JPWO2017126456A1 - 通信装置 - Google Patents

Abstract

【課題】窓部材が小さくとも、高い通信性を確保することのできる通信装置を提供すること。
【解決手段】通信装置（１０）は、危険場所（ＤＡ）に配置された金属製のケース（１１）に、制御基板（１４）、及び、この制御基板（１４）によって制御されるサブ基板（６０）が収納されてなる。サブ基板（６０）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る。ケース（１１）は、第１分割体（３０）、及び、開口部（４３）を有する第２分割体（４０）、の少なくとも２つの分割体からなる。開口部（４３）に、電気絶縁性を有する樹脂が用いられた窓部材（５０）が臨む。窓部材（５０）、及び、サブ基板（６０）は、第２分割体（４０）に一体的に設けられ、サブ基板（６０）は、窓部材（５０）と制御基板（１４）との間に位置している。

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。

通信装置は、金属製のケースに制御基板が収納されてなる。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。

危険場所において用いられる通信装置は、高い強度を確保するために、窓部材を小さくすることが望まれる。一方、窓部材が小さいと、通信性が低下する虞がある。窓部材が小さくとも、高い通信性を確保することのできる通信装置の提供が望まれる。

特開２００９−０５４９４０号公報

本発明は、窓部材が小さくとも、高い通信性を確保することのできる通信装置の提供を課題とする。

請求項１による発明によれば、危険場所に配置された金属製のケースに、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、
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な通信装置において、
前記ケースは、第１分割体、及び、開口部を有する第２分割体、の少なくとも２つの分割体からなり、
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、
これらの窓部材、及び、サブ基板は、前記第２分割体に一体的に設けられ、
前記サブ基板は、前記窓部材と前記制御基板との間に位置していることを特徴とする通信装置が提供される。

請求項２に記載のごとく、好ましくは、前記開口部の面積は、１６００ｍｍ^２以下に設定されている。

請求項３に記載のごとく、好ましくは、前記ケースは、接地されている。

請求項４に記載のごとく、好ましくは、前記窓部材は、前記第２分割体の裏面に沿って設けられた一般部と、この一般部から前記開口部の内周に向かって突出する凸部と、前記一般部から前記制御基板に向かって延び前記制御基板が先端に固定されるボス部と、が一体的に形成されてなり、
前記制御基板は、前記第２分割体に一体的に設けられる。

請求項５に記載のごとく、好ましくは、前記一般部は、シール部材を設けるための溝部を有し、
前記シール部材は、前記溝部と、前記第２分割体の裏面とによって挟みこまれている。

請求項６に記載のごとく、好ましくは、前記制御基板に実装された光源をさらに有し、
この光源から前記窓部材まで、前記光源の発した光を導く導光体が延び、
前記導光体の先端は、前記窓部材に差し込まれている。

請求項７に記載のごとく、好ましくは、前記サブ基板は、少なくとも、前記制御基板から１．５ｍｍ以上離間して設けられている。

請求項８に記載のごとく、好ましくは、前記サブ基板は、フレキシブルプリント基板と、非接触通信用アンテナであるアンテナ部と、を有し、
前記アンテナ部は、導電性を有する材料によりアンテナパターンが形成されてなる。

請求項９に記載のごとく、好ましくは、前記サブ基板は、前記窓部材の裏面に密着して配置されている。

請求項１に係る発明では、窓部材、及び、サブ基板は、第２分割体に一体的に設けられている。これにより、窓部材、及び、サブ基板を第２分割体にコンパクトに設けることができる。そして、サブ基板は、窓部材と制御基板との間に位置している。これにより、サブ基板を窓部材の近傍に配置することができる。窓部材、及び、サブ基板を第２分割体にコンパクトに設けると共に、サブ基板を窓部材の近傍に設けるため、窓部材が小さくとも、高い通信性を確保することができる。

請求項２に係る発明では、開口部の面積は、１６００ｍｍ^２以下に設定されている。これにより、窓部材のうち外部に露出する部位の面積が１６００ｍｍ^２以下とされる。窓部材の外部に露出する部位の面積を小さくすることにより、相対的にケースの表面積を大きくすることができる。これにより、防爆性を高めることができる。

請求項３に係る発明では、ケースは、接地されている。これにより、防爆性を高めることができる。

請求項４に係る発明では、窓部材は、第２分割体の裏面に沿って設けられた一般部と、この一般部から開口部の内周に向かって突出する凸部と、を有する。第２分割体の裏面に沿った一般部を有することにより、簡単且つ確実に窓部材を第２分割体に固定することができる。さらに、開口部の内周に向かって突出する凸部を有することにより、通信のためのサブ基板をより外部に近い部位に配置することができる。これにより、より高い通信性を確保することができる。

さらに、窓部材は、一般部から制御基板に向かって延び制御基板が先端に固定されるボス部を有し、制御基板は、第２分割体に一体的に設けられる。これにより、窓部材及びサブ基板に加えて、制御基板を第２分割体にコンパクトに設けることができる。

請求項５に係る発明では、シール部材は、一般部に設けられた溝部と、第２分割体の裏面とによって挟みこまれている。ケース内部の密閉性を高めることにより、防水性を高めることができる。

請求項６に係る発明では、制御基板に光源が実装され、光源から窓部材まで導光体が延びている。光源からの光を導光体によって導くことにより、外部から光源の光を容易に認識することができる。このとき、導光体の先端は、窓部材に差し込まれている。ケースに孔を空け、この部位に導光体を差し込むと、孔の大きさの分防爆性が低下する虞がある。導光体の先端が窓部材に差し込まれていることにより、高い防爆性を確保することができる。即ち、光源の光を容易に認識可能でありながら、高い防爆性も確保することができる。

請求項７に係る発明では、サブ基板は、少なくとも、制御基板から１．５ｍｍ以上離間して設けられている。サブ基板、及び、制御基板は、表面の少なくとも一部に導電性を有するプリントが施されるのが一般的である。このようなサブ基板、及び、制御基板を互いに離間させることにより、高い防爆性を確保することができる。

請求項８に係る発明では、サブ基板は、フレキシブルプリント基板と、非接触通信用アンテナであるアンテナ部と、を有する。フレキシブルプリント基板は、可撓性に富むため、配置の自由度が高い。よりアンテナ部を窓部に近づけることができ、高い通信性を確保することができる。

請求項９に係る発明では、サブ基板は、窓部材の裏面に密着して配置されている。サブ基板と窓部材の隙間をなくすことにより、高い通信性を確保すると共に、通信装置を小型化することができる。

本発明の実施例１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断面図である。 図２に示された第２分割体、窓部材、及び、シール部材の分解斜視図である。 図２に示されたサブ基板の平面図である。 変更例による通信装置の窓部材の斜視図である。 本発明の実施例２による検出装置（通信装置）の断面図である。

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。
＜実施例１＞

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図示しないノートパソコン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、確認を行わせる。

図２を参照する。プラント内には複数の検出装置１０が配置されているため、作業者は、異常を検知している検出装置１０であるかを確認するために携帯端末６（通信機器６）を検出装置１０にかざす。携帯端末６と検出装置１０との通信には、ＮＦＣ（Near Field Communication）規格を採用することができる。

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４３に設けられた窓部材５０と、これらのケース１１及び窓部材５０によって挟み込まれたゴム製のシール部材１３と、窓部材５０の下部に固定された制御基板１４と、この制御基板１４に接続され窓部材５０の下面に貼り付けられたサブ基板６０と、制御基板１４に実装された通信モジュール１６及び発光素子１７（光源１７）と、制御基板１４に接続され機器の状態を検知する図示しないセンサと接続されるコネクタ２１と、制御基板１４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７０と、ケース１１の上面に設けられたアンテナ２３と、を主な構成要素とする。

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３０と、この第１分割体３０に重ね合わされた第２分割体４０と、からなる。これらの第１分割体３０及び第２分割体４０は、ボルト２５及びナット２６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３０は、底面視において略長方形を呈する底部３１と、この底部３１のそれぞれの縁から立ち上げられた下部側壁部３２と、からなる。

底部３１の一部は、下方に突出しコネクタ２１が収納されたコネクタ収納部３３とされている。底部３１の４つの角は、それぞれ欠肉状に形成された下部欠肉部３１ａとされている。下部欠肉部３１ａの高さは、ナット２６の高さ、及び／又は、ボルト２５の頭部の高さよりも高い。

下部側壁部３２には、ボルト２５が貫通する下部ボルト貫通孔３２ａが形成されている。下部側壁部３２は、接地されている（アースされている）。

図３を併せて参照する。第２分割体４０は、平面視において略長方形を呈する蓋部４１と、この蓋部４１のそれぞれの縁から下げられた上部側壁部４２と、からなる。

蓋部４１の４つの角は、それぞれ欠肉状に形成された上部欠肉部４１ａとされている。上部欠肉部４１ａの高さは、ナット２６の高さ、及び／又は、ボルト２５の頭部の高さよりも高い。蓋部４１の中央には、略長方形状の開口部４３が空けられている。平面視における開口部４３の面積は、１６００ｍｍ^２以下に設定されている。開口部４３に隣接して、アンテナ２３が取り付けられるアンテナ取付孔４１ｂが空けられている。蓋部４１の下面側には、窓部材５０を固定するためのタップ４１ｃが設けられている。

上部側壁部４２には、ボルト２５が貫通する上部ボルト貫通孔４２ａが形成されている。上部側壁部４２は、下部側壁部３２と連続している。上部ボルト貫通孔４２ａは、下部ボルト貫通孔３２ａと連続している。

窓部材５０は、第２分割体４０の下面（裏面）に沿って設けられた一般部５１と、この一般部５１から開口部４３の内周に向かって突出する凸部５２と、一般部５１から制御基板１４に向かって延び制御基板１４が先端に固定されるボス部５３と、が一体的に形成されてなる。窓部材５０の素材は、電気絶縁性を有する樹脂からなる。

一般部５１は、シール部材１３を設けるための溝部５１ａと、ビス２７が通されるビス貫通孔５１ｂと、を有している。即ち、窓部材５０は、ビス２７によって第２分割体４０に固定されている。溝部５１ａは、凸部５２の周縁に沿って略長方形状に連続している。

凸部５２の上面は、蓋部４１の上面から略連続している、いわゆる面一の状態にある。すなわち、凸部５２の上面は蓋部４１の上面（金属）で囲まれている。凸部５２には、導光体２８が差し込まれている。導光体２８は、丸棒状の樹脂製の部材である。導光体２８は、発光素子１７の上方から凸部５２の上面まで延び、発光素子１７の発した光を凸部５２の上面まで導く部材である。

シール部材１３は、溝部５１ａと蓋部４１とに挟み込まれて、断面視略長円形状を呈している。シール部材１３は、挟み込まれる前の状態において、断面円形状を呈する。即ち、挟み込まれることにより、シール部材１３は、変形している。

図２のみを参照する。制御基板１４は、多層プリント基板が採用されている。制御基板１４は、ビス２９によって、窓部材５０のボス部５３に固定されている。制御基板１４は、接地されている。

サブ基板６０は、凸部５２の裏面に接着されている。サブ基板６０の接着には、両面テープや接着剤等、任意の手段を選択することができる。サブ基板６０は、制御基板１４から少なくとも１．５ｍｍ以上離間して設けられ、制御基板１４にコネクタを介して接続されている。コネクタの種類は、適宜選択することができる。

これまでの説明から明らかなとおり、窓部材５０、制御基板１４、及び、サブ基板６０は、第２分割体４０に一体的に設けられている。ここで、第２分割体４０に一体的とは、第２分割体４０を第１分割体３０から取り外して持ち上げた際に、第２分割体４０と共に窓部材５０、制御基板１４、及び、サブ基板６０も持ち上げられる状態にあることを言う。即ち、一体的であるためには、サブ基板６０が制御基板１４に接続されていればよく、窓部材５０に接着されている必要まではない。

図４を併せて参照する。サブ基板６０は、フレキシブルプリント基板６１の上面にアンテナ部６２が印刷されてなる。アンテナ部６２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６２は、導電性を有する材料によりアンテナパターンが形成されてなる。

通信モジュール１６は、設定された間隔で自動的に起動され、センサが検知した情報を送信する機能や携帯端末６から非接触通信によって入力された情報を送信する機能を持つ。

図２のみを参照する。発光素子１７は、制御基板１４によって点灯、点滅、消灯が切り替えられる。例えば、発光素子１７は、センサが異常を検知した場合に点滅する。

図１を併せて参照する。危険場所ＤＡ内には、複数の検出装置１０が配置されている。このため、作業者は、携帯端末６を窓部材５０にかざすことにより、異常を検出している検出装置１０であるか否かを確認することができる。例えば、異常を検出している検出装置１０である場合には、携帯端末６がかざされた場合に発光素子１７を点灯させる。

以上に説明した本発明は、以下の効果を奏する。

窓部材５０、及び、サブ基板６０は、第２分割体４０に一体的に設けられている。これにより、窓部材５０、及び、サブ基板６０を第２分割体４０にコンパクトに設けることができる。そして、サブ基板６０は、窓部材５０と制御基板１４との間に位置している。これにより、サブ基板６０を窓部材５０の近傍に配置することができる。窓部材５０、及び、サブ基板６０を第２分割体４０にコンパクトに設けると共に、サブ基板６０を窓部材５０の近傍に設けるため、窓部材５０が小さくとも、高い通信性を確保することができる。

開口部４３の面積は、１６００ｍｍ^２以下に設定されている。これにより、窓部材５０のうち外部に露出する部位の面積が１６００ｍｍ^２以下とされる。窓部材５０の外部に露出する部位の面積を小さくすることにより、相対的にケース１１の表面積を大きくすることができる。これにより、防爆性を高めることができる。

ケース１１は、接地されている。これにより、防爆性を高めることができる。

窓部材５０は、第２分割体４０の裏面に沿って設けられた一般部５１と、この一般部５１から開口部４３の内周に向かって突出する凸部５２と、を有する。第２分割体４０の裏面に沿った一般部５１を有することにより、簡単且つ確実に窓部材５０を第２分割体４０に固定することができる。さらに、開口部４３の内周に向かって突出する凸部５２を有することにより、通信のためのサブ基板６０をより外部に近い部位に配置することができる。これにより、より高い通信性を確保することができる。

さらに、一般部５１から制御基板１４に向かって延び制御基板１４が先端に固定されるボス部５３を有し、制御基板１４が第２分割体４０と一体的に設けられることにより、窓部材５０及びサブ基板６０に加えて、制御基板１４を第２分割体４０にコンパクトに設けることができる。

シール部材１３は、一般部５１に設けられた溝部５１ａと、第２分割体４０の裏面とによって挟みこまれている。ケース１１内部の密閉性を高めることにより、防水性を高めることができる。

制御基板１４に光源１７が実装され、光源１７から窓部材５０まで導光体２８が延びている。光源１７からの光を導光体によって導くことにより、外部から光源１７の光を容易に認識することができる。このとき、導光体２８の先端は、窓部材５０に差し込まれている。ケース１１に孔を空け、この部位に導光体２８を差し込むと、孔の大きさの分防爆性が低下する虞がある。導光体２８の先端が窓部材５０に差し込まれていることにより、高い防爆性を確保することができる。即ち、光源１７の光を容易に認識可能でありながら、高い防爆性も確保することができる。

サブ基板６０は、少なくとも、制御基板１４から１．５ｍｍ以上離間して設けられている（Ｌ１参照）。サブ基板６０、及び、制御基板１４は、表面の少なくとも一部に導電性を有するプリントが施されるのが一般的である。このようなサブ基板６０、及び、制御基板１４を互いに離間させることにより、高い防爆性を確保することができる。

サブ基板６０は、フレキシブルプリント基板６１と、非接触通信用アンテナであるアンテナ部６２と、を有する。フレキシブルプリント基板６１は、可撓性に富むため、配置の自由度が高い。よりアンテナ部６２を窓部材５０に近づけることができ、高い通信性を確保することができる。

サブ基板６０は、窓部材５０の裏面に密着して配置されている。サブ基板６０と窓部材５０の隙間をなくすことにより、高い通信性を確保すると共に、検出装置１０を小型化することができる。

図５を参照する。図５には、変更例による通信装置の窓部材の斜視図が示されている。図３に示された窓部材に対して、一般部５１の端部を薄肉化してリブによって補強すると共に、導光体２８の差し込み位置を変更した。

図３に示された第２分割体４０を併せて参照する。窓部材５０は、平面視において略長方形状を呈する。第２分割体４０のなかの窓部材５０の一辺Ｓ１に近接する部位にアンテナ２３（図２参照）を取り付けるためのアンテナ取付孔４１ｂが形成されている。導光体２８は、窓部材５０の一辺Ｓ１に対向する辺Ｓ２の近傍に差し込まれている。

アンテナ２３から遠い位置に導光体２８を配置することにより、導光体２８によって導かれる光の視認性を高めることができる。アンテナ２３と導光体２８とが近い位置に設けられると、導光体２８にアンテナ２３の影が重なり、光を視認しにくくなる虞がある。アンテナ２３と導光体２８とを離間させることにより、光の視認性を高めることができる。
＜実施例２＞

次に、本発明の実施例２を図面に基づいて説明する。
図６は実施例２の検出装置（通信装置）の断面構成を示し、上記図２に対応させて表している。図２に対して、サブ基板６０Ａが変えられている。より具体的には、サブ基板６０Ａは、多層プリント基板がベースに用いられている。実施例１と共通する部分については、符号を流用すると共に、詳細な説明を省略する。

このような構成を採用した検出装置１０Ａ（通信装置１０Ａ）においても、本発明の所定の効果を得ることができる。

尚、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、実施例に限定されるものではない。例えば、窓部材及びサブ基板が第２分割体に一体的に設けられ、制御基板が第１分割体に固定されてもよい。

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）
１０，１０Ａ…検出装置（通信装置）
１１…ケース
１３…シール部材
１４…制御基板
１７…発光素子（光源）
２８…導光体
３０…第１分割体
４０…第２分割体
４３…開口部
５０…窓部材
５１…一般部
５１ａ…溝部
５２…凸部
５３…ボス部
６０，６０Ａ…サブ基板
６１…フレキシブルプリント基板
６２…アンテナ部
ＤＡ…危険場所

Claims (9)

1. 危険場所に配置された金属製のケースに、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、
   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な通信装置において、
   前記ケースは、第１分割体、及び、開口部を有する第２分割体、の少なくとも２つの分割体からなり、
   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、
   これらの窓部材、及び、サブ基板は、前記第２分割体に一体的に設けられ、
   前記サブ基板は、前記窓部材と前記制御基板との間に位置していることを特徴とする通信装置。
2. 前記開口部の面積は、１６００ｍｍ^２以下に設定されていることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
3. 前記ケースは、接地されていることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
4. 前記窓部材は、前記第２分割体の裏面に沿って設けられた一般部と、この一般部から前記開口部の内周に向かって突出する凸部と、前記一般部から前記制御基板に向かって延び前記制御基板が先端に固定されるボス部と、が一体的に形成されてなり、
   前記制御基板は、前記第２分割体に一体的に設けられることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
5. 前記一般部は、シール部材を設けるための溝部を有し、
   前記シール部材は、前記溝部と、前記第２分割体の裏面とによって挟みこまれていることを特徴とする請求項４記載の通信装置。
6. 前記制御基板に実装された光源をさらに有し、
   この光源から前記窓部材まで、前記光源の発した光を導く導光体が延び、
   前記導光体の先端は、前記窓部材に差し込まれていることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
7. 前記サブ基板は、少なくとも、前記制御基板から１．５ｍｍ以上離間して設けられていることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
8. 前記サブ基板は、フレキシブルプリント基板と、非接触通信用アンテナであるアンテナ部と、を有し、
   前記アンテナ部は、導電性を有する材料によりアンテナパターンが形成されてなることを特徴とする請求項１記載の通信装置。
9. 前記サブ基板は、前記窓部材の裏面に密着して配置されていることを特徴とする請求項１記載の通信装置。

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