波長を決定する部分間距離である距離Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３の相違量が大きくなるほどこれらの共振点の周波数が分散し、より広い周波数領域でリターンロスが低減されるため好ましい。

図４に示すように、スロットアンテナ７のリターンロス周波数特性は、３ＧＨｚ（Ｌ_１）、５．９ＧＨｚ（Ｌ_２）、１０．５ＧＨｚ（Ｌ_３）の３つの共振が得られている。これは、第１スロット８及び第２スロット９を、それぞれ半円状及び台形状の平面視形状としたことに起因する。また、２つの共振で広帯域化するより、３つの共振で広帯域化するほうがより広帯域な特性を得ることができる。また、７．５ＧＨｚでリターンロス特性が劣化する点があるが、全体を通してみると２．４ＧＨｚから１１ＧＨｚで利用可能なアンテナが得られることがわかる。また、７．５ＧＨｚ付近の劣化を抑えるためにはＬ３の長さが短くなるように、曲率半径の小さな半円状としたり、同じ曲率であっても円弧部の長さを小さくすることが可能である。

次に、本実施形態のプリンタ１の作用について説明する。
所定の周波数の電波が外部機器より送信されると、スロットアンテナ７は、導電部６により当該電波を受信する。導電部６により電波が受信されると、第１スロット８又は第２スロット９の側辺に沿って給電部１０に向かって、受信した電波に応じた振幅及び位相の電圧電流が発生する。そして、給電部１０に入射した電流は、伝送線路１１を介して無線通信回路５に伝達され、電気信号として処理される。次に、無線通信回路５で処理された、例えば印字データ等の電気信号は装置本体部２の制御部に送信され印刷が開始される。

また、スロットアンテナ７が電波を送信する場合、無線通信回路５からの電気信号に基づいて、伝送線路１１を介して給電部１０に所定の振幅及び位相で電流が供給される。給電部１０に供給された電流は、導電部６に入射し、第１スロット８及び第２スロット９の給電部１０が連結される辺部とその両端に連続する側辺に沿って流れる。このように、導電部６に電流が流れると、スロットアンテナ７から外部機器に対して電波が送信される。

以上より、本実施形態のプリンタ１によれば、送受信される電波の共振周波数がスロットアンテナ７の第１スロット８及び第２スロット９の形状に応じて異なるため、共振周波数の数を増加させることができ、良好なアンテナ特性を得ることができる。この結果、良好な無線通信機能を有するプリンタ装置とすることが可能である。
また、プリンタ装置に備えられている金属板等にスロットアンテナ７をくり抜いて形成することができるため、プリンタ装置の軽量化を図ることが可能である。

なお、本実施形態においては、同軸ケーブルを用いた伝送線路１１を用いて給電方法を説明したが、絶縁基板を使用したマイクロストリップ線路を形成することにより給電を行うこともできる。
この場合、図５に示すように、第１スロット８、第２スロット９、及び給電部１０が形成された導電部６の一面には、平板状の絶縁基板１２が備えられている。絶縁基板１２は、例えば、テフロン（登録商標）、ガラスエポキシ、ＦＲ−４、シリコン等、従来より用いられているものを適宜用いることができる。

絶縁基板１２の他面には、一の導体としてのストリップ導体１３が、絶縁基板１２を介して給電部１０の長さ方向とは直交する方向に延在して設けられている。ストリップ導体１３の一端には、スロットアンテナ７からの電気信号を送受信処理する無線通信回路５が接続されている。この無線通信回路５は、導電部６のストリップ導体１３の一端と対向する位置に接続されており、導電部６はストリップ導体１３と対となるグラウンド導体として機能するようになっている。従って、本実施形態における伝送線路は、ストリップ導体１３と導電部６とからなるマイクロストリップ線路である。なお、この場合、ストリップ導体１３の他端は導電部６と直接には接続していないが、絶縁基板１２を介して電気的に接続するようになっている。ストリップ導体１３の他端は、公知のｖｉａ等を絶縁基板１２に穿設して直接接続することとしてもよい。

この場合、図６に矢印で示すように、ストリップ導体１３に電流が流れると、導電部６において給電部１０からスロットの形状に沿って電流が流れるようになっている。従って、給電部１０から第１スロット８及び第２スロット９に沿って電流が流れることにより、スロットアンテナ７から電波が送受信される。

[第２実施の形態]
本実施形態に係るプリンタ１４は、図７に示すように、給紙紙ホルダー３、及び排紙紙ホルダー４のそれぞれにスロットアンテナ７を備えている。このとき各スロットアンテナ７は、各スロットアンテナ７の中心線が互いに直交するように形成されており、それ以外の構成は第１の実施形態と同様である。

本実施形態に係るプリンタ１４に形成されたスロットアンテナ７の水平面（ＸＺ面）内における３ＧＨｚの放射パターンを図８に、５ＧＨｚの放射パターンを図９に示す。
図８及び図９において、（ａ）はそれぞれ中心線がＸ方向に沿ったスロットアンテナ７の放射パターンであり、（ｂ）はそれぞれ中心線がＺ方向に沿ったスロットアンテナ７の放射パターンである。また、（ｃ）は、それぞれの放射パターンを合成して得られる放射パターンを示している。
図８（ｃ）及び図９（ｃ）に示すように、２つのスロットアンテナ７を同じ平面内において異なる方向に形成することにより、互いに指向性のヌルを補完しあった放射パターンを得ることができる。

以上より、本実施形態のプリンタ１４によれば、２つのスロットアンテナ７が、その中心線が互いに直交するように配置されているため、互いにその指向性を補完しあい、プリンタ装置の設置向きによらず良好なアンテナ特性を得ることができる。この結果、良好な無線通信機能を有するプリンタ装置とすることが可能である。
また、プリンタ装置に備えられている金属板等にスロットアンテナ７をくり抜いて形成することができるため、プリンタ装置の軽量化を図ることが可能である。

なお、形成するスロットアンテナ７の数は、必要に応じて設定されるものである。
また、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、給紙紙ホルダー３又は排紙紙ホルダー４のどちらか一方に、中心線が互いに直交するよう２つのスロットアンテナ７を形成してもよい。
また、中心線が互いに直交するよう２つのスロットアンテナ７を１セットとし、複数のセット形成するようにしてもよい。

また、以上の実施形態においては、プリンタ装置を用いて説明したが、少なくとも１つの紙ホルダーを有するものであれば適用される装置は特に限定されるものではなく、例えば、ファクシミリやコピー機及びこれらの複合機等に適用可能である。

第１実施形態に係るプリンタ装置の概略構成を示す斜視図である。 第１実施形態に係るプリンタ装置の変形例を示す斜視図である。 図１に示すプリンタ装置に形成されたスロットアンテナの平面図である。 図３に示すスロットアンテナのアンテナ特性を示すグラフである。 他の給電方法を説明するための図である。 他の給電方法を説明するための図である。 第２実施形態に係るプリンタ装置の概略構成を示す斜視図である。 図５に示すプリンタ装置に形成されたスロットアンテナの放射パターンを示す図である。 図５に示すプリンタ装置に形成されたスロットアンテナの放射パターンを示す図である。 第２実施形態に係るプリンタ装置の変形例を示す斜視図である。

符号の説明

１,１４ プリンタ
２ 装置本体部
３ 給紙用紙ホルダー
４ 排紙用紙ホルダー
５ 無線通信回路
６ 伝導部
７ スロットアンテナ
８ 第１スロット
９ 第２スロット
１０ 給電部
１１ 伝送線路
１１ａ 外部導体
１１ａ 中心導体
１２ 絶縁基板
１３ ストリップ導体

Claims (5)

1. 装置本体部と、
   前記装置本体部に付設された少なくとも１つの紙ホルダーと、
   前記装置本体部に内蔵された無線通信回路と、
   前記無線通信回路に接続されるアンテナと、を有するプリンタ装置であって、
   前記紙ホルダーの少なくとも１つには、前記アンテナとして、第１スロット、前記第１スロットと形状の異なる第２スロット、及び前記第１スロットと前記第２スロットを連結するスロット状の給電部を１つの導電部に形成することにより構成されるスロットアンテナが付設されるとともに、
   共振点の１／２波長を決定する部分間距離が、前記第１スロットと前記第２スロットで異なることを特徴とするプリンタ装置。
2. 前記第１スロットが平面視半円状であって、前記第２スロットが平面視台形状であることを特徴とする請求項１に記載のプリンタ装置。
3. 前記紙ホルダーの少なくとも１つには、前記スロットアンテナが互いに異なる方向を向いて複数個付設されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプリンタ装置。
4. 給紙用及び排紙用の紙ホルダーを有し、各紙ホルダーには前記スロットアンテナが付設されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のプリンタ装置。
5. １つの導電部に、前記第１スロット、前記第２スロット及び前記給電部の組が２組形成され、それらの組の間では、前記第１スロット、前記第２スロット及び前記給電部の向きが互いに直交することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のプリンタ装置。

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