JP2019029385A - 通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリーと制御基板との絶縁距離が確保される通信装置において、絶縁距離の確実性と組み立て作業性を両立させる。【解決手段】通信装置１０は、バッテリーモジュール１５と制御基板１３との間に配置され、電気絶縁性を有する樹脂が用いられたカバー１６を備え、カバー１６は、バッテリーモジュール１５と制御基板１３との間に位置する底板部６１と、この底板部６１の制御基板１３側に形成される第１，第２の凹部６４，６５と、を有し、第１，第２の凹部６４，６５は、平面視において点対称に配置され、第１，第２の凹部６４，６５のいずれか一方が制御基板１３に搭載される搭載部品のうち最も前記バッテリーモジュール側に突出するものと対向している。【選択図】図４

Description

本発明は、改良された通信装置に関する。

ケースに収納された制御基板と、ケースの外部に配置された装置との間で無線通信が可能な通信装置が知られている。このような通信装置に関する従来技術として、特許文献１に開示される技術がある。

特許文献１に示されるような、通信装置は、危険場所において使用される事が想定されたものである。危険場所とは、一般工場などにおいて、爆発性ガスが空気と混合して爆発下限界以上の危険雰囲気を生成するおそれのある場所をいう。危険場所での使用が想定される通信装置は、本質安全防爆要件（ＪＩＳ Ｃ６００７９）に適合させる必要がある。

通信装置は、金属製のケースにバッテリーと制御基板とこの制御基板とコネクタを介して接続されるサブ基板が収納されてなる。通信装置の大型化を抑制するためには、制御基板とは別に通信を行うためのサブ基板を備え、両基板をコネクタで接続する構造が望ましいためである。ケースには、通信を行うために開口部が空けられ、この開口部に窓部材が臨んでいる。

一方で、危険場所において用いられる通信装置は、本質安全防爆要件に適合させるためにバッテリーと制御基板の搭載部品との間に所定の絶縁距離を確保する必要がある。絶縁距離を確保するために、バッテリーと制御基板との間に電気絶縁性を有する樹脂が用いられたカバーを配置することが望ましい。実体物であるカバーを配置することで空間による絶縁距離よりも確実に絶縁距離が確保できるためである。一方でカバーの取り付けに際しては作業性を向上させることが望まれる。

特開２００９−０５４９４０号公報

本発明は、バッテリーと制御基板との絶縁距離が確保される通信装置において、絶縁距離の確実性と組み立て作業性を両立させることのできる通信装置の提供を課題とする。

本発明は、前述の課題を解決するために、金属製のケースに、バッテリーモジュール、このバッテリーモジュールと接続される制御基板、及び、この制御基板によって制御されるサブ基板が収納される通信装置であって、
前記バッテリーモジュールと前記制御基板との間に配置され、電気絶縁性を有する樹脂が用いられたカバーを備え、
前記カバーは、前記バッテリーモジュールと前記制御基板との間に位置する底板部と、この底板部の前記制御基板側に形成される第１，第２の凹部と、を有し、
前記第１，第２の凹部は、平面視において点対称に配置され、前記第１，第２の凹部のいずれか一方が前記制御基板に搭載される搭載部品のうち最も前記バッテリーモジュール側に突出するものと対向している、
ことを特徴とする。

本発明によれば、バッテリーと制御基板との絶縁距離が確保される通信装置において、絶縁距離の確実性と組み立て作業性を両立させることができる。

本発明の実施形態による検出装置（通信装置）が用いられたプラント機器状態収集システムを模式的に示した図である。 図１に示された検出装置の平面図である。 図２に示された検出装置のＡ−Ａ線断面図である。 図２に示された検出装置のＣ−Ｃ線断面図である。 図４に示されたカバーの（ａ）平面図、（ｂ）底面図、（ｃ）正面図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。

図１を参照する。図１には、石油化学系のプラントにおけるプラント機器状態収集システム１が示されている。石油化学系のプラントは、非常に広大である。このため、各機器を検出装置１０（通信装置１０）により検出し、検出された情報をデータ記憶管理装置５において管理している。

より詳細に説明する。検出装置１０は、プラント内の各機器に取り付けられることにより、危険場所ＤＡ内に複数配置されている。これらの検出装置１０において検出された情報は、中継器３を介してあるいは検出装置１０から直接ネットワーク構築装置４に送信され、データ記憶管理装置５に送信される。プラントの管理者は、データ記憶管理装置５に記憶された情報をノートパソコン７（管理端末７）を用いて確認することができる。

図１には３つの検出装置１０が示されているが、検出装置１０は、４個以上であってもよく、１又は２個であってもよい。

検出装置１０が検出する状態としては、温度、振動等が挙げられる。管理者は、状態の異常を認識すると、異常を検知した検出装置１０まで作業者を向かわせ、機器の確認を行わせる。

作業者は、異常が発生した機器に対して修繕等の作業を行った後、作業完了をデータ記憶管理装置５に送信するためにタブレット端末等の携帯端末６（通信機器６）を検出装置１０にかざして通信を行う。携帯端末６と検出装置１０との通信には、近距離無線通信であるＮＦＣ（Near Field Communication）規格を採用することができる。例えば、近距離無線通信によって携帯端末６から検出装置１０に書き込みされた作業内容は、検出装置１０から中継器３を介しあるいは検出装置１０から直接ネットワーク構築装置４に送信され、さらにネットワーク構築装置４からデータ記憶管理装置５に送信される。また、携帯端末６は、検出装置１０の設置の際に近距離無線通信によって検出装置１０に認証情報や動作条件などの各種情報を書き込みしてもよい。

図２から図４を参照する。検出装置１０は、金属製のケース１１と、このケース１１に空けられた開口部１１４に設けられた窓部材１２と、ケース１１に固定された制御基板１３と、この制御基板１３に接続され窓部材１２の下面に近接して配置されたサブ基板１４と、制御基板１３に電力を供給する電池等からなるバッテリーモジュール１５と、制御基板１３とバッテリーモジュール１５との間に配置されるカバー１６と、ケース１１の上面に設けられたアンテナ１７と、を備える。ケース１１内において、下側から上側に向かって、バッテリーモジュール１５，制御基板１３，サブ基板１４が重ねて配置される。

ケース１１は、下部に配置され上方が開口している第１分割体１１１と、この第１分割体１１１に重ね合わされた第２分割体１１２と、第１分割体１１１と第２分割体１１２との間に位置する第３分割体１１３と、からなる。第１分割体１１１及び第２分割体１１２は、それぞれ第３分割体１１３にボルト１１５によって締結されている。ケース１１は、必要に応じて表面に塗装等の表面処理が行われる。

第１分割体１１１は、底面視において略長方形を呈する底部からなる。

第1分割体１１１は、接地されている（アースされている）。

第２分割体１１２は、平面視において略長方形を呈する蓋部からなる。

第２分割体１１２の中央には、略長方形状の開口部１１４が空けられている。平面視における開口部１１４の面積は、１６００ｍｍ^２以下に設定されている。開口部１１４に隣接して、アンテナ１７が取り付けられるアンテナ取付孔１１６が空けられている。

窓部材１２は、第２分割体１１２の開口部１１４を塞ぐように設けられる。窓部材１２の素材は、電気絶縁性を有し非接触通信に用いる電波または磁気を透過する樹脂からなる。窓部材１２は、図示しないビスで第２分割体１１２の裏面（下面）に締結されている。

第３分割体１１３は、平面視において略長方形を呈する筒状部からなり、第１分割体１１１と第２分割体１１２との間の壁部となる。

制御基板１３は、硬質多層プリント基板が採用されている。制御基板１３は、ビス２１によって、窓部材１２の裏側に固定されている。制御基板１３は、接地されている。なお、制御基板１３に、制御基板１３によって点灯、点滅、消灯が切り替えられる発光素子を設けてもよい。

サブ基板１４は、硬質多層プリント基板が採用されている。サブ基板１４は、スペーサ２２によって制御基板１３から少なくとも１．５ｍｍ以上離間して設けられ、制御基板１３とＢｔｏＢ（Board to Board）コネクタ３５，４２を介して接続されている。また、サブ基板１４は、アンテナ部４１とアンテナコネクタ４３を介して接続されている。

制御基板１３及びサブ基板１４で電子回路が構成されている。制御基板１３には、通信モジュール３１と、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ケーブル３２ａを介して制御基板１３を機器の状態を検知するセンサ（図示しない）と接続するためのセンサコネクタ３２と、ケーブル３３ａを介して制御基板１３をバッテリーモジュール１５と接続するバッテリーコネクタ３３と、ケーブル３４ａを介して制御基板１３をアンテナ１７と接続するアンテナコネクタ３４と、ＢｔｏＢコネクタ３５と、が搭載されている。アンテナコネクタ３４は、金属端子であり、制御基板１３の下面（バッテリーモジュール１５側）に搭載される搭載部品のうち、最もバッテリーモジュール１５側に突出するものである。サブ基板１４には、ＢｔｏＢコネクタ４２と、アンテナコネクタ４３と、図示しないタグＩＣと、が搭載されている。このほか、制御基板１３及びサブ基板１４には、通信ラインや電源ラインが適宜設けられている。また、ケース１１の外側には、ケーブル３２ａと前記センサとを接続する外部コネクタ３６が設けられている。なお、センサコネクタ３２は、外部コネクタ３６に対応して外部コネクタ３６と同数が制御基板１３に搭載される。

通信モジュール３１は、前記ＣＰＵの制御のもとで予め設定された間隔で起動し、アンテナ１７を介して前記センサが検知した情報や携帯端末６から非接触通信によって前記ＩＣ６１に入力された情報を中継器３あるいはネットワーク構築装置４に送信する機能を持つ。

前記ＣＰＵは、例えば、検出装置１０全体の制御を行う機能を持つ。具体的には、通信モジュール３１，前記タグＩＣ及び前記センサの動作を制御する機能を持つ。

前記タグＩＣは、携帯端末６との非接触通信あるいは前記電源ラインからの電力供給によって起動し、前記ＣＰＵあるいは携帯端末６から入力された情報を記憶する機能や、記憶した情報を前記ＣＰＵあるいは携帯端末６に送信する機能を持つ。

アンテナ部４１は、携帯端末６との非接触通信を行うためのアンテナである。アンテナ部４１は、導電性を有する材料によりフレキシブルプリント基板（ＦＰＣ）に所定のアンテナパターンが形成されてなる。アンテナ部４１は、窓部材１２とサブ基板１４との間に位置するように設けられる。サブ基板１４とアンテナ部４１との間には、クッション材４４（緩衝材４４）が設けられている。クッション材４４は、例えば気泡を含むスポンジが採用され、その厚さがサブ基板１４とアンテナ部４１との間隔よりも大きく、挟み込みにより発生する圧縮反力によりアンテナ部４１を窓部材１２の裏面（下面）に押し当て保持する。これにより、アンテナ部４１が窓部材１２の裏面に当接するとともに、検出装置１０の分解や再組立が容易である。

次に、図５も参照してカバー１６について説明する。

カバー１６は、図５（ａ）、（ｂ）に示すように平面視及び底面視で略長方形状に形成され、図３及び図４に示すようにケース１１の第２分割体１１２側（上方）の制御基板１３と第１分割体１１１側（下方）のバッテリーモジュール１５との間に配置される。カバー１６の素材は、電気絶縁性を有する樹脂からなり、後述する底板部６１の厚さにより制御基板１３に搭載される搭載部品とバッテリーモジュール１５との間の絶縁距離を確実に確保する。底板部６１の厚さは本質安全防爆要件において要求される絶縁距離に応じて定められる（例えば０．５ｍｍ以上）。カバー１６は、制御基板１３にビス２１によって締結される。

カバー１６は、平面視及び底面視で略長方形状の底板部６１と、底板部６１の周縁から上方に立設する周壁部６２と、周壁部６２の上端から底板部６１の面方向（面と平行な方向）に延設される４つの舌部６３と、底板部６１の上面（制御基板１３側）に形成される第１，第２の凹部６４，６５と、各舌部６３に形成される第１，第２，第３，第４の孔部６６，６７，６８，６９と、を有する。第１，第２の凹部６４，６５は、後述するようにいずれか一方がアンテナコネクタ３４と対向する。第１，第２の凹部６４，６５を設けることで、カバー１６全体の高さを抑えつつ、アンテナコネクタ３４と底板部６１との接触を回避することができる。第１，第２の孔部６６，６７は、カバー１６を制御基板１３に対して固定（締結）する固定部材であるビス２１が挿通される。第３，第４の孔部６８，６９は、窓部材１２の裏面に設けられる位置決め凸部２３が挿通される。位置決め凸部２３は窓部材１２に２つ設けられ、制御基板１３に設けられる２つの孔部３６と第３，第４の孔部６８，６９にそれぞれ挿通されるものであり、カバー１６を制御基板１３に対して位置決めする位置決め部材の一例である。

カバー１６は、平面視及び底面視において任意の点Ｐを中心とした点対称の形状となるように形成されている。より詳細には、第１の凹部６４と第２の凹部とは点Ｐを中心とした点対称に配置される。また、第１の孔部６６と第２の孔部６７とは点Ｐを中心とした点対称に配置される。また、第３の孔部６８と第４の孔部６９とは点Ｐを中心とした点対称に配置される。したがって、カバー１６は左右に取り付けの方向性がなく、点Ｐを中心として左右に１８０°回転させても制御基板１３に固定することができる。カバー１６が制御基板１３に固定された状態において、第１，第２の凹部６４，６５のいずれか一方がアンテナコネクタ３４と対向する。図５の状態でカバー１６を制御基板１３に固定した場合は、図４に示すように第１の凹部６４がアンテナコネクタ３４と対向する。一方、図５の状態からカバー１６を左右方向に１８０°回転させた状態で制御基板１３に固定した場合は、第１の凹部６４に替わって第２の凹部６５がアンテナコネクタ３４と対向することとなる。アンテナコネクタ３４とバッテリーモジュール１５との間の絶縁距離は、底板部６１のうち、第１，第２の凹部６４，６５が形成された箇所の厚さだけ確保されることとなる。

以上に説明した本発明は、以下の効果を奏する。

検出装置１０は、金属製のケース１１に、バッテリーモジュール１５、このバッテリーモジュール１５と接続される制御基板１３、及び、この制御基板１３によって制御されるサブ基板１４が収納される通信装置１０であって、
バッテリーモジュール１５と制御基板１３との間に配置され、電気絶縁性を有する樹脂が用いられたカバー１６を備え、
カバー１６は、バッテリーモジュール１５と制御基板１３との間に位置する底板部６１と、この底板部６１の制御基板１３側に形成される第１，第２の凹部６４，６５と、を有し、
第１，第２の凹部６４，６５は、平面視において点対称に設けられ、第１，第２の凹部６４，６５のいずれか一方が制御基板１３に搭載される搭載部品のうち最もバッテリーモジュール１５側に突出するもの（アンテナコネクタ３４）と対向している。
これによれば、制御基板１３との搭載部品との位置関係においてカバー１６の取り付けの方向性をなくし、絶縁距離の確実性と組み立て作業性を両立させることができる。

また、カバー１６は、カバー１６を制御基板１３に対して固定する固定部材（ビス２１）が挿通される第１，第２の孔部６６，６７を有し、
第１，第２の孔部６６，６７は、平面視において点対称に配置される。
これによれば、制御基板１３への固定においてカバー１６の取り付けの方向性をなくし、絶縁距離の確実性と組立作業性を両立させることができる。

また、カバー１６は、カバー１６を制御基板１３に対して位置決めする位置決め部材（位置決め凸部２３が挿通される第３，第４の孔部６８，６９を有し、
第３，第４の孔部６８，６９は、平面視において点対称に配置される。
これによれば、制御基板１３に対する位置決めにおいてカバー１６の取り付けの方向性をなくし、絶縁距離の確実性と組立作業性を両立させることができる。

ケース１１は、開口部１１４を有し、
開口部１１４に電気絶縁性を有する樹脂が用いられた窓部材１２が臨み、
サブ基板１４は、ケース１１の外部に位置する通信機器６との間で非接触通信が可能であり、前記非接触通信のためのアンテナ部４１が接続され、
ケース１１内にアンテナ部４１を窓部材１２に押し当てる緩衝材４４（クッション材４４）が設けられる。
これによれば、非接触通信の通信性能を向上させるとともに、分解や再組立を容易とすることができる。

なお、本発明による通信装置は、石油化学系のプラントに用いられる場合を例に説明したが、この他の危険場所であっても用いることができる。危険場所としては、例えば、ＬＰガス充填所、トンネル掘削工事現場、火力発電所、塗装工場等が挙げられる。

また、通信装置は、検出装置を例に説明したが、ケース外部の機器との間で無線通信を行う装置であれば、検出装置に限らず他の装置にも適用可能である。

即ち、本発明の作用及び効果を奏する限りにおいて、本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、種々の変更（構成要素の削除を含む）が可能であることは勿論である。

本発明の通信装置は、石油化学系プラントに用いられる検出装置として好適である。

６…携帯端末（通信機器）
１０…検出装置（通信装置）
１１…ケース
１２…窓部材
１３…制御基板
１４…サブ基板
１５…バッテリーモジュール
１６…カバー
３４…アンテナコネクタ
４１…アンテナ部
４４…クッション材（緩衝材）
６１…底板部
６２…周壁部
６３…舌部
６４…第１の凹部
６５…第２の凹部
６６…第１の孔部
６７…第２の孔部
６８…第３の孔部
６９…第４の孔部
１１１…第１分割体
１１２…第２分割体
１１３…第３分割体
１１４…開口部

Claims (4)

1. 金属製のケースに、バッテリーモジュール、このバッテリーモジュールと接続される制御基板、及び、この制御基板によって制御されるサブ基板が収納される通信装置であって、
   前記バッテリーモジュールと前記制御基板との間に配置され、電気絶縁性を有する樹脂が用いられたカバーを備え、
   前記カバーは、前記バッテリーモジュールと前記制御基板との間に位置する底板部と、この底板部の前記制御基板側に形成される第１，第２の凹部と、を有し、
   前記第１，第２の凹部は、平面視において点対称に配置され、前記第１，第２の凹部のいずれか一方が前記制御基板に搭載される搭載部品のうち最も前記バッテリーモジュール側に突出するものと対向している、
   ことを特徴とする通信装置。
2. 前記カバーは、前記カバーを前記制御基板に対して固定する固定部材が挿通される第１，第２の孔部を有し、
   前記第１，第２の孔部は、平面視において点対称に配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の通信装置。
3. 前記カバーは、前記カバーを前記制御基板に対して位置決めする位置決め部材が挿通される第３，第４の孔部を有し、
   前記第３，第４の孔部は、平面視において点対称に配置される、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の通信装置。
4. 前記ケースは、開口部を有し、
   前記開口部に電気絶縁性を有する樹脂が用いられた窓部材が臨み、
   前記サブ基板は、前記ケースの外部に位置する通信機器との間で非接触通信が可能であり、前記非接触通信のためのアンテナ部が接続され、
   前記ケース内に前記アンテナ部を前記窓部材に押し当てる緩衝材が設けられる、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の通信装置。
   

Images