JP2012090139A - 通信モジュール、携帯電話機 - Google Patents

Abstract

【課題】メインボード外の空間である折り畳み用のヒンジ部分に配置できる通信モジュールおよびこれを搭載した携帯電話機を提供すること。
【解決手段】筒状空洞の剛性体と、剛性体上に巻き付けられた導電線と、剛性体の空洞内部に設けられた、導電線の両端と電気的に接続された通信処理機能部を有する回路基板と、回路基板から延設された、回路基板に給電するための導線を少なくとも含むリード線部とを具備する通信モジュールおよびこれを搭載した携帯電話機である。
【選択図】図１

Description

本発明は、非接触通信を行うための電子部品である通信モジュールおよびこれを搭載した携帯電話機に係り、特に、機器のメインボード外の空間に配置するのに好適な通信モジュールおよびこれを搭載した携帯電話機に関する。

電子タグ（ＩＣタグ）やＩＣカードを非接触で読み取る（場合により書き込む）機器として、最近では、携帯電話を始めとして、携行することが前提の機器も多数使われるようになってきている。このような携帯機器は、もとより小型、軽量が要求され、読み取り機能等に必要な構成物に用意できる空間は、非常に限られる場合が多い。

現状では例えば、そのような機能は、メイン基板上に部品で回路形成することや、モジュール化された部品を用いこれを実装することによって実現されている。アンテナは、メイン基板上やモジュール上にループ状に形成したり、別部品として設けたりすることで構成する。

特許第３８００５４０号公報

本発明は、非接触通信を行うための電子部品である通信モジュールおよびこれを搭載した携帯電話機において、機器のメインボード外の空間である折り畳み用のヒンジ部分の内部に配置できる通信モジュールおよびこれを搭載した携帯電話機を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の一態様である通信モジュールは、筒状空洞の剛性体と、前記剛性体上に巻き付けられた導電線と、前記剛性体の空洞内部に設けられた、前記導電線の両端と電気的に接続された通信処理機能部を有する回路基板と、前記回路基板から延設された、前記回路基板に給電するための導線を少なくとも含むリード線部とを具備することを特徴とする。

すなわち、この通信モジュールは、必要な電気的な処理機能を有するとともにその外形が特定の形状になるように構成されている。外形は、筒状空洞の剛性体によってほぼ規定され、この剛性体に巻き付けられた導電線がアンテナとして機能し得る。そして、この導電線と接続するように、剛性体の空洞内部に通信機能部を有する回路基板を設けている。したがって、電気的、電磁的機能を備える通信モジュールは、その筒状の外形を活用し、携帯電話機の折り畳み用のヒンジ部分の内部に配置できる。

また、本発明の別の態様である携帯電話機は、入力キーおよびメイン回路基板を備えた送話部側剛体と、前記送話部側剛体と折り畳み用ヒンジでつながれた、ディスプレイを備えた受話部側剛体と、前記ヒンジ内に設けられた通信モジュールと、を具備し、前記通信モジュールが、筒状空洞の剛性体と、前記剛性体上に巻き付けられた導電線と、前記剛性体の空洞内部に設けられた、前記導電線の両端と電気的に接続された通信処理機能部を有する回路基板と、前記回路基板から延設された、前記回路基板に給電するための導線を少なくとも含むリード線部とを有し、該リード線部が前記送話部側剛体の前記メイン回路基板に接続されていることを特徴とする。

この携帯電話機は、上記の通信モジュールをそのヒンジ部分に組み込んだものである。

本発明によれば、非接触通信を行うための電子部品である通信モジュールおよびこれを搭載した携帯電話機において、機器のメインボード外の空間である折り畳み用のヒンジ部分の内部に配置できる通信モジュールおよびこれを搭載した携帯電話機を提供することができる。

本発明の一実施形態である通信モジュールの構成を示す斜視図。 別の実施形態である通信モジュールの構成を示す側面図。 さらに別の実施形態である通信モジュールの構成を示す側面図。 さらに別の実施形態である通信モジュールの構成を示す側面図。 本発明の一実施形態である携帯電話機の主要構成を示す斜視図。

本発明の実施態様として、前記剛性体が、円筒状空洞の磁性材料の剛性体である、とすることができる。この剛性体には導電線が巻き付けられ、この導電線の両端が通信処理機能部を有する回路基板に接続されることで導電線はアンテナになっている。したがって、剛性体を磁性材料とすることでインダクタンスの大きなアンテナとなるので、送信時における放射能力が高くかつ受信時感度の高いアンテナとすることができる。なお、円筒状の剛性体の外形形状は、空間的な効率上、折り畳み用のヒンジ部に配置するのに最も向いている。

また、実施態様として、前記剛性体を包むように前記導電線上に配置された磁性材料層をさらに具備する、とすることができる。これによれば、導電線からみた磁性材料の位置が上記の場合とは相対的に反対の側になるが、アンテナとしてのインダクタンスを大きくする作用は同じである。よって、送信時における放射能力が高くかつ受信時感度の高いアンテナとすることができる。

また、実施態様として、前記剛性体が、金属材料の円筒状空洞の内部剛性体と、該内部剛性体を包むように該内部剛性体上に形成された磁性材料層とを有する、とすることができる。この磁性材料層は、その機能がアンテナのインダクタンスを増加する点で上記の場合と同じである。また、内部剛性体が金属材料であることによって、空洞内部に位置する回路基板への電磁的ノイズの影響を減少させることができる。

また、実施態様として、前記剛性体が、樹脂材料の円筒状空洞の内部剛性体と、該内部剛性体を包むように該内部剛性体上に形成された磁性材料層とを有する、とすることができる。樹脂材料でできた円筒状空洞の内部剛性体を用い、さらにこれを包むように磁性材料層を設けるという構造よれば、アンテナとしてのインダクタンスを高くしつつも、より安価な構成を実現できる。

また、実施態様として、前記剛性体が、四角柱筒状空洞の剛性体である、とすることができる。四角柱筒状空洞の剛性体の形状は、その内部に回路基板を配置するときの無駄な空間が生じにくい利点がある。

また、実施態様として、前記リード線部が、信号を伝えるための導線を含んでいる、とすることができる。リード線部に信号を、伝えるための導線を含ませる場合は、通信処理機能部を有する回路基板として、より高機能なものを使用できる。すなわち、例えば、この通信モジュールと、これが組み込まれる機器が有するホスト側とのデータのやり取りが可能になり、ホスト側との有機的関連を持たせて動作させることができる。

また、実施態様として、前記剛性体の空洞内部に、前記回路基板を封止するように設けられた樹脂部をさらに具備する、とすることができる。このように樹脂部を設けることで、回路基板の位置が安定し、部品として取り扱いやすくするこができる。

また、実施態様として、前記剛性体が、該剛性体の空洞内壁面に、前記回路基板を支持するための溝を有する、とすることができる。これによっても、回路基板の位置を安定させることができ、部品として取り扱いやすくすることができる。

以上を踏まえ、以下では本発明の実施形態を図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態である通信モジュールの構成を示す斜視図である。同図に示すように、この通信モジュール１０は、円筒空洞剛性体１１、巻き付け導電線１２、回路基板１３、リード線部１４を有する。剛性体１１の空洞内壁面には、回路基板１３の位置を支持するための溝１１ａが形成されている。

この通信モジュール１０は、全体として円筒状に構成し、これにより、応用される例えば携帯電話機におけるそのメインボード外の空間である、折り畳み用のヒンジ部分の内部に最も効率的に配置できるよう意図したモジュールである。このような通信モジュール１０は、ＮＦＣ（near field communication）モジュールの一形態と捉えることができ、自身が読み取り側（リーダライタ）となり得るモジュールである。よって、単なる電子タグ（ＩＣタグ）とは異なり、以下説明するように、少なくとも給電を行う電気的な端子を有している。なお、ＮＦＣモジュールは、一般に、自身の側が読まれる側（加えて書き込まれる側）となるモード（電子タグと同様のモード）でも機能し得る。

円筒空洞剛性体１１は、通信モジュール１０としてのアンテナとなる巻き付け導電線１２を巻き付けるため、およびその巻き付けた形状を保つように少なくともある程度の剛性を備えた円筒状物体である。そして同時に空洞を有している。この空洞内は、通信モジュール１０としての回路基板１３の配置空間として供される。剛性体１１には、例えばフェライトなどの磁性材料を用いるのが好ましい。磁性材料を用いれば、これに巻き付けられた導電線１２がインダクタンスの大きなアンテナとなるので、送信時における放射能力が高くかつ受信時感度の高いアンテナとなる。なお、このような大きなインダクタンスが必要でない場合は、例えば樹脂などの成形しやすい剛性体を用いることができる。

また、この実施形態では、剛性体１１は、その空洞内壁面に、回路基板１３の位置を支持する溝１１ａを有している。このように溝１１ａを設けることで、回路基板１３の位置が安定し、通信モジュール１０を部品として取り扱いやすくすることができる。なお、回路基板１３の位置を、剛性体１１の空洞の奥、手前方向に固定するには、例えば、溝１１ａと対向する回路基板１３の辺付近に熱硬化性樹脂などの接着剤を適用する。剛性体１１は、その大きさとして、例えば、円筒の軸方向に１０ｍｍ以下（数ｍｍ程度）、直径がやはり１０ｍｍ程度以下（数ｍｍ程度）である。

巻き付け導電線１２は、剛性体１１に巻き付けられた例えばエナメル線である。導電線１２の両端は、図示するように、回路基板１３にそれぞれ電気的に接続されている。この接続は、例えば、はんだ付けで実現できる。このはんだ付けは、例えば、剛性体１１に導電線１２を巻き付け、次に、溝１１ａに沿い剛性体１１の空洞内に回路基板１３を入れ込む直前に行うことができる。

回路基板１３は、通信処理機能部が、実装された回路部品によって構成されている実装済み基板である。ＩＣなどの能動素子部品のほか、キャパシタ、抵抗などの受動素子部品が実装されている。部品実装には、表面実装技術のほか、近年盛んに開発されている基板内への部品内蔵技術も用い得る。回路基板１３の大きさは、平面方向の縦横にそれぞれ例えば数ｍｍ以下、高さが例えば最大で１．数ｍｍ以下である。なお、回路基板１３の機能的な内部構成については、ＮＦＣモジュールとして公知事項と考えられるので詳細は省略する。

リード線部１４は、回路基板１３に給電するための導線を少なくとも含む、例えばフレキシブル基板で構成された導電線路部である。図示では３本の導線を描いているが、これらは、例えば、電源、グラウンド、信号線のそれぞれ振り分けられている。信号線は、例えば、ディジタル信号をシリアルに伝送するため使用される。リード線部１４の一方の端部は、回路基板１３に例えば異方性導電性フィルムなどを用いて電気的、機械的に接続されている。これにより回路基板１３から延長するように取り付けられたリード線部１４の他方の端部は、この通信モジュール１０が応用される例えば携帯電話機が有するメインの回路基板に接続され得る端子になっている。

以上説明のように、この実施形態の通信モジュール１０は、必要な電気的な処理機能を有するとともにその外形が特定の形状になるように構成されている。外形は、円筒状空洞の剛性体１１によってほぼ規定され、この剛性体１１に巻き付けられた導電線１２がアンテナとして機能し得る。そして、この導電線１２と接続するように、剛性体１１の空洞内部に通信機能部を有する回路基板１３を設けている。

したがって、電気的、電磁的機能を備えるこの通信モジュール１０は、その円筒状の外形を活用し、例えば携帯電話機の折り畳み用のヒンジ部分の内部に配置できる。これにより、もとより小型、軽量が要求され、読み取り機能等に必要な構成物に用意できる空間が非常に限られる携帯電話機に適用して、その小型、軽量化に大いに貢献することができる。

なお、円筒空洞剛性体１１の変形例として、四角柱筒状空洞の剛性体を利用する形態も考えられる。この場合、通信モジュールとして横断面が円形ではなく四角形になるので、携帯電話機の折り畳み用のヒンジ部分に配置するとき、空間的な配置効率が少し悪くなる。しかしながら、通信モジュール自体の構成としては、回路基板１３を空洞内に位置させるときの空洞内での無駄な空間を生じにくくする利点がある。すなわち、四角形の横断面のひとつの辺上（内側）に回路基板１３を配置すれば、回路基板１３の高さ方向には、空洞全部の空間が利用可能になる。回路基板１３に比較的大きな部品が実装されている場合にも都合がよい。

通信モジュール１０が有するアンテナ指向性について補足すると以下である。受信側（電子タグ側）との通信モジュール１０のひとつの好ましい位置関係は、それらのアンテナのヘリカル軸が一直線上に並ぶような配置である。また、別の好ましい位置関係は、それらのアンテナのヘリカル軸が平行に位置するような配置である。これらでは、確実に、相手方のアンテナに誘導起電力が生じる。これにより、通信モジュール１０を携帯電話機の折り畳み用のヒンジ部分の内部に配置した場合、受信側構成をどこに置くかの自由度は高くなる。

なお、この通信モジュール１０は、携帯電話機に応用するには限られず、特に筒状の形状のものを配置しやすい空間がデッドスペースとして存在する機器には好適に適用できる。そのひとつとして、例えば鍵穴の内部に配置すれば、鍵穴に近づけた指先や鍵を介して、人が携帯している電子タグとの通信を行い、これにより認証処理を行うなどの応用も考えられる。

次に、別の実施形態について図２を参照して説明する。図２は、別の実施形態である通信モジュールの構成を示す側面図である。図２において、図１中に示した構成要素と同一のものには同一符号を付し、その部分の説明は省略する。この図２では、図１に示した実施形態との違いが分かるに十分な範囲を説明するため側面図（空洞の手前から奥を臨む方向の図）を用いている。以下の図３、図４（さらに別の実施形態）も同様である。

図２に示した電子モジュールでは、剛性体１１を包むように、巻き付け導電線１２上に磁性材料層である巻き付け磁性シート部１２が新たに設けられている。巻き付け磁性シート部１２は、例えば、可撓性をもってシート状に形成された磁性素材を用い、これを導電線１２上に巻き付け磁性材料層としたものである。このような磁性素材は、もともと、例えば、樹脂中に磁性粉が分散させ、また樹脂には熱硬化性を持たせた半硬化状態の素材である。このような素材を導電線１２上に巻き付け後に熱硬化させる。

図２に示すような形態によれば、導電線１２によるアンテナとしてのインダクタンスは、巻き付け磁性シート部１２によりさらに大きくなる。よって、さらに、送信時における放射能力が高くかつ受信時感度の高いアンテナとすることができる。

次に、さらに別の実施形態について図３を参照して説明する。図３は、さらに別の実施形態である通信モジュールの構成を示す側面図である。図３において、すでに説明した図中に示したものと同一のものには同一符号を付し、その部分の説明は省略する。

この通信モジュールは、樹脂材料の円筒状空洞の剛性体１１Ａ（内部剛性体）と、この剛性体１１Ａを包むように剛性体１１Ａ上に形成された磁性材料層である巻き付け磁性シート部１１Ｂとを有する。また、剛性体１１Ａには、基板支持溝を設けず、代わりに、回路基板１３を剛性体１１Ａの空洞内に固定するため、封止用樹脂部３１を剛性体１１Ａの空洞内に充填するようにしている。回路基板１３は、その全体が封止用樹脂部３１に埋もれて位置している。

このような、図１に示した通信モジュールとの構成上の違いにより、図３に示す通信モジュールは以下のような利点がある。まず、図１における円筒空洞剛性体１１では、これに磁性を持たせるために例えばフェライトを使用した場合、基板支持溝１１ａが形成される必要がある点で少々コスト高になる。そこで、基板支持溝１１ａのないフェライトの円筒空洞剛性体を使用し、回路基板１３の固定には、図３に示すような封止用樹脂部３１を利用する形態も一応考えられる。

これを前提にさらにコスト低減を進めると、フェライト自体の使用を取り止めて図３に示すような形態に行き着く。この形態では、剛性体１１Ａが樹脂材料であるため廉価にできる。そして、アンテナとしてのインダクタンスを十分に確保できるように、剛性体１１Ａを包んで巻き付け磁性シート部１１Ｂを設けている。巻き付け磁性シート部１１Ｂは、図２において説明した巻き付け磁性シート部２１と同様な構成および形成方法のものとすることができる。なお、図２において説明したように、巻き付け導電線２１の外側にさらに巻き付け磁性シート部を設けて、さらにアンテナとしてのインダクタンスを高くすることもできる。

次に、さらに別の実施形態について図４を参照して説明する。図４は、さらに別の実施形態である通信モジュールの構成を示す側面図である。図４において、すでに説明した図中に示したものと同一のものには同一符号を付し、その部分の説明は省略する。

この実施形態は、図３に示した通信モジュールをさらに変形させたものである。すなわち、図３における樹脂製円筒空洞剛性体１１Ａに代えて、内部剛性体として金属製円筒空洞剛性体１１Ｃを使用している。内部剛性体が金属材料であることによって、空洞内部に位置する回路基板１３を遮蔽し、これへの電磁的ノイズの影響を減少させることができる。なお、剛性体１１Ｃの材料には、例えば、アルミニウムやステンレス合金などを用いることができる。

次に、さらに別の実施形態である携帯電話機について図５を参照して説明する。図５は、本発明の一実施形態である携帯電話機の主要構成を示す斜視図である。図５において、すでに説明した図中に示したものと同一のものには同一符号を付してある。図５では、図１で説明した通信モジュール１０の、携帯電話機内での配置について説明する。ここで、携帯電話機自体としての通常の機能や動作に関しては直接に関連が薄いので説明を省略する。

通信モジュール１０は、すでに説明したように円筒状の外形を有することから、図示するように、携帯電話機の折り畳み用のヒンジ部分の内部に配置できる。これにより、もとより小型、軽量が要求され、読み取り機能等に必要な構成物に用意できる空間が非常に限られる携帯電話機に適用して、その小型、軽量化に大いに貢献することができる。

図５に示すように、この携帯電話機は、入力キー１およびメイン回路基板（メインボード）４２を備えた送話部側剛体４０と、この送話部側剛体４０と折り畳み用ヒンジ５１でつながれた、ディスプレイ６１を備えた受話部側剛体６０と、ヒンジ５１内に設けられた通信モジュール１０とを有している。そして、この通信モジュール１０のリード線部１４が送話部側剛体４０内のメイン回路基板４２に接続されている。リード線部１４とメイン回路基板４２との接続には、例えば、はんだ接続や異方性導電性フィルムによる接続などを用いることができる。

リード線部１４は、すでに説明したように、回路基板１３に給電するための導線を少なくとも含む。そして、リード線部１４に、信号を伝えるための導線を含ませる場合は、この通信モジュール１０と、これが組み込まれる機器が有するホスト側（メイン回路基板４２）とのデータのやり取りが可能になり、通信モジュール１０をホスト側との有機的関連を持たせた高機能動作させることが容易にできる。考えられる機能として、カードエミュレーション、リーダライタ、機器間通信などが想定できる。

なお、携帯電話機の折り畳み用のヒンジ部分の空間を活用するという意味で、携帯電話機には通常、ヒンジ部分が左右にふたつあるので、両方とも利用する態様も考えられる。そのひとつとして、片側には剛性体１１と回路基板１３と巻き付け導線部１２とを有するすでに説明した通信モジュール１０と類似した構成のものを配置し、もう片側には回路基板１３がなく剛性体１１および巻き付け導線部１２のみを有する構成のものを配置する。そして、これらの巻き付け導線部１２を、それらのモジュールの外側で電気的に直列に接続する。これによれば、アンテナ部分のインダクタンスをさらに増加できる。

１０…通信モジュール、１１…円筒空洞剛性体、１１ａ…基板支持溝、１１Ａ…樹脂製円筒空洞剛性体、１１Ｂ…巻き付け磁性シート部、１１Ｃ…金属製円筒空洞剛性体、１２…巻き付け導電線、１３…回路基板、１４…リード線部、２１…巻き付け磁性シート部、３１…封止用樹脂部、４０…送話部側剛体、４１…入力キー、４２…メイン回路基板、５１…折り畳み用ヒンジ、６０…受話部側剛体、６１…ディスプレイ。

Claims (10)

1. 筒状空洞の剛性体と、
   前記剛性体上に巻き付けられた導電線と、
   前記剛性体の空洞内部に設けられた、前記導電線の両端と電気的に接続された通信処理機能部を有する回路基板と、
   前記回路基板から延設された、前記回路基板に給電するための導線を少なくとも含むリード線部と
   を具備することを特徴とする通信モジュール。
2. 前記剛性体が、円筒状空洞の磁性材料の剛性体であることを特徴とする請求項１記載の通信モジュール。
3. 前記剛性体を包むように前記導電線上に配置された磁性材料層をさらに具備することを特徴とする請求項２記載の通信モジュール。
4. 前記剛性体が、金属材料の円筒状空洞の内部剛性体と、該内部剛性体を包むように該内部剛性体上に形成された磁性材料層とを有することを特徴とする請求項１記載の通信モジュール。
5. 前記剛性体が、樹脂材料の円筒状空洞の内部剛性体と、該内部剛性体を包むように該内部剛性体上に形成された磁性材料層とを有することを特徴とする請求項１記載の通信モジュール。
6. 前記剛性体が、四角柱筒状空洞の剛性体であることを特徴とする請求項１記載の通信モジュール。
7. 前記リード線部が、信号を伝えるための導線を含んでいることを特徴とする請求項１記載の通信モジュール。
8. 前記剛性体の空洞内部に、前記回路基板を封止するように設けられた樹脂部をさらに具備することを特徴とする請求項１記載の通信モジュール。
9. 前記剛性体が、該剛性体の空洞内壁面に、前記回路基板を支持するための溝を有することを特徴とする請求項１記載の通信モジュール。
10. 入力キーおよびメイン回路基板を備えた送話部側剛体と、
    前記送話部側剛体と折り畳み用ヒンジでつながれた、ディスプレイを備えた受話部側剛体と、
    前記ヒンジ内に設けられた通信モジュールと、を具備し、
    前記通信モジュールが、筒状空洞の剛性体と、前記剛性体上に巻き付けられた導電線と、前記剛性体の空洞内部に設けられた、前記導電線の両端と電気的に接続された通信処理機能部を有する回路基板と、前記回路基板から延設された、前記回路基板に給電するための導線を少なくとも含むリード線部とを有し、該リード線部が前記送話部側剛体の前記メイン回路基板に接続されていること
    を特徴とする携帯電話機。

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