特許 6859900 モデム及び電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6859900

(24)【登録日】2021年3月30日

(45)【発行日】2021年4月14日

(54)【発明の名称】モデム及び電子機器

(51)【国際特許分類】

   H04B 3/02 20060101AFI20210405BHJP

   H04B 5/02 20060101ALI20210405BHJP

   H04B 1/40 20150101ALI20210405BHJP

【ＦＩ】

   H04B3/02

   H04B5/02

   H04B1/40

【請求項の数】5

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2017-164618(P2017-164618)

(22)【出願日】2017年8月29日

(65)【公開番号】特開2019-47156(P2019-47156A)

(43)【公開日】2019年3月22日

【審査請求日】2019年3月6日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006507

【氏名又は名称】横河電機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100146835

【弁理士】

【氏名又は名称】佐伯 義文

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(74)【代理人】

【識別番号】100181124

【弁理士】

【氏名又は名称】沖田 壮男

(72)【発明者】

【氏名】和城 光弘

【審査官】 鴨川 学

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０２９９４７８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００７−０１３６６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−２０５３７９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−１６０４６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２０８４６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１４９０８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１５／１４７１３２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１４／０３２７５２２（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０４Ｂ ３／０２

Ｈ０４Ｂ １／４０

Ｈ０４Ｂ ５／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

端末装置をフィールド機器に通信可能に接続するモデムにおいて、
前記端末装置から非接触で供給される電力によって動作し、前記端末装置との間で近距離無線通信を行う無線通信部と、
前記端末装置から非接触で供給される電力によって動作し、前記フィールド機器との間で有線通信を行う有線通信部と、
前記端末装置から非接触で供給される電力によって動作し、前記無線通信部と前記有線通信部との間で授受されるデータを制御する制御部と、
前記無線通信部に接続され、且つ、前記近距離無線通信で用いられる無線信号を送受信する第１ループアンテナと、
前記第１ループアンテナの、巻回面に平行な一面側を除いて前記第１ループアンテナを覆うように配置された磁性部材と、
前記近距離無線通信が行われることによって前記第１ループアンテナに流れる誘導電流から前記電力を生成する電源部と、
前記第１ループアンテナに対して重なるように配置され、且つ、前記電源部と接続された第２ループアンテナと、
を備え、
前記無線通信部は、前記端末装置から送信されるデータを受信し、前記端末装置に送信すべきデータに応じた負荷変動を生じさせることにより、前記端末装置に送信すべきデータを送信し、
前記電源部は、前記近距離無線通信が行われることによって前記第１ループアンテナ及び前記第２ループアンテナに流れる誘導電流から前記電力を生成する、
モデム。

【請求項2】

前記端末装置から非接触で供給される電力によって動作し、前記無線通信部で受信された前記フィールド機器への第１データと、前記有線通信部で受信された前記端末装置への第２データとを記憶する記憶部を備えており、
前記制御部は、前記記憶部に記憶された前記第１データを読み出して前記有線通信部に出力し、前記有線通信部で受信された前記第２データを前記記憶部に記憶させる、
請求項１記載のモデム。

【請求項3】

前記電源部の出力に対して並列接続される電池を備える請求項１又は請求項２記載のモデム。

【請求項4】

前記無線通信部、前記有線通信部、前記制御部、前記第１ループアンテナ、前記磁性部材、前記電源部、及び前記第２ループアンテナを収容する筐体を備え、
前記筐体の、前記磁性部材によって覆われていない前記第１ループアンテナの前記一面側は、前記近距離無線通信に用いられる電波が送受信される送受信部とされており、
前記筐体は、前記送受信部を除いて少なくとも表面が導電性材料で形成されている、
請求項１から請求項３の何れか一項に記載のモデム。

【請求項5】

アンテナを備えていて近距離無線通信が可能な端末装置と、
前記第１ループアンテナが前記端末装置のアンテナに近接するように配置された請求項１から請求項４の何れか一項に記載のモデムと、
を備え、
前記端末装置は、前記フィールド機器に送信すべきデータを前記アンテナから無線信号にして送信させ、前記無線通信部で生じた前記負荷変動により前記アンテナに現れる負荷変動を検出することにより、前記モデムからの信号を受信する、
電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、モデム及び電子機器に関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に、プラントや工場等（以下、「プラント」という）では、異常な動作の予防、性能維持等の観点から、作業員によるメンテナンス作業が定期又は不定期に行われる。例えば、分散制御システム（ＤＣＳ：Distributed Control System）が構築されたプラントでは、フィールド機器と呼ばれる現場機器（測定器、操作器）に対する点検や整備等のメンテナンス作業が行われる。

【0003】

フィールド機器のメンテナンスは、フィールド機器の設定や調整を行うための専用のツール（フィールド機器設定ツール）がインストールされたコンピュータやＰＤＡ（Personal Digital Assistant）等の端末装置を用いて行われることが多い。このような端末装置を、フィールド機器に通信可能に接続するためにモデムが用いられることがある。モデムによって端末装置とフィールド機器とが通信可能に接続されることで、端末装置は、フィールド機器に設定されている各種パラメータの読み出し、フィールド機器に対する新たなパラメータの設定等を行うことが可能になる。

【0004】

以下の非特許文献１には、ブルートゥース（Bluetooth：登録商標）通信（以下、ＢＴ通信という）が可能な本質安全防爆規格を満たすモデムが開示されている。具体的に、以下の非特許文献１に開示されたモデムは、ＢＴ通信を行う通信回路、モデム回路、及びこれらの回路を駆動する電池を収容する本体部と、本体部のモデム回路をフィールド機器に接続する２本のケーブルと、を備える。このようなモデムを用いると、端末装置とモデムとの間ではＢＴ通信が行われ、モデムとフィールド機器との間では上記ケーブルを介した有線通信が行われて、端末装置とフィールド機器とが通信可能に接続される。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0005】

【非特許文献1】“Technical Data Sheet VIATOR Bluetooth IF”，［online］，MACTek，［平成２９年７月１３日検索］，インターネット<ＵＲＬ：https://www.mactekcorp.com/downloads/Technical_Data_Sheet_VIATOR_Bluetooth_IF_Model_010041.zip>

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、一般的に、無線機器は、各国の法令に適合していることの認証（無線規格認証）を受ける必要がある。また、可燃性のガスや粉塵が充満する環境で使用され、本安機器に接続する無線携帯機器は、上記の無線規格認証に加えて本質安全防爆構造による防爆規格に適合していることの認証（防爆認証）を受ける必要がある。上述した非特許文献１に開示されたモデムは、可燃性のガスが用いられる環境で使用される可能性があるため、無線規格認証及び防爆認証を受ける必要がある。無線規格認証や防爆認証は、国や地域により個別に受ける必要がある。このため、上述した非特許文献１に開示されたモデムについて、ある国で無線規格認証及び防爆認証を受けていたとしても、他の国で無線規格認証を得るために何らかの変更を加えた場合には、防爆認証を再度受ける必要がある。このように、無線規格認証及び防爆認証は、国や地域により個別に受ける必要があるため、膨大な時間、費用、人員が必要になるという問題がある。

【0007】

また、上述した非特許文献１に開示されたモデムは、端末装置との間でＢＴ通信が可能であって、端末装置から物理的に切り離されており、端末装置から電力供給を受ける必要も無い。このため、例えば端末装置に物理的に接続されて端末装置から電力供給を受ける必要のあるモデムよりは、電力をフィールドバス通信に必要な大きさまで小さくすることができ、防爆構造上有利となる。しかしながら、本体部に電池を設ける必要があることから、一定期間（例えば、数ヶ月）毎に電池の交換が必要になるという問題がある。本体部に二次電池を設けて再充電可能とすれば電池交換は不要になると考えられるが、再充電のためのエネルギーが防爆構造上大きな難点になるとともに、大型化及び重量増を招いてしまうという問題がある。

【0008】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、認証に要する時間を少なくすることができ、大型化及び重量増を招くこともないモデム及び電子機器を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明のモデムは、端末装置（１０）をフィールド機器（ＦＤ）に通信可能に接続するモデム（２０）において、前記端末装置から非接触で供給される電力によって動作し、前記端末装置との間で近距離無線通信を行う無線通信部（２２）と、前記端末装置から非接触で供給される電力によって動作し、前記フィールド機器との間で有線通信を行う有線通信部（２５）と、前記端末装置から非接触で供給される電力によって動作し、前記無線通信部と前記有線通信部との間で授受されるデータを制御する制御部（２４）と、を備える。
また、本発明のモデムは、前記端末装置から非接触で供給される電力によって動作し、前記無線通信部で受信された前記フィールド機器への第１データと、前記有線通信部で受信された前記端末装置への第２データとを記憶する記憶部（２３）を備えており、前記制御部が、前記記憶部に記憶された前記第１データを読み出して前記有線通信部に出力し、前記有線通信部で受信された前記第２データを前記記憶部に記憶させる。
また、本発明のモデムは、前記無線通信部に接続された第１ループアンテナ（２１）と、前記第１ループアンテナの一面側を除いて前記第１ループアンテナを覆うように配置された磁性部材（３３）と、を備える。
また、本発明のモデムは、前記近距離無線通信が行われることによって前記第１ループアンテナに流れる誘導電流から前記電力を生成する電源部（２７）を備える。
また、本発明のモデムは、前記第１ループアンテナに対して重なるように配置された第２ループアンテナ（４１）を備えており、前記電源部が、前記近距離無線通信が行われることによって前記第１ループアンテナ及び前記第２ループアンテナに流れる誘導電流から前記電力を生成する。
また、本発明のモデムは、前記電源部の出力に対して並列接続される電池（５０）を備える。
また、本発明のモデムは、前記磁性部材によって覆われていない前記第１ループアンテナの一面側は、前記近距離無線通信に用いられる電波が送受信される送受信部（ＲＴ）とされており、該送受信部を除いて少なくとも表面が導電性材料で形成された筐体（３５）を備える
本発明の電子機器は、アンテナ（１２）を備えていて近距離無線通信が可能な端末装置（１０）と、前記第１ループアンテナが前記端末装置のアンテナに近接するように配置された上記のモデムと、を備える。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、認証に要する時間を少なくすることができ、大型化及び重量増を招くこともない、という効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の第１実施形態による電子機器の要部構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の第１実施形態によるモデムの外観を示す斜視図である。

【図3】図２中のＡ−Ａ線に沿う断面矢視図である。

【図4】図２中のＢ−Ｂ線に沿う断面矢視図である。

【図5】本発明の第１実施形態によるモデムに設けられた磁性部材を示す斜視図である。

【図6】本発明の第１実施形態によるモデムの装着例を示す断面図である。

【図7】本発明の第２実施形態による電子機器の要部構成を示すブロック図である。

【図8】本発明の第２実施形態におけるループアンテナの実装例を示す図である。

【図9】本発明の第３実施形態による電子機器の要部構成を示すブロック図である。

【図10】本発明の第３実施形態における電源部と電池との接続回路の構成例を示す図である。

【図11】本発明の第４実施形態によるモデムの断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、図面を参照して本発明の実施形態によるモデム及び電子機器について詳細に説明する。尚、以下で参照する図面では、理解を容易にするために、必要に応じて各部材の寸法を適宜変えて図示している。また、以下の説明においては、図中に設定されたＸＹＺ直交座標系（原点の位置は適宜変更する）を必要に応じて参照しつつ各部材の位置関係について説明する。

【0013】

〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態による電子機器の要部構成を示すブロック図である。図１に示す通り、本実施形態の電子機器１は、端末装置１０とモデム２０と、を備える。このような電子機器１では、端末装置１０とモデム２０との間で近距離無線通信が行われ、モデム２０とフィールド機器ＦＤとの間で有線通信が行われることで、端末装置１０とフィールド機器ＦＤとが通信可能に接続される。

【0014】

端末装置１０とモデム２０との間で行われる近距離無線通信は、ＮＦＣ（Near Field Communication）である。ここで、ＮＦＣとは、通信する装置間の距離が、例えば数十ｃｍ以下である場合に可能となる通信（非接触通信）を意味し、通信する装置の筐体が接触した状態で行われる通信も含まれる。また、モデム２０とフィールド機器ＦＤとの間で行われる有線通信は、ＨＡＲＴ（登録商標）、ＢＲＡＩＮ、ファウンデーションフィールドバス（Foundation Fieldbus：登録商標）、プロフィバス（PROFIBUS：登録商標）等のプロセス工業用の汎用通信プロトコルを用いた通信である。

【0015】

尚、上記のフィールド機器ＦＤは、例えば流量計や温度センサ等のセンサ機器、流量制御弁や開閉弁等のバルブ機器、ファンやモータ等のアクチュエータ機器、プラント内の状況や対象物を撮影するカメラやビデオ等の撮像機器、プラント内の異音等を収集したり警報音等を発したりするマイクやスピーカ等の音響機器、各機器の位置情報を出力する位置検出機器、その他の機器である。

【0016】

端末装置１０は、ＮＦＣ制御モジュール１１及びループアンテナ１２（アンテナ）を備えており、モデム２０との間で近距離無線通信（ＮＦＣ）を行う。端末装置１０は、例えばノート型、タブレット型等の携帯性のあるコンピュータにより実現される。ＮＦＣ制御モジュール１１は、端末装置１０に設けられた不図示の制御装置の制御の下で、モデム２０との間で行われる近距離無線通信の制御を行う。例えば、ＮＦＣ制御モジュール１１は、一定の周期（例えば、数ミリ秒）でモデム２０のメモリ２３に記憶されたステータスＳＴ（詳細は後述する）を読み出す制御を行う。このような制御を行うのは、端末装置１０とフィールド機器ＦＤとの間のモデム２０を介した双方向通信を高速化するとともに、モデム２０に対する安定した電力供給を行うためである。

【0017】

また、ＮＦＣ制御モジュール１１は、フィールド機器ＦＤに送信すべきデータをループアンテナ１２から無線信号にして送信させ、ループアンテナ１２の負荷変動を検出することでモデム２０からのデータを受信する。ループアンテナ１２は、ＮＦＣ制御モジュール１１に接続されており、近距離無線通信で用いられる無線信号を送受信するためのアンテナである。尚、上述の通り、端末装置１０から一定の周期で無線信号を送信することでモデム２０に対して一定の周期で非接触により電力が供給されることから、ループアンテナ１２は、モデム２０に対して非接触で電力を送電するアンテナということもできる。また、本実施形態では、端末装置１０がループアンテナ１２を備える例について説明するが、端末装置１０に設けられるアンテナは、モデム２０との間で近距離無線通信が可能であれば、ループアンテナ１２に制限されない。

【0018】

モデム２０は、ループアンテナ２１（第１ループアンテナ）、ＮＦＣ制御モジュール２２（無線通信部）、メモリ２３（記憶部）、制御部２４、通信部２５（有線通信部）、ケーブル２６、及び電源部２７を備えており、端末装置１０との間で近距離無線通信を行い、フィールド機器ＦＤとの間で上述した有線通信を行う。モデム２０内の各ブロック（ＮＦＣ制御モジュール２２、メモリ２３、制御部２４、及び通信部２５）は、端末装置１０から非接触で供給される電力（正確には、電源部２７で整流及び平滑された直流電力）によって動作する。

【0019】

ループアンテナ２１は、ＮＦＣ制御モジュール２２に接続されており、近距離無線通信で用いられる無線信号を送受信するためのアンテナである。ループアンテナ２１は、端末装置１０との間の近距離無線通信を実現するために、端末装置１０に設けられたループアンテナ１２に近接するように配置される。尚、上述の通り、端末装置１０から一定の周期で送信される無線信号を受信することで、モデム２０には一定の周期で非接触により電力が供給されることから、ループアンテナ２１は、端末装置１０から非接触で供給される電力を受電するアンテナということもできる。

【0020】

ＮＦＣ制御モジュール２２は、端末装置１０から非接触で供給される電力によって動作し、端末装置１０から送信されるデータを受信し、端末装置１０に送信すべきデータを送信する。ここで、ＮＦＣ制御モジュール２２は、端末装置１０に送信すべきデータに応じた負荷変動を生じさせることにより、端末装置１０に送信すべきデータを送信する。つまり、端末装置１０とモデム２０との間で行われる近距離無線通信では、端末装置１０から無線信号が自発的に送信されることはあるが、モデム２０から無線信号が自発的に送信されることはない。

【0021】

メモリ２３は、端末装置１０から非接触で供給される電力によって動作し、データＤＴ及びステータスＳＴを記憶する。このメモリ２３としては、揮発性のものよりも不揮発性のものを用いることが望ましい。データＤＴには、ＮＦＣ制御モジュール２２で受信されたフィールド機器ＦＤへのデータ（第１データ）と、通信部２５で受信された端末装置１０へのデータ（第２データ）とが含まれる。ステータスＳＴは、モデム２０の状態を示す情報である。このステータスＳＴには、例えばメモリ２３にデータＤＴが記憶されているか否かを示す情報、メモリ２３に記憶されているデータＤＴの種別を示す情報（例えば、データＤＴが上記の第１データであるのか、又は上記の第２データであるのかを示す情報）等が含まれる。

【0022】

制御部２４は、端末装置１０から非接触で供給される電力によって動作し、ＮＦＣ制御モジュール２２と通信部２５との間で授受されるデータを制御する。具体的には、ＮＦＣ制御モジュール２２によってメモリ２３にデータＤＴとして記憶された上記第１データを読み出して通信部２５に出力する制御を行う。また、制御部２４は、通信部２５で受信された上記第２データをメモリ２３にデータＤＴとして記憶させる制御を行う。

【0023】

通信部２５は、ケーブル２６によってフィールド機器ＦＤに接続され、ケーブル２６を介してフィールド機器ＦＤとの間で前述した有線通信を行う。ケーブル２６は、通信部２５とフィールド機器ＦＤとを接続するためのケーブルである。このケーブル２６は、フィールド機器ＦＤに直接接続されても良く、伝送線又はネットワークに接続されても良い。後者の接続がなされた場合には、通信部２５は、ケーブル２６及び伝送線又はネットワークを介してフィールド機器ＦＤに接続されることになる。

【0024】

電源部２７は、端末装置１０から非接触で供給される電力（交流電力）を直流電力に変換して、モデム２０内の各ブロック（ＮＦＣ制御モジュール２２、メモリ２３、制御部２４、及び通信部２５）を動作させる電力を生成する。具体的に、電源部２７は、整流回路及び平滑回路を備えており、端末装置１０とモデム２０との間で近距離無線通信が行われることによってループアンテナ２１に流れる誘導電流を整流及び平滑することによって、端末装置１０から非接触で供給される電力（交流電力）を直流電力に変換する。尚、本実施形態では、メモリ２３及び電源部２７が、ＮＦＣ制御モジュール２２とは別に設けられている例について説明するが、メモリ２３及び電源部２７の少なくとも一方が、ＮＦＣ制御モジュール２２内に設けられていても良い。

【0025】

図２は、本発明の第１実施形態によるモデムの外観を示す斜視図である。図３は、図２中のＡ−Ａ線に沿う断面矢視図であり、図４は、図２中のＢ−Ｂ線に沿う断面矢視図である。図２〜図４に示す通り、本実施形態のモデム２０は、直方体形状の本体部３０と、本体部３０の一側面（本体部３０の−Ｘ側に位置するＹＺ平面に平行な面）から延在する２本のケーブル２６，２６と、を備える。尚、ケーブル２６，２６は、図１に示すケーブル２６に相当するものである。

【0026】

本体部３０は、 アンテナモジュール３１、モデム回路基板３２、磁性部材３３、プラスチックケース３４、及び導電性ケース３５（筐体）を備える。アンテナモジュール３１は、例えば図１に示すループアンテナ２１、ＮＦＣ制御モジュール２２、メモリ２３、及び電源部２７を備えており、主として端末装置１０との間で近距離無線通信を行う平板状のモジュールである。モデム回路基板３２は、例えば図１に示す制御部２４及び通信部２５を備えており、主としてフィールド機器ＦＤとの間で有線通信を行う平板状の基板である。

【0027】

アンテナモジュール３１及びモデム回路基板３２は、モデム２０内において、例えばＸＹ面に平行となるように、且つアンテナモジュール３１が＋Ｘ側に位置し、モデム回路基板３２が−Ｘ側に位置するようにＸ軸に沿って配置されている。これにより、アンテナモジュール３１に設けられたループアンテナ２１は、その巻回面がＸＹ面に平行となるように配置されている。尚、アンテナモジュール３１及びモデム回路基板３２は、不図示のコネクタを介して電気的に接続されている。

【0028】

磁性部材３３は、ループアンテナ２１の一面側（＋Ｚ側）を除いてループアンテナ２１を覆うように配置されている。このように磁性部材３３を配置するのは、端末装置１０のループアンテナ１２から放射される電磁界を効率的にループアンテナ２１に結合させ、導電性ケース３５による遮蔽下でも自由空間と同等以上の磁界特性を得るためである。尚、上記の磁性部材３３としては、フェライトで形成された部材を用いることができる。また、磁性部材３３の背面（−Ｚ側）に金属板を挿入することで、金属板の背面（−Ｚ側）と導電性ケース３５との間に電子基板を挿入することができ、より多くの実装面積を確保することができる。

【0029】

図５は、本発明の第１実施形態によるモデムに設けられた磁性部材を示す斜視図である。図５に示す通り、磁性部材３３は、例えば平板状の底板部材３３ａと、底板部材３３ａの各辺に沿って配置された平板状の側板部材３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅとを組み合わせてなる有底四角環状の部材である。底板部材３３ａは、例えばＸＹ面内に配置されており、側板部材３３ｂ，３３ｃは、例えば底板部材３３ａの−Ｘ側及び＋Ｘ側の辺に沿ってＹＺ平面に平行となるようそれぞれ配置されており、側板部材３３ｄ，３３ｅは、例えば底板部材３３ａの−Ｙ側及び＋Ｙ側の辺に沿ってＺＸ平面に平行となるようそれぞれ配置されている。

【0030】

図５に示す通り、アンテナモジュール３１は、−Ｚ側に底板部材３３ａが位置し、−Ｘ側に側板部材３３ｂが位置し、＋Ｘ側に側板部材３３ｃが位置し、−Ｙ側に側板部材３３ｄが位置し、＋Ｙ側に側板部材３３ｅが位置するように磁性部材３３の内部空間に配置される。このように配置されることで、ループアンテナ２１に作用する電磁界は、磁性部材３３をなす底板部材３３ａ及び側板部材３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅに沿うものになる。このため、導電性ケース３５による遮蔽下でも自由空間と同等以上の磁界特性を得ることができる。

【0031】

プラスチックケース３４は、アンテナモジュール３１、モデム回路基板３２、及び磁性部材３３を収容するケースである。プラスチックケース３４は、その内部において、アンテナモジュール３１、モデム回路基板３２、及び磁性部材３３の位置ずれが生じないように収容する。例えば、プラスチックケース３４は、アンテナモジュール３１、モデム回路基板３２、及び磁性部材３３とともにモールドされたものが望ましい。

【0032】

導電性ケース３５は、プラスチックケース３４を覆う導電性のケースである。導電性ケース３５は、例えばＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastic：炭素繊維強化プラスチック）や導電性ＡＢＳ等の金属と同等の導電性を有する導電性樹脂によって形成される。この導電性ケース３５は、直方体形状であり、その＋Ｚ側の面の一部（ループアンテナ２１の＋Ｚ側の位置する部分）に開口部が形成されている。この開口部が形成された部分は、近距離無線通信に用いられる無線信号が送受信される送受信部ＲＴとされている。送受信部ＲＴの面積は、防爆上の制限から、例えば４００［ｍｍ^２］以下に設定される。

【0033】

送受信部ＲＴを除いてプラスチックケース３４を導電性ケース３５で覆うのは、防爆規格を満たすためである。つまり、プラスチックケース３４が導電性ケース３５で覆われていない場合には、例えばモデム２０を扱う作業者の衣服とプラスチックケース３４とが擦れ合うことで静電気が発生する可能性がある。これに対し、プラスチックケース３４を導電性ケース３５で覆うことで、このような静電気の発生が防止されて、防爆規格が満たされることになる。また、送受信部ＲＴを導電性ケース３５で覆わないのは、無線信号の経路を確保して近距離無線通信を可能にするためである。

【0034】

図６は、本発明の第１実施形態によるモデムの装着例を示す断面図である。尚、図６では、端末装置１０がタブレット型のコンピュータである場合の装着例を図示している。図６に示す通り、モデム２０は、その送受信部ＲＴが端末装置１０におけるループアンテナ１２の取り付け位置に密着するように端末装置１０に装着される。これにより、端末装置１０のループアンテナ１２と、モデム２０のアンテナモジュール３１（ループアンテナ２１）とが近接した状態に配置され、端末装置１０とモデム２０との間の近距離無線通信が可能な状態になる。

【0035】

また、図６に示す通り、端末装置１０のループアンテナ１２と、モデム２０のアンテナモジュール３１（ループアンテナ２１）との間の空間の周囲の殆どが磁性部材３３（図５に示す側板部材３３ｂ，３３ｃ，３３ｄ，３３ｅ）によって覆われ、モデム２０のアンテナモジュール３１の−Ｚ側も磁性部材３３（図５に示す底板部材３３ａ）によって覆われている。これにより、導電性ケース３５による遮蔽下でも自由空間と同等以上の磁界特性を得ることができ、端末装置１０とモデム２０との間の近距離無線通信が可能である。

【0036】

次に、上記構成における電子機器１の動作について説明する。以下では、端末装置１０がモデム２０のメモリ２３に記憶されたステータスＳＴを読み出す動作（以下、「ステータス読み出し動作」という）、端末装置１０からフィールド機器ＦＤに対してデータを送信する動作（以下、「データ送信動作」という）、及びフィールド機器ＦＤから送信されてくるデータを端末装置１０が受信する動作（以下、「データ受信動作」という）について説明する。

【0037】

〈ステータス読み出し動作〉
端末装置１０では、不図示の制御装置によってＮＦＣ制御モジュール１１が制御され、ＮＦＣ制御モジュール１１の制御の下で、一定の周期（例えば、数ミリ秒）でモデム２０のメモリ２３に記憶されたステータスＳＴを読み出す動作が行われる。これにより、端末装置１０のループアンテナ１２からは、ステータスＳＴの読み出し要求を示す無線信号が一定の周期で送信される。

【0038】

端末装置１０のループアンテナ１２から送信された無線信号は、モデム２０のループアンテナ２１で受信される。尚、端末装置１０のループアンテナ１２から送信された無線信号は、モデム２０に設けられた磁性部材３３によって遮蔽されるため、外部へ輻射されることが防止される。無線信号がループアンテナ２１で受信されると、ループアンテナ２１には誘導電流が流れる。この誘導電流が電源部２７で整流及び平滑されることによって、モデム２０を動作させる電力が生成される。

【0039】

電源部２７で生成された電力は、モデム２０に設けられたＮＦＣ制御モジュール２２、メモリ２３、制御部２４、及び通信部２５に供給され、これによりモデム２０は動作状態になる。モデム２０が動作状態なると、端末装置１０から送信されてきた読み出し要求に従って、メモリ２３に記憶されたステータスＳＴがＮＦＣ制御モジュール２２によって読み出される。そして、ステータスＳＴを端末装置１０に返信するために、ステータスＳＴの内容に応じた負荷変動を生じさせる動作がＮＦＣ制御モジュール２２で行われる。

【0040】

モデム２０のＮＦＣ制御モジュール２２で負荷変動を生じさせる動作が行われると、その負荷変動はループアンテナ１２の負荷変動として現れる。このため、モデム２０のＮＦＣ制御モジュール２２でステータスＳＴに応じた負荷変動を生じさせる動作が行われると、ループアンテナ１２で現れる負荷変動はステータスＳＴに応じたものとなる。従って、ループアンテナ１２の負荷変動を検出することにより、ＮＦＣ制御モジュール１１はステータスＳＴを受信することができる。このようにして、モデム２０のメモリ２３に記憶されたステータスＳＴが、端末装置１０で読み出される。

【0041】

このような動作が行われることで、以下で説明する端末装置１０とフィールド機器ＦＤとの間のモデム２０を介した双方向通信を高速化することができる。また、端末装置１０からモデム２０に対する非接触での電力供給が一定の周期で行われることから、モデム２０は安定して動作することができる。

【0042】

〈データ送信動作〉
端末装置１０において、不図示の制御装置によってフィールド機器ＦＤに対するデータ送信が指示されると、ＮＦＣ制御モジュール１１の制御の下で、フィールド機器ＦＤに送信すべきデータを、モデム２０のメモリ２３にデータＤＴとして記憶させる動作が行われる。これにより、端末装置１０のループアンテナ１２からは、データの書き込み要求を示す無線信号が送信される。

【0043】

端末装置１０のループアンテナ１２から送信された無線信号は、モデム２０のループアンテナ２１で受信される。そして、端末装置１０から送信されてきた書き込み要求に従って、送信されてきたデータをデータＤＴとしてメモリ２３に記憶させる制御がＮＦＣ制御モジュール２２によって行われる。かかる動作が終了すると、例えばメモリ２３にデータＤＴが記憶されており、そのデータＤＴがＮＦＣ制御モジュール２２で受信されたフィールド機器ＦＤへのデータ（第１データ）である旨を示す情報をステータスＳＴに反映させ、且つ制御部２４に通知する動作がＮＦＣ制御モジュール２２によって行われる。

【0044】

ＮＦＣ制御モジュール２２からの通知を受け取ると、メモリ２３に記憶されたデータＤＴを読み出して通信部２５に出力し、ステータスＳＴの内容をクリアする動作が制御部２４によって行われる。制御部２４から出力されたデータＤＴは、通信部２５からケーブル２６を介してフィールド機器ＦＤに送信される。このようにして、端末装置１０からフィールド機器ＦＤへのデータ送信が行われる。

【0045】

〈データ受信動作〉
端末装置１０において、不図示の制御装置によってフィールド機器ＦＤからのデータ受信が指示されると、ＮＦＣ制御モジュール１１の制御の下で、フィールド機器ＦＤからのデータを受信する動作が行われる。これにより、端末装置１０のループアンテナ１２からは、データの受信要求を示す無線信号が送信される。

【0046】

端末装置１０のループアンテナ１２から送信された無線信号は、モデム２０のループアンテナ２１で受信される。そして、端末装置１０から送信されてきた受信要求を制御部２４に通知する動作がＮＦＣ制御モジュール２２によって行われる。ＮＦＣ制御モジュール２２からの通知を受け取ると、通信部２５で受信されたデータをデータＤＴとしてメモリ２３に記憶させる動作が制御部２４によって行われる。

【0047】

データＤＴがメモリ２３に記憶されると、メモリ２３に記憶されたデータＤＴを読み出し、データＤＴの内容に応じた負荷変動を生じさせる動作がＮＦＣ制御モジュール２２で行われる。前述の通り、モデム２０のＮＦＣ制御モジュール２２で負荷変動を生じさせる動作が行われると、その負荷変動は端末装置１０のループアンテナ１２の負荷変動として現れる。このため、端末装置１０のＮＦＣ制御モジュール１１がループアンテナ１２の負荷変動を検出することにより、ＮＦＣ制御モジュール１１はフィールド機器ＦＤからのデータを受信することができる。このようにして、フィールド機器ＦＤから送信されてくるデータが端末装置１０で受信される。

【0048】

以上の通り、本実施形態では、端末装置１０との間で近距離無線通信を行うＮＦＣ制御モジュール２２、フィールド機器ＦＤとの間で有線通信を行う通信部２５、及びＮＦＣ制御モジュール２２と通信部２５との間で授受されるデータを制御する制御部２４をモデム２０に設け、端末装置１０から非接触で供給される電力によってモデム２０を動作させるようにしている。これにより、モデム２０から無線信号が自発的に送信されることはなく、端末装置１０に物理的に接続されて端末装置１９から電力供給を受ける必要もなく、電池を内蔵する必要もない。このため、無線規格認証及び防爆認証に要する時間を少なくすることができ、しかも大型化及び重量増を招くこともない。

【0049】

また、本実施形態では、モデム２０に設けられたループアンテナ２１の一面側（＋Ｚ側）を除いてループアンテナ２１を磁性部材３３で覆うようにしている。これにより、端末装置１０のループアンテナ１２から放射される電磁界を効率的にループアンテナ２１に結合させることができるため、近距離無線通信の品質を高めることができるとともに、モデム２０に対する給電効率を高めることができる。

【0050】

また、モデム２０の送受信部ＲＴが端末装置１０におけるループアンテナ１２の取り付け位置に密着するようにモデム２０を端末装置１０に装着することで、導電性ケース３５により密閉される構造となるため、近距離無線通信に用いられる無線信号が外部に輻射されるのを防止することができる。これにより、ＥＭＣ（Electro Magnetic Compatibility：電磁的両立性）の対策を行うことができる。また、本実施形態では、モデム２０の外表面が送受信部ＲＴを除いて導電性ケース３５で覆われているため、静電気の発生を防止することができ、防爆規格が満たされる。

【0051】

〔第２実施形態〕
図７は、本発明の第２実施形態による電子機器の要部構成を示すブロック図である。尚、図７においては、図１に示したブロックに相当するブロックについては同一の符号を付してある。本実施形態による電子機器２は、モデム２０がループアンテナ２１に加えてループアンテナ４１（第２ループアンテナ）を備えており、モデム２０の電源部２７がループアンテナ２１，４１に流れる電力からモデム２０の動作に必要な電力を生成する点が、図１に示す電子機器１と相違する。

【0052】

ループアンテナ４１は、端末装置１０から非接触で供給される電力をより多く受電するために設けられる。前述の通り、送受信部ＲＴの面積は、防爆上の制限から、例えば４００［ｍｍ^２］以下に設定される。ループアンテナ２１の大きさは、送受信部ＲＴの面積に応じて設定されるが、ループアンテナ２１が小さくなると、ループアンテナ２１で受電することのできる電力も小さくなり、モデム２０の動作に必要な電力が不足する可能性が考えられる。本実施形態では、ループアンテナ２１に加えてループアンテナ４１を設けることで、モデム２０の動作に十分な電力を得るようにしている。

【0053】

図８は、本発明の第２実施形態におけるループアンテナの実装例を示す図である。図８に示す通り、ループアンテナ４１が設けられたアンテナモジュール４２は、ループアンテナ２１が設けられたアンテナモジュール３１に対して重なるように、アンテナモジュール３１の−Ｚ側に配置される。例えば、＋Ｚ側から−Ｚ側を見た場合に、ループアンテナ２１とループアンテナ４１とが同心（或いは、略同心）になるように、アンテナモジュール４２とアンテナモジュール３１とが重なるように配置される。尚、アンテナモジュール４２は、アンテナモジュール３１の＋Ｚ側に配置されても良い。アンテナモジュール３１，４２は、このように重ねられた状態で、磁性部材３３の内部空間（図５参照）に配置される。

【0054】

以上の通り、本実施形態では、ループアンテナ２１に加えてループアンテナ４１をモデム２０に設け、モデム２０の電源部２７がループアンテナ２１，４１に流れる電力からモデム２０の動作に必要な電力を生成するようにしている。このため、送受信部ＲＴの面積が制限される場合であっても、端末装置１０から非接触で供給される電力から、モデム２０の動作に十分な電力を受電することができる。また、本実施形態の電子機器２は、モデム２０がループアンテナ２１に加えてループアンテナ４１を備える点を除いて、第１実施形態の電子機器１と同様であることから、第１実施形態と同様に、無線規格認証及び防爆認証に要する時間を少なくすることができ、しかも大型化及び重量増を招くこともない等の効果を得ることができる。

【0055】

〔第３実施形態〕
図９は、本発明の第３実施形態による電子機器の要部構成を示すブロック図である。尚、図９においては、図７と同様に、図１に示したブロックに相当するブロックについては同一の符号を付してある。本実施形態による電子機器３は、モデム２０が電池５０を備えており、モデム２０が電源部２７で生成される電力と電池５０の電力とを用いて動作する点が、図１に示す電子機器１と相違する。

【0056】

図１０は、本発明の第３実施形態における電源部と電池との接続回路の構成例を示す図である。図１０（ａ），（ｂ）に示す通り、電源部２７は、入力端がループアンテナ２１に接続された全波整流回路２７ａと、全波整流回路２７ａの出力端に接続された平滑用コンデンサ２７ｂと、を備える。図１０（ａ）に示す接続回路では、３つの電池セルが直列接続された電池５０が用いられており、図１０（ｂ）に示す接続回路では、１つの電池セルのみからなる電池５０が用いられている。

【0057】

図１０（ａ）に示す接続回路は、入力端が電源部２７の出力端に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ５１、一端がＤＣ／ＤＣコンバータ５１の出力端に接続された抵抗５２、アノードが抵抗５２の他端に接続され、カソードがモデム２０の各ブロック（ＮＦＣ制御モジュール２２、メモリ２３、制御部２４、及び通信部２５）に接続されたダイオード５３、及びアノードが電池５０の正極に接続され、カソードがダイオード５３のカソードに接続されたダイオード５４と、を備える。

【0058】

図１０（ａ）に示す接続回路は、電源部２７及び昇圧回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ５１）を含む回路と電池５０とを並列接続する回路である。この接続回路が用いられる場合には、電池５０の電圧が、モデム２０の各ブロックで必要となる電圧に設定され、電源部２７の出力電圧が、ＤＣ／ＤＣコンバータ５１によって電池５０の電圧と等しい（ほぼ等しい）電圧まで昇圧される。

【0059】

図１０（ｂ）に示す接続回路は、一端が電源部２７の出力端に接続された抵抗５２、アノードが抵抗５２の他端に接続され、カソードがＤＣ／ＤＣコンバータ５１の入力端に接続されたダイオード５３、出力端がモデム２０の各ブロック（ＮＦＣ制御モジュール２２、メモリ２３、制御部２４、及び通信部２５）に接続されたＤＣ／ＤＣコンバータ５１、
及びアノードが電池５０の正極に接続され、カソードがダイオード５３のカソードに接続されたダイオード５４と、を備える。

【0060】

図１０（ｂ）に示す接続回路は、電源部２７を含む回路と電池５０とを並列接続した上で、昇圧回路（ＤＣ／ＤＣコンバータ５１）の入力端に接続する回路である。この接続回路が用いられる場合には、電源部２７及び電池５０の出力電圧の双方がモデム２０の各ブロックで必要となる電圧よりも低く、電源部２７及び電池５０の出力電圧がＤＣ／ＤＣコンバータ５１によってモデム２０の各ブロックで必要となる電圧まで昇圧される。

【0061】

以上の通り、本実施形態では、電池５０をモデム２０に設け、電源部２７で生成される電力と電池５０の電力とを用いてモデム２０を動作させるようにしている。このため、電池５０の消費電力を抑えることができ、電池５０の交換周期を長くすることができる。また、本実施形態の電子機器３は、モデム２０が電池５０を備える点を除いて、第１実施形態の電子機器１と同様であることから、第１実施形態と同様に、無線規格認証及び防爆認証に要する時間を少なくすることができ、しかも大型化及び重量増を招くこともない等の効果を得ることができる。

【0062】

〔第４実施形態〕
図１１は、本発明の第４実施形態によるモデムの断面図である。図１１に示す通り、本実施形態のモデム２０は、図３に示すモデム２０と同様に、アンテナモジュール３１、モデム回路基板３２、磁性部材３３、プラスチックケース３４、及び導電性ケース３５を備える。但し、モデム回路基板３２が、磁性部材３３の−Ｚ側に配置されている点が相違する。

【0063】

以上の通り、本実施形態では、モデム回路基板３２が、磁性部材３３の−Ｚ側に配置されているため、第１実施形態のモデム２０（図２〜図４参照）に比べてＸＹ面内における大きさを小さくすることができる。また、本実施形態のモデム２０は、モデム回路基板３２が、磁性部材３３の−Ｚ側に配置されている点を除いて、第１実施形態のモデム２０と同様であることから、第１実施形態と同様に、無線規格認証及び防爆認証に要する時間を少なくすることができ、しかも大型化及び重量増を招くこともない等の効果を得ることができる。

【0064】

以上、本発明の実施形態によるモデム及び電子機器について説明したが、本発明は上記実施形態に制限されることなく本発明の範囲内で自由に変更が可能である。例えば、上記第１〜第４実施形態を適宜組み合わせることができる。また、モデム２０に設けられるループアンテナの数は１つ又は２つに制限される訳ではなく３つ以上であっても良い。ループアンテナを増設することで、１００［ｍＷ］程度の電力を受信することができるようにすれば、ＩｒＤＡに準拠した赤外線による光無線データ通信が可能な通信モジュールを収容することも可能になる。

【0065】

また、端末装置１０からモデム２０に非接触で供給される電力の一部を、モデム２０からフィールド機器ＦＤに供給するようにしてもよい。このようにすることで、フィールド機器ＦＤの電源が無い状態でもフィールド機器ＦＤに対する各種設定や各種調整を行うことができる。

【符号の説明】

【0066】

１〜３ 電子機器
１０ 端末装置
１２ ループアンテナ
２０ モデム
２１ ループアンテナ
２２ ＮＦＣ制御モジュール
２３ メモリ
２４ 制御部
２５ 通信部
２７ 電源部
３３ 磁性部材
３５ 導電性ケース
４１ ループアンテナ
５０ 電池
ＦＤ フィールド機器
ＲＴ 送受信部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】