JP5590274B1 - キー入力装置および電子機器 - Google Patents

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Abstract

キー入力装置のうち所定のキートップ（１）の内面にコイルアンテナ（１０）が設けられている。キースイッチが保持される基板（５０）上に、コイルアンテナと磁界結合する給電コイル（２０）およびＲＦＩＣ（４０）が実装されている。キートップ（１）の近傍にＮＦＣを備えた装置を近接させることによってＮＦＣ通信が可能となる。またはＲＦＩＤのタグを近接させることによって、その読み取りが可能となる。これにより、アンテナを筐体の外部に設けることなく、且つ、組み込み先電子機器の筐体の影響を受け難くい、キー入力装置および電子機器を構成する。

Description

本発明は、ＲＦＩＤシステムやＮＦＣ（近距離無線通信システム）等に用いられるアンテナを含むキー入力装置およびそれを備えた電子機器に関するものである。
ＮＦＣ用のアンテナには、ＨＦ帯に適したコイルアンテナが一般的に用いられる。このようなコイルアンテナを電子機器の筐体内に設ける構成が特許文献１に示されている。また、ＵＳＢコネクタ付きのアンテナ装置をノートＰＣのＵＳＢ端子に装着して用いる外付け型ＲＦＩＤ通信装置が特許文献２に示されている。さらに、ノートＰＣの金属筺体に貼り付けて通信を行うようにしたタグが特許文献３に示されている。
特開２０１０−１０２５３１号公報 特開２００６−８５２８８号公報 国際公開第２００７／０００８０７号パンフレット
特許文献１に示されている情報処理装置においては、ノートＰＣのタッチパッドと、このタッチパッドの下部に備えられた底板金属部との間にＮＦＣアンテナモジュールが配置されている。ＮＦＣアンテナモジュールは、ＩＣカードがタッチパッドの近傍にかざされることにより、そのＩＣカードと近距離無線通信を行う。
しかし、タッチパッドが例えば静電容量方式のものであれば、コンデンサパターン等の金属パターンが多数組み込まれており、これがＮＦＣ用コイルアンテナの磁界の形成を妨げるため、良好なアンテナ特性が得難いという問題があった。また、近年は強度とデザイン性を重視して金属筐体が多用される傾向にある。そのため、電磁シールド作用を受けないような位置にコイルアンテナを配置することが困難になってきている。
特許文献２に示されている外付け型のＲＦＩＤ通信装置では、ノートＰＣに対して突起状の付加物になるので、この部分に落下等の衝撃が加わると、壊れやすい。
特許文献３に示されているタグでは、タグ（アンテナ）が金属筺体から突出しているので、作業性が妨げられ、剥がれ落ちてしまいやすい。
本発明の目的は、アンテナを筐体の外部に設けることなく、且つ、組み込み先電子機器の筐体の影響を受け難くすることにある。
本発明はキー入力装置を例えばＲＦＩＤ用のアンテナやＮＦＣ用のアンテナとして用いることのできる装置である。
（１）本発明のキー入力装置は、キー操作部と、このキー操作部（キートップ）の変位を検出するスイッチ部とで構成されるキースイッチを複数備え、ＲＦＩＣが直接に、または間接に、接続されるコイルアンテナを、複数のキースイッチのキー操作部のうち少なくとも一つに備えたことを特徴とする。
上記の構成によれば、キー入力装置は金属筐体に覆われないので、金属筐体による渦電流の問題が解消できる。
（２）コイルアンテナの巻回軸はキー操作部の操作面に対して垂直方向であることが好ましい。これにより、キー操作部またはキー入力装置の操作面を通信面として利用できる。
（３）キー操作部の操作（変位）が検出されるスイッチ部が設けられる基板にＲＦＩＣおよび、ＲＦＩＣに接続され、コイルアンテナと磁界結合する給電コイルが配置されていることが好ましい。この構成によれば、ＲＦＩＣを実装するための特別な基板が不要となる。
（４）ＲＦＩＣに接続され、コイルアンテナと磁界結合する給電コイルを備える場合、キー操作部の操作（変位）が検出されるスイッチ部が設けられる基板に、給電コイルが配置されていることが好ましい。この構成によれば、給電コイルを実装するための特別な基板が不要となる。
（５）キー操作部は複数の文字キーを含み、コイルアンテナを備えるキー操作部は、文字キーよりサイズの大きなキー操作部であることが好ましい。これにより、コイルアンテナのコイル径を大きくでき、高利得が得られる。
（６）複数のキー操作部のうち第１のキー操作部および第２のキー操作部にそれぞれコイルアンテナが備えられ、第１のキー操作部および第２のキー操作部は直列接続または並列接続されていることが好ましい。これにより、コイルアンテナの実質的なコイル径を大きくでき、高利得が得られる。
（７）上記（６）において、第１のキー操作部のコイルアンテナと第２のキー操作部のコイルアンテナとは、各コイルアンテナに生じる磁界が同相となるように巻回され接続されていることが好ましい。これにより、キー入力装置の操作面の比較的広い範囲を通信面として利用できる。
（８）本発明の電子機器は、表示部およびキー入力部を（金属筐体内に）備え、そのキー入力部を上記（１）〜（７）のいずれかに記載のキー入力装置で構成する。
本発明によれば、コイルアンテナおよびＲＦＩＣ等で構成される通信回路はキー入力装置をＲＦＩＤシステムやＮＦＣ用の読み取り装置として利用できる。すなわち、キー入力装置にＲＦＩＤ用の媒体やＮＦＣ通信を行う通信相手が近接された状態で通信できる。
キー入力装置は金属筐体に覆われないので、金属筐体による渦電流の問題が解消できる。また、アンテナを筐体の外部に設ける必要がないので、衝撃等による損傷や作業性の低下も生じない。
図１（Ａ）は第１の実施形態に係る電子機器の一例としてのノートＰＣ２０１の外観斜視図、図１（Ｂ）はそのキー入力装置の部分斜視図である。 図２（Ａ）はSPACEキーとその左右の別のキーのキートップの平面図である。図２（Ｂ）はこれらのキースイッチの断面図である。 図３は、コイルアンテナ１０、給電コイル２０およびＲＦＩＣ４０等で構成される通信回路の分解斜視図である。 図４（Ａ）は通信回路の等価回路図である。図４（Ｂ）は整合回路の構成が異なる、別の通信回路の等価回路図である。 図５（Ａ）は第２の実施形態に係る電子機器の一例としてのノートＰＣの外観斜視図、図５（Ｂ）はそのキー入力装置の部分斜視図である。 図６（Ａ）は第３の実施形態に係る電子機器の一例としてのノートＰＣの外観斜視図、図６（Ｂ）はそのキー入力装置の部分斜視図である。 図７は隣接する２つのキースイッチの断面図である。 図８は、図７に示した２つのコイルアンテナを備える通信回路の等価回路図である。 図９は、第４の実施形態に係る電子機器に設けられている、隣接する２つのキースイッチの断面図である。 図１０（Ａ）は、図９に示した２つのコイルアンテナを備える通信回路の等価回路図である。図１０（Ｂ）は、図９に示した２つのコイルアンテナを備える通信回路の別の等価回路図である。 図１１（Ａ）は第５の実施形態に係る電子機器の一例としてのノートＰＣの外観斜視図、図１１（Ｂ）はそのキー入力装置の部分斜視図である。 図１２は、２つのキースイッチを通る面での断面図である。 図１３（Ａ）は第６の実施形態に係る電子機器のキートップの内部に設けられているコイルアンテナの構成を示す斜視図である。図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）におけるコイルアンテナ１０のＶ−Ｖ部分の断面図である。 図１４は第７の実施形態に係る電子機器のキー入力装置の１つのキースイッチ部分の断面図である。
《第１の実施形態》
図１（Ａ）は第１の実施形態に係る電子機器の一例としてのノートＰＣ２０１の外観斜視図、図１（Ｂ）はそのキー入力装置の部分斜視図である。このノートＰＣ２０１はキー入力装置１０１、タッチパッド１２０、表示装置１１０等を備えている。キー入力装置１０１は、その操作面がノートＰＣ２０１の筐体２１０の開口部に露出するように配置されている。
図１（Ｂ）に表れているように、キー入力装置のうち一つのキートップ１の内部にコイルアンテナ１０が設けられている。キートップ１は本発明に係る「キー操作部」に相当する。この例では、普通の文字キーよりサイズの大きなSPACEキーのキートップである。
図２（Ａ）は上記SPACEキーとその左右の別のキーのキートップの平面図である。図２（Ｂ）はこれらのキースイッチの断面図である。SPACEキーは、キートップ１、キートップ１を上下動させる機構部、およびキートップ１の変位を検出するスイッチ部２で構成されている。他のキースイッチについても同様に、キートップ、機構部およびスイッチ部で構成されている。これらのキースイッチは基板５０等に保持されている。
キートップ１の内面にはコイルアンテナ１０が取り付けられている。基板５０上の、キートップ１で隠れる位置に給電コイル２０およびＲＦＩＣ４０が実装されている。
図３は、上記コイルアンテナ１０、給電コイル２０およびＲＦＩＣ４０等で構成される通信回路の分解斜視図である。コイルアンテナ１０は、基材フィルム１１と、その両面に形成されたコイル導体１２，１３とで構成されている。基材フィルム１１には矩形の開口ＡＰが形成されていて、この開口ＡＰの周囲を周回するように、コイル導体１２，１３が形成されている。コイル導体１２，１３はそれぞれ矩形渦巻状にパターン化された導体であり、平面視で同方向に電流が流れる状態で容量結合するようにパターン化されている。すなわち、同一方向からの平面視で、一方のコイル導体に時計回りの電流が流れるとき、他方のコイル導体にも時計回りに電流が流れるように、二つのコイル導体はパターン化されている。
上記コイルアンテナ１０は図２（Ａ）に示したとおり、キートップ１の内面に接着剤を介して貼付される。基材フィルム１１には開口ＡＰが形成されているので、キートップ１の取り付け機構に対して影響を与えない。
給電コイル２０は、フェライトコア２１と、このフェライトコア２１に巻回されたコイル導体２２で構成されている。この給電コイル２０は、コイル導体２２のコイル軸を通る磁束がコイルアンテナ１０のコイル導体１２，１３と鎖交する位置に配置されている。
ＲＦＩＣ４０と給電コイル２０との間には、コイル導体２２に対して並列接続されるチップキャパシタ３０が配置されている。
図４（Ａ）は上記通信回路の等価回路図である。図４（Ａ）に示すコイルアンテナ１０はインダクタＬａ１，Ｌａ２およびキャパシタＣａ１，Ｃａ２で構成される。インダクタＬａ１，Ｌａ２は図３に示したコイル導体１２，１３に相当し、キャパシタＣａ１，Ｃａ２はコイル導体１２，１３間に生じる容量に相当する。インダクタＬｆは給電コイル２０に相当し、キャパシタＣｆはチップキャパシタ３０に相当し、給電回路ＦＣはＲＦＩＣ４０にそれぞれ相当する。
キャパシタＣｆはインダクタＬｆとともに共振回路を構成し、共振周波数の調整用およびインピーダンスマッチング用の素子として作用する。
図４（Ｂ）は上記整合回路の構成が異なる、別の通信回路の等価回路図である。インダクタＬｆと給電回路ＦＣとの間に、抵抗Ｒ１，Ｒ２、インダクタＬｐ１，Ｌｐ２、キャパシタＣｐ１，Ｃｐ２によるローパスフィルタを設け、さらにこのローパスフィルタとインダクタＬｆとの間に整合用のキャパシタＣｍ１，Ｃｍ２を設けてもよい。
このようにして、キー入力装置の一部にコイルアンテナおよびそれを含む通信回路を設けることによって、図１（Ａ）に示した、SPACEキーの近傍に、ＮＦＣを備えた装置を近接させることによってＮＦＣ通信が可能となる。また、ＲＦＩＤのタグを近接させることによって、その読み取りを行うことができる。その際、キー入力装置１０１は金属製の筐体２１０で覆われていないので、その金属筐体の影響を受けない。また、アンテナをノートＰＣの筐体の外部に設ける必要がないので、衝撃等による損傷や作業性の低下も生じない。
なお、コイルアンテナ１０の裏面にフェライトシート等の磁性体シートが貼付されていてもよい。そのことにより、コイルアンテナ１０の下部または下部付近に存在する金属部材との結合が抑制されるので、渦電流による問題が回避できる。但し、給電コイル２０との磁界結合を確保するために、給電コイル２０の近傍は磁性体シートで覆わないようにしてもよい。または磁性体シートの厚みを薄くするか、比較的小さな透磁率の磁性体シートを用いてもよい。
《第２の実施形態》
図５（Ａ）は第２の実施形態に係る電子機器の一例としてのノートＰＣの外観斜視図、図５（Ｂ）はそのキー入力装置の部分斜視図である。第１の実施形態ではSPACEキーのキートップにコイルアンテナを設けたが、第２の実施形態では、EnterキーまたはReturnキーのキートップ１の内面にコイルアンテナ１０を設けてもよい。
このように文字キーよりサイズの大きなキートップにコイルアンテナを設けることによって、コイルアンテナのコイル径を大きくでき、高利得が得られる。
《第３の実施形態》
図６（Ａ）は第３の実施形態に係る電子機器の一例としてのノートＰＣの外観斜視図、図６（Ｂ）はそのキー入力装置の部分斜視図である。第１・第２の実施形態では１つのキートップにコイルアンテナを設けたが、第３の実施形態では、２つのキートップの内面にコイルアンテナを設ける。図６（Ｂ）に表れているように、キートップ１Ａ，１Ｂの内面にコイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂが設けられている。
図７は隣接する２つのキースイッチの断面図である。コイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂのそれぞれは、基材フィルムと、その両面に形成された所定ターン数のコイル導体とで構成されている。基板５０の上面にはバネピン５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄが設けられている。コイルアンテナ１０Ａのコイル導体の両端はバネピン５１Ａ，５１Ｂを介して基板５０上の導体パターンに接続されている。同様に、コイルアンテナ１０Ｂのコイル導体の両端はバネピン５１Ｃ，５１Ｄを介して基板５０上の導体パターンに接続されている。
図８は、図７に示した２つのコイルアンテナを備える通信回路の等価回路図である。コイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂは直列回路を構成し、この直列回路にキャパシタＣａおよび給電回路ＦＣが接続されている。
２つのコイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂは、各コイルアンテナに生じる磁界が逆相となるように、巻回され、接続されている。図７中の磁束φは２つのコイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂに生じる磁界が逆相であることを表している。このことにより、２つのコイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂを通る磁束で閉ループが構成され、この閉ループ（閉磁路）に、通信相手の装置を近接させることで、強い磁界結合が生じる。
《第４の実施形態》
図９は、第４の実施形態に係る電子機器に設けられている、隣接する２つのキースイッチの断面図である。コイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂのそれぞれは、基材フィルムと、その両面に形成された所定ターン数のコイル導体とで構成されている。基板５０の上面にはバネピン５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄが設けられている。コイルアンテナ１０Ａのコイル導体の両端はバネピン５１Ａ，５１Ｂを介して基板５０上の導体パターンに接続されている。同様に、コイルアンテナ１０Ｂのコイル導体の両端はバネピン５１Ｃ，５１Ｄを介して基板５０上の導体パターンに接続されている。
図１０（Ａ）は、図９に示した２つのコイルアンテナを備える通信回路の等価回路図である。コイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂは直列回路を構成し、この直列回路にキャパシタＣａおよび給電回路ＦＣが接続されている。
２つのコイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂは、各コイルアンテナに生じる磁界が同相となるように、巻回され、接続されている。図９中の磁束φは２つのコイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂに生じる磁界が同相であることを表している。このことにより、２つのコイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂを通る磁束はキー入力装置の操作面に対して垂直方向に出入りして広範囲に磁界が広がる。そのため、面方向の広い範囲で通信が可能となる。
図１０（Ｂ）は、図９に示した２つのコイルアンテナを備える通信回路の別の等価回路図である。この例では、ＲＦＩＣ４０は２つの入出力ポートを備え、それぞれ２つのコイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂの一端に接続し、２つのコイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂの接続点を接地している。この構成により、２つのコイルアンテナを個別に利用する通信回路として用いることができる。
なお、２つのコイルアンテナは直列接続して用いるだけでなく、並列接続してもよい。また、３つ以上のコイルアンテナを直列接続または並列接続して用いてもよい。
《第５の実施形態》
図１１（Ａ）は第５の実施形態に係る電子機器の一例としてのノートＰＣの外観斜視図、図１１（Ｂ）はそのキー入力装置の部分斜視図である。第３・第４の実施形態では隣接する２つのキートップにコイルアンテナを設けたが、第５の実施形態では、離れた２つのキートップの内面にコイルアンテナを設ける。図１１（Ｂ）に表れているように、キートップ１Ａ，１Ｂの内面にコイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂが設けられている。
図１２は、上記２つのキースイッチを通る面での断面図である。コイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂのそれぞれは、基材フィルムと、その両面に形成された所定ターン数のコイル導体とで構成されている。コイルアンテナ１０Ａのコイル導体の両端はバネピン５１Ａ，５１Ｂを介して基板５０上の導体パターンに接続されている。同様に、コイルアンテナ１０Ｂのコイル導体の両端はバネピン５１Ｃ，５１Ｄを介して基板５０上の導体パターンに接続されている。
２つのコイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂは、各コイルアンテナに生じる磁界が逆相となるように、巻回され、接続されている。図１２中の磁束φは２つのコイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂに生じる磁界が逆相であることを表している。
この構成により、２つのコイルアンテナ１０Ａ，１０Ｂを通る磁束で、比較的大きな閉ループが構成され、通信相手の装置を近接させるべき面方向の範囲が広く設定できる。
《第６の実施形態》
図１３（Ａ）は第６の実施形態に係る電子機器のキートップの内部に設けられているコイルアンテナの構成を示す斜視図である。図１３（Ｂ）は図１３（Ａ）におけるコイルアンテナ１０のＶ−Ｖ部分の断面図である。コイルアンテナ１０は基材フィルム１４およびフェライトシート１６を備えている。基材フィルム１４にはスリットＳＬが形成されていて、このスリットＳＬの周囲にスパイラル状のコイル導体１５が形成されている。コイル導体１５は、始端と終端とが直接または容量を介して接続されている。コイル導体１５のインダクタンス成分およびキャパシタンス成分は、使用周波数帯で共振するように定められている。
基材フィルム１４のスリットＳＬにはフェライトシート１６が挿入されている。すなわちフェライトシート１６の半分は基材フィルム１４の上面にあり、残りの半分は基材フィルム１４の下面にある。フェライトシート１６は、基材フィルム１４に形成されているコイル導体の磁性体コアとしてまたは磁路制御シートとして作用するので、図１３（Ｂ）に示すように、磁束φはコイル導体１５によるコイル軸から傾く。この作用により、指向方向をキー入力装置の操作面に対する垂直方向から傾けることができる。
なお、給電コイルを用いて、その給電コイルと磁界結合させてもよい。その場合には、給電コイルは、平面視でフェライトシート１６に重ならない位置に配置すればよい。あるいはフェライトシート１６を介して磁界結合させてもよい。
《第７の実施形態》
図１４は第７の実施形態に係る電子機器のキー入力装置の１つのキースイッチ部分の断面図である。この例では、キートップ１内にコイル導体１２，１３が一体成型されている。これらのコイル導体１２，１３によってコイルアンテナが構成されている。キートップ１の内面にはフェライトシート１６が貼付されている。基板５０上には給電コイル２０およびＲＦＩＣ４０が実装されている。給電コイル２０はコイル導体１２，１３によるコイルアンテナと磁界結合する。その他の構成は第１の実施形態と同じである。
給電コイル２０を用いないで、給電回路をコイルアンテナに直接接続する場合は、図７等に示した構造と同様に、バネピンを介して電気的に接続すればよい。
このように、コイルアンテナをキートップと一体化することによって、部品点数および組立作業工数が削減される。
なお、以上に示した例では渦巻状のコイル導体を備えた例を示したが、コイル導体は必要に応じて１ターンのループ状であってもよい。また、コイル導体は単層に形成されていてもよい。
なお、以上に示した各実施形態では、ノートＰＣを例に挙げて、電子機器の特にキー入力部の構成について示したが、例えばＵＳＢ接続するキーボードなど、単体のキー入力装置にも同様に適用できる。
ＡＰ…開口
ＦＣ…給電回路
ＳＬ…スリット
１，１Ａ，１Ｂ…キートップ
２…スイッチ部
１０，１０Ａ，１０Ｂ…コイルアンテナ
１１…基材フィルム
１２，１３…コイル導体
１４…基材フィルム
１５…コイル導体
１６…フェライトシート
２０…給電コイル
２１…フェライトコア
２２…コイル導体
３０…チップキャパシタ
４０…ＲＦＩＣ
５０…基板
５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ…バネピン
１０１…キー入力装置
１１０…表示装置
１２０…タッチパッド
２１０…筐体

Claims (8)

  1. キー操作部と、このキー操作部の変位を検出するスイッチ部とで構成されるキースイッチを複数備えたキー入力装置において、
    ＲＦＩＣが直接に、または間接に、接続されるコイルアンテナを、前記複数のキースイッチのキー操作部のうち少なくとも一つに備えたことを特徴とする、キー入力装置。
  2. 前記コイルアンテナの巻回軸は前記キー操作部の操作面に対して垂直方向である、請求項１に記載のキー入力装置。
  3. 前記キー操作部の操作が検出されるスイッチ部が設けられる基板に前記ＲＦＩＣが配置された、請求項１または２に記載のキー入力装置。
  4. 前記ＲＦＩＣに接続され、前記コイルアンテナと磁界結合する給電コイルを備え、
    前記キー操作部の操作が検出されるスイッチ部が設けられる基板に、前記給電コイルが配置された、請求項１〜３のいずれかに記載のキー入力装置。
  5. 前記キー操作部は複数の文字キーを含み、前記コイルアンテナを備えるキー操作部は、前記文字キーよりサイズの大きなキー操作部である、請求項１〜４のいずれかに記載のキー入力装置。
  6. 前記複数のキー操作部のうち第１のキー操作部および第２のキー操作部にそれぞれ前記コイルアンテナが備えられ、前記第１のキー操作部および前記第２のキー操作部は直列接続または並列接続されている、請求項１〜５のいずれかに記載のキー入力装置。
  7. 前記第１のキー操作部のコイルアンテナと前記第２のキー操作部のコイルアンテナとは、各コイルアンテナに生じる磁界が同相となるように巻回され接続されている、請求項６に記載のキー入力装置。
  8. 表示部およびキー入力部を備えた電子機器において、前記キー入力部は請求項１〜７のいずれかに記載のキー入力装置である、電子機器。
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