特開 2023-20573 センサモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023020573

(43)【公開日】2023-02-09

(54)【発明の名称】センサモジュール

(51)【国際特許分類】

   H01Q 19/02 20060101AFI20230202BHJP

   H01Q 13/10 20060101ALI20230202BHJP

   G08C 17/00 20060101ALI20230202BHJP

【ＦＩ】

H01Q19/02

H01Q13/10

G08C17/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021126001

(22)【出願日】2021-07-30

(71)【出願人】

【識別番号】000190688

【氏名又は名称】新光電気工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(72)【発明者】

【氏名】依田 惇人

(72)【発明者】

【氏名】池田 巧

【テーマコード（参考）】

2F073

5J020

5J045

【Ｆターム（参考）】

2F073AA02

2F073AA40

2F073AB02

2F073BB01

2F073BC02

2F073CC03

2F073CC12

2F073CD11

2F073DE06

2F073DE13

2F073EE11

2F073FF01

2F073FG01

2F073FG02

2F073GG01

2F073GG05

2F073GG09

5J020BC13

5J020BD04

5J020CA02

5J020DA02

5J020DA03

5J020DA04

5J045AA22

5J045DA03

5J045HA03

5J045LA01

5J045NA01

(57)【要約】

【課題】金属部材を放射素子として利用可能なセンサモジュールを提供する。
【解決手段】センサモジュールは、環状に延在する側面と、前記側面から凹み前記側面にわたって環状に設けられる凹部とを有する金属部材と、前記凹部の内部に埋め込まれる樹脂部と、前記樹脂部の内部に設けられ、電波を放射する放射部と、前記樹脂部の内部に設けられ、前記放射部に接続される無線通信部と、前記無線通信部に接続されるセンサとを含み、前記金属部材は、前記放射部とは前記樹脂部によって絶縁されており、無給電素子として機能する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

環状に延在する側面と、前記側面から凹み前記側面にわたって環状に設けられる凹部とを有する金属部材と、
前記凹部の内部に埋め込まれる樹脂部と、
前記樹脂部の内部に設けられ、電波を放射する放射部と、
前記樹脂部の内部に設けられ、前記放射部に接続される無線通信部と、
前記無線通信部に接続されるセンサと
を含み、
前記金属部材は、前記放射部とは前記樹脂部によって絶縁されており、無給電素子として機能する、センサモジュール。

【請求項2】

前記凹部は、環状のスリットを構築する、請求項１に記載のセンサモジュール。

【請求項3】

前記金属部材の外形は、平面視において、円形、多角形、又は、円形あるいは多角形の一部を切り欠いた形状である、請求項１又は２に記載のセンサモジュール。

【請求項4】

前記金属部材は、平面視における中央を貫通する貫通孔を有する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のセンサモジュール。

【請求項5】

前記金属部材は、前記環状の凹部を貫通する方向における第１側に設けられる第１金属部材と、前記環状の凹部を貫通する方向における第２側に設けられ前記第１金属部材に固定される第２金属部材とを有し、
前記環状の凹部は、前記第１金属部材と前記第２金属部材との合わせ目に設けられる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のセンサモジュール。

【請求項6】

前記放射部は、前記環状の凹部の延在方向に沿って延在する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のセンサモジュール。

【請求項7】

前記放射部は、前記凹部の内壁の近傍に設けられる、請求項１乃至６のいずれか１項に記載のセンサモジュール。

【請求項8】

前記樹脂部の内部に設けられる基板をさらに含み、
前記放射部、前記無線通信部、及び前記センサは、前記基板に実装される、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のセンサモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、センサモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に相対回転自在に配置された複数の転動体と、を有する転がり軸受装置であって、円環形状に形成され、その基端部が前記内輪又は前記外輪に装着され、その先端部が前記外輪又は前記内輪に形成されたシール溝内に配置される密封装置を有し、前記密封装置の少なくとも外側面に無線タグを配置したことを特徴とする転がり軸受装置がある。

【0003】

また、温度センサや振動センサ等を無線タグに内蔵することにより、温度情報や振動情報を監視するようにしてもよいことや、速度センサが発生した回転信号はリード線等を通じて制御回路に与えられることが記載されているが、具体的にどのようにして軸受装置の外部に検出データを取り出すかについては、具体的な記載がない。

【0004】

また、無線タグは、通信状態を良好にするために、金属部材から離れた位置に配置されており、速度センサを設ける場合には、無線タグと速度センサは樹脂製のエンドキャップに取り付けている（例えば、特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００５－０４２８９５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来の軸受装置は、通信状態を良好にするために、無線タグを金属部材から離れた位置に配置しており、金属部材を通信に用いていない。

【0007】

そこで、金属部材を放射素子として利用可能なセンサモジュール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】

【0008】

本発明の実施の形態のセンサモジュールは、環状に延在する側面と、前記側面から凹み前記側面にわたって環状に設けられる凹部とを有する金属部材と、前記凹部の内部に埋め込まれる樹脂部と、前記樹脂部の内部に設けられ、電波を放射する放射部と、前記樹脂部の内部に設けられ、前記放射部に接続される無線通信部と、前記無線通信部に接続されるセンサとを含み、前記金属部材は、前記放射部とは前記樹脂部によって絶縁されており、無給電素子として機能する。

【発明の効果】

【0009】

金属部材を放射素子として利用可能なセンサモジュールを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態のセンサモジュール１００を示す斜視図である。

【図2】実施の形態のセンサモジュール１００を示す側面図である。

【図3】図１のＡ－Ａ矢視断面を示す図である。

【図4】金属部材１１０と、マルチモジュール１３０及び電源ケーブル１４０とを示す図である。

【図5】センサモジュール１００を示す上面図である。

【図6】センサモジュール１００の構成を示すブロック図である。

【図7】センサモジュール１００のＳ１１パラメータの周波数特性を示す図である。

【図8】センサモジュール１００の指向性のシミュレーション結果を示す図である。

【図9】実施の形態の第１変形例の金属部材１１０Ｍ１を示す図である。

【図10】実施の形態の第２変形例のセンサモジュール１００Ｍ２を示す図である。

【図11】実施の形態の第３変形例のセンサモジュール１００Ｍ３の構成を示すブロック図である。

【図12】第４変形例のセンサモジュール１００Ｍ４を示す図である。

【図13】第５変形例のセンサモジュール１００Ｍ５を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明のセンサモジュールを適用した実施の形態について説明する。

【0012】

＜実施の形態＞
図１は、実施の形態のセンサモジュール１００を示す斜視図である。図２は、実施の形態のセンサモジュール１００を示す側面図である。図３は、図１のＡ－Ａ矢視断面を示す図である。以下では、ＸＹＺ座標系を定義して説明し、ＸＹ面視を平面視と称する。また、説明の便宜上、－Ｚ方向側を下側又は下、＋Ｚ方向側を上側又は上と称すが、普遍的な上下関係を表すものではない。

【0013】

＜センサモジュール１００の構成＞
センサモジュール１００は、金属部材１１０と、樹脂部１２０と、マルチモジュール１３０と、電源ケーブル１４０とを含む。センサモジュール１００は、円盤状の部材である。以下では、図１乃至図３に加えて図４及び図５を用いて説明する。図４は、金属部材１１０と、マルチモジュール１３０及び電源ケーブル１４０とを示す図である。図５は、センサモジュール１００を示す上面図である。図５には、センサモジュール１００におけるマルチモジュール１３０の配置を示す。

【0014】

金属部材１１０は、一例として、金属製の円盤状の部材であり、上面１１１Ａ、下面１１１Ｂ、側面１１１Ｃ、スリット１１１Ｄ、凹部１１２、及び貫通孔１１３を有する。上面１１１Ａ、下面１１１Ｂ、及び側面１１１Ｃは、金属製の円盤状の部材の上面、下面、及び側面である。側面１１１Ｃは、金属部材１１０の外周に沿って一周しており、環状に延在している。

【0015】

上面１１１Ａ及び下面１１１Ｂの中央部には、貫通孔１１３の開口部が位置する。このため、上面１１１Ａ及び下面１１１Ｂは、平面視で円環状であり、金属部材１１０も平面視で円環状である。このような金属部材１１０は、一例として、ステンレス鋼、鉄、アルミニウム、タングステン等の金属製である。

【0016】

スリット１１１Ｄは、側面１１１Ｃにおいては、側面１１１Ｃの上端と下端との間で、側面１１１Ｃに沿って一周にわたって円環状に延在する。側面１１１Ｃの上端は、側面１１１Ｃと上面１１１Ａの境界であり、側面１１１Ｃの下端は、側面１１１Ｃと下面１１１Ｂの境界である。

【0017】

スリット１１１Ｄは、側面１１１Ｃと凹部１１２との境界に加えて、凹部１１２の内壁１１２Ａ及び１１２Ｂを含む。凹部１１２の内壁１１２Ａ及び１１２Ｂは、凹部１１２のうちのＸＹ平面に平行な円環状の内壁部である。内壁１１２Ａ及び１１２Ｂは、凹部１１２の内部空間を隔てて対向している。

【0018】

スリット１１１Ｄには、マルチモジュール１３０のアンテナエレメント１３２から放射される電波が伝搬し、伝搬された電波の共振が発生する。スリット１１１Ｄで共振する電波は、金属部材１１０の外部に放射される。このようにして、金属部材１１０は、無給電素子として機能する。無給電素子は、寄生素子と同義である。

【0019】

凹部１１２は、側面１１１Ｃの上端と下端との間から、金属部材１１０の径方向の内側に向かって凹み側面１１１Ｃにわたって環状に設けられている。凹部１１２は、内壁１１２Ａ及び１１２Ｂと、底部１１２Ｃとを有する。内壁１１２Ａ及び１１２Ｂは、ＸＹ平面に平行な円環状の内壁部であり、底部１１２Ｃに連通している。底部１１２Ｃは、凹部１１２の最も内側に位置し、内壁１１２Ａ及び１１２Ｂを接続する円筒状の壁部である。

【0020】

底部１１２Ｃは、貫通孔１１３よりも外側に位置し、貫通孔１１３の径方向外側を囲む円筒状の壁部である。凹部１１２の側面１１１Ｃから底部１１２Ｃの表面までの径方向の深さは、一周にわたって一定である。凹部１１２の内部には、樹脂部１２０とマルチモジュール１３０が収容される。

【0021】

貫通孔１１３は、平面視において金属部材１１０の中央部に設けられ、上面１１１Ａと下面１１１Ｂとを接続するように金属部材１１０を貫通している。貫通孔１１３は、平面視で凹部１１２の内側に位置する。

【0022】

樹脂部１２０は、金属部材１１０の凹部１１２の内部に設けられ、マルチモジュール１３０を覆うように埋め込まれている。樹脂部１２０は、マルチモジュール１３０の上面側を覆っており、マルチモジュール１３０の上面側に加えて下面側を覆っていてもよい。樹脂部１２０は、凹部１１２内に充填可能な樹脂であればよく、例えば、エポキシ樹脂やアクリル樹脂等を用いることができる。樹脂部１２０は、封止樹脂として用いられる。

【0023】

マルチモジュール１３０は、複数の機能を持つモジュールであり、一例として、配線基板１３１、アンテナエレメント１３２、整合回路１３２Ａ、グランド層１３３、無線通信部１３４、制御部１３５、及びセンサ１３６を有する。このようなマルチモジュールは、配線基板１３１に、整合回路１３２Ａ、無線通信部１３４、制御部１３５、及びセンサ１３６のような電子部品を実装した電子装置の一例である。マルチモジュール１３０には、外部から電力供給を受けるための電源ケーブル１４０が接続されている。

【0024】

マルチモジュール１３０の上面は、樹脂部１２０によって覆われている。アンテナエレメント１３２と内壁１１２Ａとを離間させて絶縁するためであり、整合回路１３２Ａ、グランド層１３３、無線通信部１３４、制御部１３５、及びセンサ１３６を保護するためである。また、マルチモジュール１３０の下面と内壁１１２Ｂとの間にも樹脂部１２０が設けられることによって、マルチモジュール１３０の下面も樹脂部１２０によって覆われていてもよい。

【0025】

配線基板１３１は、一例として、ＦＲ－４(Flame Retardant type 4)規格の配線基板である。配線基板１３１は、貫通孔１１３を避けるために平面視で円環状であり、平面視における中央部に開口部１３１Ａを有する。開口部１３１Ａの開口径は、金属部材１１０の凹部１１２の最も内側に位置する底部１１２Ｃの直径よりも少し大きい程度であり、開口部１３１Ａによって配線基板１３１の底部１１２Ｃに対する位置決めが行われている。また、配線基板１３１は、ポリイミド製のフィルム等で実現されるフレキシブル基板であってもよい。配線基板１３１は、ＸＹ平面に平行に配置される。

【0026】

配線基板１３１の上面には、アンテナエレメント１３２、整合回路１３２Ａ、無線通信部１３４、制御部１３５、及びセンサ１３６が実装され、下面の一部には、グランド層１３３が設けられている。グランド層１３３は、平面視において、アンテナエレメント１３２、整合回路１３２Ａ、無線通信部１３４、制御部１３５、及びセンサ１３６と重なる部分に設けられている。

【0027】

アンテナエレメント１３２は、放射部の一例であり、配線基板１３１の上面に設けられる金属層で実現される。アンテナエレメント１３２は、スリット１１１Ｄの内壁１１２Ａ及び１１２Ｂの近傍に設けられている。近傍とは、アンテナエレメント１３２とスリット１１１Ｄとに電磁界結合が生じるほど、アンテナエレメント１３２とスリット１１１Ｄとが近いことをいう。アンテナエレメント１３２は、樹脂部１２０によって覆われているため、金属部材１１０から離間され、金属部材１１０とは絶縁されている。

【0028】

アンテナエレメント１３２は、直線状のパターンを有し、環状の凹部１１２の延在する方向に沿って延在している。環状の凹部１１２の延在する方向に沿うとは、凹部１１２の周方向に沿うことであり、直線状のアンテナエレメント１３２の長手方向が、周方向に沿って延在することをいう。なお、アンテナエレメント１３２の平面視での形状は、直線状に限らず、逆Ｆ型、逆Ｌ型、円形等の様々な形状であってもよい。

【0029】

アンテナエレメント１３２は、一例として銅箔をパターニングしたものである。アンテナエレメント１３２は、グランド層１３３とマイクロストリップラインを構築する。アンテナエレメント１３２は、マイクロストリップ線路型の放射素子である。アンテナエレメント１３２は、配線基板１３１の配線を介して無線通信部１３４に接続されており、配線基板１３１の配線が接続される部分は給電部１３２ＦＰである。

【0030】

アンテナエレメント１３２は、無線通信部１３４から給電され、凹部１１２内に電波を放射する。アンテナエレメント１３２と無線通信部１３４とを接続する配線もグランド層１３３とマイクロストリップラインを構築する。アンテナエレメント１３２の給電部１３２ＦＰの近傍には、インピーダンス整合を取るための整合回路１３２Ａが接続されている。整合回路１３２Ａは、一例として、インダクタ又はキャパシタである。整合回路１３２Ａを用いることにより、波長の短縮効果が得られる。

【0031】

グランド層１３３は、上述したように、平面視において、アンテナエレメント１３２、整合回路１３２Ａ、無線通信部１３４、制御部１３５、及びセンサ１３６と重なるように、配線基板１３１の下面又は内層に設けられている。グランド層１３３は、配線基板１３１の下面又は内層に設けられる金属層で実現され、金属層は一例として銅箔である。グランド層１３３は、金属部材１１０に接続される。

【0032】

グランド層１３３が配線基板１３１の下面にある場合には、グランド層１３３と凹部１１２の内壁１１２Ｂとが直接的に接触していてもよい。この場合には、マルチモジュール１３０と内壁１１２Ｂとの間には樹脂部１２０が存在しなくてよい。また、グランド層１３３が配線基板１３１の下面にある場合において、グランド層１３３と凹部１１２の内壁１１２Ｂとは、導電性接着剤や配線等で接続してもよい。この場合には、マルチモジュール１３０と内壁１１２Ｂとの間には樹脂部１２０が存在しなくても、存在していても、どちらでもよい。また、グランド層１３３は配線基板１３１の内層に設けられていてもよい。この場合には、グランド層１３３と金属部材１１０とを配線やパッド等で接続すればよい。また、この場合には、マルチモジュール１３０と内壁１１２Ｂとの間に樹脂部１２０が存在しなくても、存在していても、どちらでもよい。

【0033】

無線通信部１３４は、センサモジュール１００が外部の装置と通信するための通信機能を有する無線通信用のＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）である。無線通信部１３４は、配線基板１３１の配線を介してアンテナエレメント１３２、グランド層１３３、及び制御部１３５に接続されている。無線通信部１３４とアンテナエレメント１３２及び制御部１３５との間は、一例として配線基板１３１の上面に設けられる配線で接続すればよい。無線通信部１３４とグランド層１３３とは、配線基板１３１を厚さ方向（Ｚ方向）に貫通するビア等によって接続すればよい。また、無線通信部１３４は、配線基板１３１の配線を介して電源ケーブル１４０に接続されており、電源ケーブル１４０を介して、センサモジュール１００の外部から電力供給を受ける。

【0034】

無線通信部１３４は、一例として、ＢＬＥ（Ｂｌｅｕｔｏｏｔｈ Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ（登録商標））の通信プロトコルに従って通信可能であるが、ＬＴＥ（Ｌｏｎｇ Ｔｅｒｍ Ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ）等の通信プロトコルに従って通信する構成であってもよい。無線通信部１３４は、制御部１３５から入力されるセンサ１３６の検出データを含む送信信号をアンテナエレメント１３２に出力する。無線通信部１３４から出力される送信信号は、アンテナエレメント１３２からスリット１１１Ｄに放射され、スリット１１１Ｄからセンサモジュール１００の外部に放射される。

【0035】

制御部１３５は、センサモジュール１００の全体の制御を行う。制御部１３５は、一例としてマイクロコンピュータであり、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及び内部バス等を含む。

【0036】

制御部１３５は、配線基板１３１の配線を介して無線通信部１３４及びセンサ１３６に接続されており、センサ１３６から検出データを取得し、無線通信部１３４に検出データを含む送信信号をアンテナエレメント１３２に放射させる。また、制御部１３５は、配線基板１３１の配線を介して電源ケーブル１４０に接続されており、電源ケーブル１４０を介して、センサモジュール１００の外部から電力供給を受ける。

【0037】

センサ１３６は、一例として、歪みセンサ（歪みゲージ）、加速度計、温度計等であり、金属部材１１０の歪み、加速度、温度等を検出する。センサ１３６は、配線基板１３１の配線を介して制御部１３５に接続されており、検出データを制御部１３５に出力する。また、センサ１３６は、配線基板１３１の配線を介して電源ケーブル１４０に接続されており、電源ケーブル１４０を介して、センサモジュール１００の外部から電力供給を受ける。

【0038】

以上のようなセンサモジュール１００において、アンテナエレメント１３２は、スリット１１１Ｄの内壁１１２Ａ及び１１２Ｂの近傍に設けられており、アンテナエレメント１３２とスリット１１１Ｄとの電磁界結合が得られることによって、スリット１１１Ｄを有する金属部材１１０は、無給電素子として機能する。

【0039】

マルチモジュール１３０のアンテナエレメント１３２が無線通信部１３４によって給電されると、アンテナエレメント１３２が放射する電波がスリット１１１Ｄに伝搬し、スリット１１１Ｄで共振が生じることによって、電波がセンサモジュール１００の外に放射される。このようにして金属部材１１０は、無給電素子として機能する。無線通信部１３４が出力する送信信号は、金属部材１１０のスリット１１１Ｄからセンサモジュール１００の外部に放射される。送信信号は、センサ１３６の検出データを含むため、センサモジュール１００から放射される電波をセンサモジュール１００の外部の装置が受信すれば、センサ１３６で検出された歪み、加速度、温度等の情報を表す検出データ入手することができる。

【0040】

なお、スリット１１１Ｄの１周の長さは、一例として、側面１１１Ｃと凹部１１２との境界の部分において、マルチモジュール１３０の無線通信部１３４から放射される電波の周波数（通信周波数）における１波長の電気長に設定してもよい。すなわち、スリット１１１Ｄのうちの径方向における最も外側に位置する部分において、１周の長さが、マルチモジュール１３０の通信周波数における１波長の電気長に設定してもよい。

【0041】

また、スリット１１１Ｄの１周の長さについては、一例として、径方向における最も内側に位置する底部１１２Ｃの表面における１周の長さが、マルチモジュール１３０の通信周波数における１波長の電気長になるように設定されていてもよい。また、スリット１１１Ｄの１周の長さについては、一例として、スリット１１１Ｄのうちの径方向における最も外側（側面１１１Ｃと凹部１１２との境界）と、最も内側の底部１１２Ｃの表面との間のいずれかの径方向の位置において、マルチモジュール１３０の通信周波数における１波長の電気長になるように設定されていてもよい。

【0042】

また、上述したようなスリット１１１Ｄの１周の長さは、厳密にマルチモジュール１３０の通信周波数における１波長の電気長ではなくてもよい。金属部材１１０の凹部１１２内には樹脂部１２０とマルチモジュール１３０が配置される。樹脂部１２０及びマルチモジュール１３０が凹部１１２内に配置されることによって金属部材１１０のインピーダンス特性が変動する場合には、スリット１１１Ｄのインピーダンスが整合するように、スリット１１１Ｄの１周の長さをマルチモジュール１３０の通信周波数における１波長の電気長よりも短く、又は、長く調整すればよい。また、スリット１１１Ｄの１周の長さを調整するとともに、整合回路１３２Ａのコンデンサの静電容量、又は、整合回路１３２Ａのコイルのインダクタンスを調整することで、スリット１１１Ｄのインピーダンスを整合させればよい。スリット１１１Ｄの１周の長さをマルチモジュール１３０の放射部から放射される電波の周波数（通信周波数）における１波長の電気長に設定することは、このようにスリット１１１Ｄの長さを調整することも含む趣旨である。

【0043】

＜ブロック構成＞
図６は、センサモジュール１００の構成を示すブロック図である。図６には、センサモジュール１００のマルチモジュール１３０のうちのアンテナエレメント１３２、無線通信部１３４、制御部１３５、及びセンサ１３６と、電源ケーブル１４０とを示す。

【0044】

センサ１３６は、アナログセンサ１３６Ａ、アナログ回路１３６Ｂ、及びＡ／Ｄ（Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ）コンバータ１３６Ｃを有する。アナログセンサ１３６Ａで検出されたアナログデータは、アナログ回路１３６Ｂでノイズの除去等の信号処理が行われて、Ａ／Ｄコンバータ１３６Ｃでデジタルデータに変換され、検出データとして制御部１３５に出力される。なお、センサ１３６は、デジタルセンサであってもよく、電源ケーブル１４０の代わりにバッテリを含んでいてもよい。これらについては、図１１を用いて後述する。

【0045】

＜Ｓ１１パラメータ＞
図７は、センサモジュール１００のＳ１１パラメータの周波数特性を示す図である。図７において、横軸は周波数（ＧＨｚ）、縦軸はＳ１１パラメータ（ｄＢ）を示す。Ｓ１１パラメータは、アンテナエレメント１３２からスリット１１１Ｄに入力される電力に対する、スリット１１１Ｄからアンテナエレメント１３２に反射される電力の反射係数を表す。

【0046】

図７には、マルチモジュール１３０の通信周波数を一例として２．４４（ＧＨｚ）に設定した場合に、センサモジュール１００の２つのシミュレーションモデルについて電磁界シミュレーションで得られた結果を示す。

【0047】

破線で示す特性は、金属部材１１０の直径が６２ｍｍ、樹脂部１２０の比誘電率が１．７、スリット１１１Ｄの内壁１１２Ａ及び１１２Ｂのギャップが３ｍｍのシミュレーションモデル１で得られたＳ１１パラメータを示す。実線で示す特性は、金属部材１１０の直径が６２ｍｍ、樹脂部１２０の比誘電率が３．１、スリット１１１Ｄの内壁１１２Ａ及び１１２Ｂのギャップが２ｍｍのシミュレーションモデル２で得られたＳ１１パラメータを示す。なお、スリット１１１Ｄの共振周波数は２．４４ＧＨｚに設定した。

【0048】

シミュレーションモデル１（破線）及び２（実線）のＳ１１パラメータの最小値は、ともに２．４４ＧＨｚで得られ、それぞれ－４０．７０ｄＢ及び－４２．４１ｄＢであった。シミュレーションモデル１（破線）及び２（実線）ともに、２．４４（ＧＨｚ）で共振が生じており、また、２．４４ＧＨｚの前後で－１０ｄＢ以下の極めて反射が少ない広帯域が得られることが分かった。シミュレーションモデル１（破線）の方が、シミュレーションモデル２（実線）よりも広い帯域が得られた。

【0049】

＜指向性のシミュレーション結果＞
図８は、センサモジュール１００の指向性のシミュレーション結果を示す図である。マルチモジュール１３０の通信周波数を一例として２．４４（ＧＨｚ）に設定した場合におけるＸＹ平面、ＸＺ平面、及びＹＺ平面での指向性を示す。ＸＹ平面では、０度の方向が＋Ｘ方向、－９０度の方向が＋Ｙ方向である。ＸＺ平面では、０度の方向が＋Ｚ方向、９０度の方向が＋Ｘ方向である。ＹＺ平面では０度の方向が＋Ｚ方向、９０度の方向が＋Ｙ方向である。

【0050】

ＸＹ平面では略均等な指向性が得られた。ＸＺ平面ではアンテナエレメント１３２が位置する＋Ｘ方向側が－Ｘ方向側よりも放射が少し強い特性が得られた。ＹＺ平面では、上下よりも横方向への放射がより強い特性が得られた。

【0051】

以上のように、センサモジュール１００は、金属部材１１０の凹部１１２内の樹脂部１２０の内部にマルチモジュール１３０を配置し、スリット１１１Ｄを有する金属部材１１０を無給電素子として機能させる。

【0052】

したがって、金属部材１１０を放射素子として利用可能なセンサモジュール１００を提供することができる。また、図７に示すように反射が少なく、図８に示すように均等な指向性が得られる。このため、放射特性の良好なセンサモジュール１００を提供することができる。

【0053】

また、凹部１１２は、環状のスリット１１１Ｄを構築するため、平面視において均等な指向性が得られる。また、金属部材１１０の側面１１１Ｃに凹部１１２を設けることで、容易にスリット１１１Ｄを構築することができる。

【0054】

また、金属部材１１０は、平面視における中央を貫通する貫通孔１１３を有する。このような貫通孔１１３を中央に有する金属部材１１０は、一例として、ベアリングホルダとして利用可能である。ベアリングホルダは、ベアリングを保持する固定具である。金属部材１１０をベアリングホルダとして利用すれば、ベアリングの歪み、加速度、温度等を表す検出データをセンサモジュール１００で外部の装置に送信することができる。

【0055】

また、アンテナエレメント１３２は、環状の凹部１１２の延在方向に沿って延在するので、凹部１１２が構築するスリット１１１Ｄに効率的に電波が伝搬し、金属部材１１０を放射素子として利用可能で、放射特性がより良好なセンサモジュール１００を提供することができる。

【0056】

また、アンテナエレメント１３２がスリット１１１Ｄの内壁１１２Ａ及び１１２Ｂの近傍に配置されるので、アンテナエレメント１３２とスリット１１１Ｄとの電磁界結合が得られ、スリット１１１Ｄで共振が生じやすくなり、金属部材１１０を放射素子として利用可能で放射特性がより良好なセンサモジュール１００を提供することができる。

【0057】

また、アンテナエレメント１３２、整合回路１３２Ａ、グランド層１３３、無線通信部１３４、制御部１３５、及びセンサ１３６が配線基板１３１に実装されるため、製造が容易である。

【0058】

また、配線基板１３１、アンテナエレメント１３２、整合回路１３２Ａ、グランド層１３３、無線通信部１３４、制御部１３５、及びセンサ１３６を有するマルチモジュール１３０を樹脂部１２０の内部に配置する構成であるため、製造が容易である。

【0059】

＜第１変形例＞
図９は、実施の形態の第１変形例の金属部材１１０Ｍ１を示す図である。金属部材１１０Ｍ１は、上側の金属部材１１０Ａと下側の金属部材１１０Ｂとに分割されている。金属部材１１０Ａは図１乃至図５に示す金属部材１１０の内壁１１２Ａよりも上側の部分であり、金属部材１１０Ｂは図１乃至図５に示す金属部材１１０の内壁１１２Ａよりも下側の部分である。このため、金属部材１１０Ｂの上面の中央部には底部１１２Ｃが設けられている。

【0060】

金属部材１１０Ａは、上側（第１側）に設けられる第１金属部材の一例であり、金属部材１１０Ｂは、下側（第２側）に設けられ金属部材１１０Ａに固定される第２金属部材の一例である。凹部１１２は、金属部材１１０Ａと金属部材１１０Ｂとの合わせ目に設けられる。このような金属部材１１０Ａ及び１１０Ｂを接合すれば、図１乃至図５に示す金属部材１１０と同一の構成のものが得られる。

【0061】

＜第２変形例＞
図１０は、実施の形態の第２変形例のセンサモジュール１００Ｍ２を示す図である。センサモジュール１００Ｍ２は、図１乃至図５に示すセンサモジュール１００のマルチモジュール１３０をマルチモジュール１３０Ｍ２に置き換えた構成を有する。

【0062】

マルチモジュール１３０Ｍ２は、平面視でＵ字型である。マルチモジュール１３０Ｍ２の基板１３１Ｍ２はＵ字型であり、端部１３１ＭＡ２、１３１ＭＢ２のＹ方向の間隔は、金属部材１１０の底部１１２Ｃの外径よりも広い。このため、Ｕ字型の基板１３１Ｍ２の端部１３１ＭＡ２、１３１ＭＢ２の間に金属部材１１０の底部１１２Ｃを挿通させることができ、マルチモジュール１３０Ｍ２を金属部材１１０に対して容易に取り付けることができる。

【0063】

＜第３変形例＞
図１１は、実施の形態の第３変形例のセンサモジュール１００Ｍ３の構成を示すブロック図である。センサモジュール１００Ｍ３は、デジタルセンサ１３６Ｍ３及びバッテリ１４０Ｍ３を含む点がアナログセンサ１３６Ａ及び電源ケーブル１４０を含むセンサモジュール１００（図６参照）と異なる。デジタルセンサ１３６Ｍ３は、デジタルデータとしての検出データを制御部１３５に出力する。バッテリ１４０Ｍ３は、例えば、配線基板１３１の上面に実装して、金属部材１１０の凹部１１２の内部に収容すればよい。

【0064】

センサモジュール１００Ｍ３は、デジタルセンサ１３６Ｍ３を含むことによって、部品点数を減らすことができる。また、センサモジュール１００Ｍ３は、バッテリ１４０Ｍ３を内蔵するため、電源ケーブル１４０のように金属部材１１０の外側に飛び出した部分が存在せず、外観を簡素化することができる。また、センサモジュール１００Ｍ３は、バッテリ１４０Ｍ３から供給される電力で動作可能であるため、電源ケーブル１４０を介してセンサモジュール１００に電力を供給する電力供給源が存在しないところでも利用可能である。

【0065】

＜第４変形例、第５変形例＞
図１２及び図１３は、第４変形例及び第５変形例のセンサモジュール１００Ｍ４及び１００Ｍ５を示す図である。センサモジュール１００Ｍ４は、図５に示すセンサモジュール１００の金属部材１１０を金属部材１１０Ｍ４に置き換えたものである。金属部材１１０Ｍ４は、平面視で矩形（四角形）である。矩形は、多角形の一例である。金属部材１１０Ｍ４の平面視での形状は、四角形に限らず、三角形や５つ以上の辺及び頂点を有する多角形であってもよい。

【0066】

センサモジュール１００Ｍ５の金属部材１１０Ｍ５の外形は、平面視において、図５に示す円形の金属部材１１０のＹ方向側の両端をＸ方向に沿って切り欠いた形状である。センサモジュール１００Ｍ５は、図５に示すマルチモジュール１３０の代わりに、Ｙ方向側の両端をＸ方向に沿って切り欠いた形状を有するマルチモジュール１３０Ｍ５を有する。マルチモジュール１３０Ｍ５は、Ｙ方向側の両端をＸ方向に沿って切り欠いた形状の基板１３１Ｍ５を有する。なお、図１２に示すセンサモジュール１００Ｍ４の金属部材１１０Ｍ４の一部を平面視において切り欠いてもよい。

【0067】

第４変形例、第５変形例によれば、様々な形状のセンサモジュール１００Ｍ４及び１００Ｍ５を実現することができる。

【0068】

以上、本発明の例示的な実施の形態のセンサモジュールについて説明したが、本発明は、具体的に開示された実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。

【符号の説明】

【0069】

１００、１００Ｍ２、１００Ｍ３、１００Ｍ４、１００Ｍ５ センサモジュール
１１０、１１０Ｍ１、１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｍ４、１１０Ｍ５ 金属部材
１２０ 樹脂部
１３０、１３０Ｍ２、１３０Ｍ５ マルチモジュール
１３１、１３１Ｍ５ 配線基板
１３２ アンテナエレメント
１３３ グランド層
１３４ 無線通信部
１３５ 制御部
１３６ センサ
１３６Ａ アナログセンサ
１３６Ｍ３ デジタルセンサ
１４０ 電源ケーブル
１４０Ｍ３ バッテリ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】