CN104303423A - 移动体通信用信标 - Google Patents

Abstract

提供一种能够兼顾白天的日照引起的电子电路基板的温度上升及夜间的辐射冷却引起的温度下降的抑制、和对来自安装在基板上的电子部件的发热的高效散热这两者的移动式通信用的信标。设置于地上的无线通信用的信标(1)的特征在于，在电子电路基板(9)与框体(7)上面之间具有空气层、真空层、发泡材料层或者纤维材料层等绝热层，比电子电路基板(9)更靠下侧的下侧部分仅由热传导率比上述绝热层还大的材料构成。

Description

移动体通信用信标

技术领域

本发明涉及用于与机动车或铁道车辆等移动体之间的无线通信中的地上固定型无线通信单元、即信标(marker)，尤其涉及用于抑制搭载于信标的电子电路基板的温度变化的基板的安装结构。

背景技术

作为移动体通信中的信标，例如可列举与机动车进行通信的路面固定型信标。关于这种地上固定型信标，有专利文献1及专利文献2的技术。

专利文献1记载了以下技术：在收纳于信标内部的天线的上方部分的天线罩材料上面，对介电常数为天线罩材料的介电常数以下的冲击吸收材料进行层叠而构成信标，从而提供抗冲击性优良的信标。

专利文献2记载了以下技术：由安装于交接部分的第1盖封闭信标的开口部分，由第2盖封闭第1盖的外周面与开口部分的内周面之间的间隙，从而实现对施加于信标的冲击的吸收和阻止想要从开口部分浸入到信标内部的雨水等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：JP特开平11-258330号公报

专利文献2：JP特开2003-209490号公报

发明内容

发明想要解决的课题

利用图2对本发明想要解决的课题进行说明。图2所示的信标1为将专利文献1以及2中记载的信标一般化的部件。

由于大部分信标1被设置于没有房顶的室外环境，因此暴露于太阳的日照6下。日照6的一部分被框体7的上面部反射，但剩余的日照能量被框体材料吸收后转换为热量，使得框体的表面温度上升。发明者们估算，通过框体的材料特性和信标设置环境的组合，框体表面温度也能达到100℃以上。该热量通过经由框体7以及覆盖基板的材料5的热传导8而被传递到电子电路基板9，其结果，使得电子电路基板9的温度上升。另一方面，通过夜间从框体7的上面向天空的热辐射，产生框体表面温度比外部气温低的现象。即，与一天的外部气温变动相比，框体表面温度的变动更大。如果该框体表面温度的变动传递到内部，则电子电路基板9也被暴露在严峻的温度变动中。

在将信标置于该温度变动变大的严峻的环境中的情况下，存在电子电路基板9上的电子部件或焊接部分的寿命降低的问题。此外，在白天高温时，还存在由于热而引起电子电路异常动作的可能性。

作为伴随着这种框体表面温度的变动的电子电路基板的温度变动的问题的对策，考虑采用聚氨酯泡沫材料等热传导率低的材料作为覆盖基板的材料5。但是，由于搭载于基板的电子部件自身也发热，由此也需要使从该电子部件产生的热量散发到框体外部，因此在利用热传导率低的材料覆盖基板的结构中，难以使由电子部件产生的热量散发到框体外部。

本发明的目的在于，提供一种从框体7上面的日照6以及辐射冷却引起的温度变动中保护基板，能够高效地使安装于基板的电子部件所产生的发热散发到信标外部的信标。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，采用例如权利要求书记载的结构。本申请包括多个解决上述课题的手段，列举一例的话，信标为设置于地上的移动式通信用的信标，其特征在于，在电子电路基板与框体上侧部分之间具有空气层、真空层、发泡材料层或者纤维材料层等绝热层，比电子电路基板更靠下方的一侧由热传导率比上述绝热层还大的材料构成。

在此，本申请中的“绝热层”不限于上述的空气层、真空层、发泡材料层、纤维材料层或由绝热效果显著的部件构成的层，广义地来说，广泛地包括热传导率比配置于电子电路基板更下侧的部件低的材料。

发明效果

提供一种抑制由于日照以及辐射冷却引起的电子电路基板的温度变动且能够高效地将安装于基板的电子部件所产生的发热散发到信标外部的信标。

附图说明

图1为机动车用信标的设置形式的立体图。

图2为现有信标的图1中A-A′截面图。

图3为本发明的实施例1的一个方式的信标的分解图。

图4为本发明的实施例1的一个方式的从信标的上面侧观察的立体图。

图5为本发明的实施例1的一个方式的从信标的下面侧观察的立体图。

图6为本发明的实施例1的一个方式的信标的图4中B-B′截面图。

图7为本发明的实施例2的一个方式的信标的图4中B-B′截面图。

图8为本发明的实施例3的一个方式的信标的截面图。

图9为本发明的实施例4的一个方式的信标的截面图。

图10为信标-车辆侧天线间的无线通信的示意图。

具体实施方式

以下，利用附图来说明各实施例。

实施例1

以机动车为例作为移动体，利用图10对信标与车辆间的无线通信进行说明。固定在路面的信标1与在其上方通行的搭载于车辆23上的车载侧天线24进行无线通信25。例如，在设置于收费公路上的情况下，从车辆23接收车种和流入收费站等信息，计算出根据这些信息计算的通行费用信息等，并将其传送到车辆23。由此，能够在车辆23不停止的情况下收受费用。此外，将行驶区间的限制速度的信息、前进路线上的弯道或交叉点信息等传送给车辆23，在车辆23侧对这些信息进行处理后作为视觉信息或声音信息而通知驾驶员，或者也能在与车辆23的速度或和速度进行对照的基础上，自动减速到安全的速度。如上那样处于移动体通信中的无线通信由于较多利用于金钱授受的管理和安全性的提高重，因此要求高的可靠性。

图1表示信标在路面上的设置形式。如图1所示，信标1的大部分被设置于室外，因此由于白天的直射光，其温度比外部气温高，夜间因辐射冷却，其温度比外部气温低，信标被暴露于非常苛刻的温度周期环境中。如果该温度周期影响信标内部的电子电路基板，则除了有可能使信标内部的电子部件和电子电路上的焊接部分的寿命降低之外，如果由于白天的日照而电气电路基板的温度上升非常大，则还有可能发生电子电路的异常动作。

图3表示本实施例的信标的分解图。信标1具备：构成上面以及侧面的上侧框体部12、构成下面的下侧框体部13、搭载有电子部件以及无线通信天线的电子电路基板9、以及直接铸型于上侧框体部12的螺栓固定用的嵌入部14。

该上侧框体部12、下侧框体部13担负着保护内部电子电路基板9以及天线免受外部环境影响的任务，考虑无线通信中的电波透射性以及振动或应对踩踏的强度，由纤维强化树脂材料、即FRP(Fiber ReinforcedPlastics)等硬质材料构成。此外，以由橡胶状的基板密封树脂11覆盖整个面的方式密封电子电路基板9。另外，由于通过螺栓2将信标固定在安装台10，因此信标的下面不与路面或底座直接接触。安装台10与路面或者底座的固定方法有与路面或者底座直接螺栓紧固的方法、或在底座的情况下利用带子进行固定的方法等。

在下侧框体部13的内侧，在外周部和螺栓贯通部设置有内壁15，在制造信标时，首先，在与下侧框体部13的内侧底面之间保持间隙的状态下将电子电路基板9设置于下侧框体部13，之后直接注入处于流动状态的基板密封树脂11而成型，从而在与下侧框体部13紧密结合的状态下固定电子电路基板9，用基板密封树脂11覆盖电子电路基板9的整个面。此后，组装上侧框体部12和固定有电子电路基板9的下侧框体部13，通过螺栓2以及螺栓固定用的嵌入部14，固定信标和安装台10。能够构成在组装上侧框体部12和下侧框体部13时在上侧框体部12的内侧上面与基板密封树脂11之间具有空间的信标。

图4表示从上面侧观察信标的立体图。信标具有用于通过螺栓2固定信标和安装台10的两个贯通部。此外，在信标的侧面具有用于通过通信线连接信标和上位地上装置的连接器，在该连接器的两侧面具备突起部。车辆通过时，路面上的异物有可能会被轮胎等弹起，被弹起的异物有可能会冲撞信标，因此通过具有该突起部，能够防止异物冲撞信标与通信线的连接部分而导致损坏连接部分。

图5表示从下面侧观察信标的立体图。如图5所示，下侧框体部13设置有凹凸部16，通过该凹凸部增大框体的下侧面的表面积，提高信标下侧部分的散热效果。此外，下侧框体部13被配置成进入到上侧框体部12的侧面部的内侧。通过这种结构，雨水不易浸入信标的内部。此外，如果安装台10具有覆盖下侧框体部13的整个面的结构，则有可能会降低下侧框体部13的下侧面的散热性能，因此构成为安装台10覆盖下侧框体部13的一部分。

图6表示在图4记载的B-B′间切断了信标时的B-B′截面图。图6中，用斜线表示的部分表示被切断的面。如图6所示，在上侧框体部12与覆盖电子电路基板9的基板密封树脂11之间设置空间17。

该空间17、即空气层(也可为空气以外的其他气体层)直接起到绝热层的作用，能够有效地抑制因日照而处于高温的信标上面部向电子电路基板9的热传导。即使在该空间17中设置例如聚氨酯泡沫或玻璃绒等绝热材料也能起到绝热层的作用。此外，将该空间设为真空状态时，与空气层相比，能进一步提高绝热效果。另外，由于此时完全处于真空状态不太容易，因此通过气压比大气压低的状态的空气层或者封入其他气体，也能发挥比空气层更大的绝热效果。

采用这种结构，不仅能够在白天的日照引起的温度上升中保护电子电路基板9，而且还能在辐射冷却引起的夜间的温度下降中保护电子电路基板9。

另一方面，由于电子电路基板9隔着基板密封树脂11与下侧框体部13相接触，因此与信标下面侧的热传导比与信标上面侧的热传导大。在白天，信标的下面侧处于阴影状态，因此下面侧的表面温度不会如上面侧那样因直射光而导致表面温度上升。由于路面或者底座暴露于直接日照中，因此白天的温度上升较大，但由于安装台10的存在，路面或者底座不与信标下面直接接触，信标下面的大部分成为与大气相接触的结构，因此来自处于高温的路面或者底座的热传导的影响减小，信标下面侧的温度变化与周围的气温变化是相同程度。因此，优选将电子电路基板9搭载在信标1的更下侧。在此，安装台10在螺栓接合部分具备突起部19，在与信标进行固定时，通过该突起部19在信标下面与安装台10之间设置有空间。如上所述，通过在信标下面与安装台10之间设置空间，从而能确保来自信标下面的散热功能。

除了上述的日照引起的温度上升之外，还应考虑安装于电子电路基板的元件的发热。信标基本上仅在车辆通过时工作，因此产生稳定的元件发热的可能性小。但是，在车载天线位置与信标位置相一致的状态下车辆停止时，车载天线所引起的无线供电会持续，搭载于信标的元件的发热有可能会增大。假设如果采用与上述绝热层相同的材质来覆盖基板，则虽然可提高抑制日照引起的基板的温度上升的效果，但对于将元件发出的热量进行散热而言，却具有相反效果。因而，通过在基板密封树脂11中采用热传导率高(至少热传导率比绝热层高)的橡胶状聚亚安酯系浇注剂等，从而能够使热量有效地散发到元件外，能够抑制发热时的元件温度的上升。该热量最终需要从基板密封树脂11散发到信标外部，但由于信标上面侧如上述那样因日照而成为高温，因此优选从比较低温的框体下面侧实现散热。此外，通过基板密封树脂11，将电子电路基板9与下侧框体部13的内侧面之间紧密结合。如果采用本实施例的结构，则对于电子电路基板9而言，与信标上面相比更靠近下面，由于在电子电路基板9的下侧没有设置绝热层，因此能够从信标的下侧有效地进行散热。

考虑在电子电路基板9上安装的电子部件的高度、制造时的密封树脂的流动性、水分透过性与厚度之间的关系等，期望将基板密封树脂11的厚度设定为极薄。通过将密封树脂厚度设置得较薄，从而基板搭载位置靠近框体下面，下面的散热性能进一步得到提高。因此，即使在安装于电子电路基板9的电子部件发热的情况下，在本结构的信标1中，也能从处于低温的框体7的下面侧有效地散热。

此外，如果在天线的周围或者附近存在介电损耗高的材料，则功率损耗变大，无线通信性能降低，因此需要在设计时注意天线的安装结构，尤其在将天线安装到电子电路基板上且在基板密封树脂11中采用了介电损耗大的材料的情况下，由于天线与介电损耗大的材料紧密地结合，因此存在无线通信性能大大降低的可能性。因此，通过设置薄的密封树脂厚度，从而能良好地进行搭载于电子电路基板9的天线的无线通信。

此外，有时会在信标上面附着有沥青的粉末、铁粉或水滴等妨碍无线通信的碎片(debris)。根据情况，也有可能信标1被浸泡于水中。这种情况下，与将天线设置于信标框体的上面侧的情况相比，在本结构中能够增大搭载于电子电路基板9的天线与附着于信标上面的碎片之间的距离，因此能使电波的衰减量更小。

此外，由于将信标设置成比路面稍高，因此在车辆经过时，异物有可能被轮胎等弹起，被弹起的异物有可能与信标1的下面冲撞。即使在这种情况下，如果采用通过下侧框体部13覆盖信标的下侧的本结构，则由于框体下面侧被硬质材料覆盖，因此能够保护电子电路基板9免受异物冲撞。

此外，为了防止水分等浸入信标内部，优选上侧框体部12以及下侧框体部13的接合面端部18成为不会被雨滴直接淋湿的信标下面侧。即，优选下侧框体部13被配置成进入到上侧框体部12的侧面部的内侧。

此外，在下侧框体部13的信标下面侧，如图5所示，也可设置凹凸部16，增大表面积，提高信标下侧部分的散热效果。此外，由于无线通信天线更下侧的部分不会成为通信用电波的透射面，因此也可在下侧框体部13中采用热传导率更大的铝合金等金属材料。

上述的本实施例中的信标通过在框体上面部与被树脂密封的电子电路基板9之间设置的绝热层，能大幅减少从框体上面部向电子电路基板9的热传导。由此，即使在低纬度地区等中放置于高日照环境的情况下，也能大幅抑制电子电路基板的温度上升，能提高信标的耐性。

此外，在夜间，通过从框体向外部的热辐射，表面温度变得比气温低，但此时通过上述绝热层能大幅抑制从电子电路基板向框体上面的热传导，其结果，能够使电子电路基板被暴露的一整日的温度变动更小。由此，即使设置于温度环境严峻的环境中的情况下，能提高安装于电子电路基板上的电子部件、焊接部分的寿命，有助于信标的长期可靠性的提高。

另一方面，在从电子电路基板到框体下面侧的之间不设置上述绝热层，而反过来由热传导比绝热层还大的材料构成，从而能够将由电子电路部件产生的热量从未被日照直射的框体下面高效地散热。

此外，以向框体下面的热传导的提高为目的，在由热传导出色的树脂密封电子电路基板的情况下，采用使无线通信用天线的一部分或者全部从电子电路基板分离而未被树脂密封的结构，从而能够减少由基板密封树脂吸收的能量。

实施例2

在实施例1中，采用了在电子电路基板9上搭载无线通信用天线的图6的结构，但在实施例2中，采用将无线通信用天线作为分离天线20而从电子电路基板9分离的图7所示的结构。其他结构以及制造方法与实施例1相同。

在实施例1的结构中，在无线通信天线上也填充基板密封树脂11。由于在作为基板密封用途而使用的树脂材料中，存在介电损耗大的材料，因此在采用了介电损耗大的树脂的情况下，在实施例1的结构中无线功率损耗变大，无线通信的可靠性有可能会降低。

在这种情况下，如图7所示，优选将无线通信用天线作为分离天线20而从电子电路基板9分离的结构。作为分离天线20的设置位置，还考虑固定于上侧框体部12的方法，但本实施例的信标中，电子电路基板9设置于下侧框体部，因此电子电路基板9与分离天线20之间的布线、组装方法变得烦杂。因此，在下侧框体部13设置分离天线20并固定于内壁15的外侧或者上部的方法是最佳的。尤其是，如果采用后者、即固定于内壁15的上部的方法，则能使天线面与基板密封树脂11的高度错开，抑制无线功率损耗的效果大。

实施例3

在实施例1及2中，信标框体由上侧框体部12和下侧框体部13这两个部件构成，但在实施例3中，采用如图8所示那样仅设置上侧框体部12、没有下侧框体部13的结构。其他结构与实施例1相同。即，基板密封树脂11是构成信标下部的外面的结构。此外，在将用于与车载侧进行通信的天线配置于电子电路基板9内的情况下，为了提高通信性能，具有想要将电子电路基板配置于靠近信标的上面的位置处的技术要求，但如果考虑日照引起的来自信标上面的热量，则具有想要将电子电路基板9配置在远离了信标上面的位置处这样的相反的技术要求。因此，如本实施例那样，通过采用热传导率比覆盖电子电路基板9的上面的固体绝热材21还大的材料来构成基板密封树脂11，从而能够将配置于电子电路基板的下侧的材料设为热传导率比配置于电子电路基板上侧的材料还高的材料。通过本结构，能确保通信性能的同时，将从信标上面向电子电路基板传递的热量抑制到最小限度，同时能在电路发热时从信标下面侧有效地将其散热。

通过采用这种结构，与实施例1和2相比，能将电子电路基板9配置在更靠近信标下面的位置处，因此能有效地促进基于框体下面侧的散热。此外，能将框体部件的部件个数仅设为一个，这有助于产品的低成本化。进而，由于不存在如实施例1和2那样的上侧框体部12与下侧框体部13的框体部之间的接触部分，因此在确保电子电路基板9的水密性方面是有效的手段。此外，虽然图8中没有示出，但通过将基板密封树脂11的外面设为凹凸的形状，从而增大了框体的下侧面的表面积，能够提高基于信标下侧部分的散热效果。

但是，如果是实施例1或实施例2的结构，则在制造时，能在将电子电路基板9固定于下侧框体部13之后，对基板密封树脂11进行注型来密封电子电路基板9，而在没有下侧框体部的本实施例中，不能采用该制造方法。因此，为了实现本实施例的结构，优选如下的制造方法：首先在上侧框体部12预先填充聚氨酯泡沫等固体绝热材21来确保绝热层的厚度，之后在与固体绝热材21之间保持了间隙的状态下设置电子电路基板9，之后对基板密封树脂11进行注型。

本结构中，基板密封树脂11在信标下面侧露出，因此与实施例1相比，冷却性能高，但对物体冲撞的强度低，因此是一种适合于没有来自信标下面的物体冲撞的可能性的路面上设置的信标等的结构。

实施例4

如上所述，在实施例3中，基板密封树脂11在信标下面侧露出，在基板密封树脂11采用了软质材料的情况下，对于车辆行驶时异物被轮胎等弹起而发生冲撞的基板保护性能来说，比实施例1以及实施例2低。在实施例4中，为了对这种情况进行补偿，如图9所示，在基板密封树脂11的下面部分设置了由硬质材料构成的保护部22的结构。保护部22的形成方法可列举对环氧系树脂等硬质树脂进行注型的方法、对预先成型的FRP板或者金属板进行固定的方法等。

另外，其他结构与实施例1相同。

符号说明

1  信标

2  螺栓

3  路面

4  底座

5  覆盖基板的材料

6  日照

7  框体

8  热传导

9  电子电路基板

10 安装台

11 基板密封树脂

12 上侧框体部

13 下侧框体部

14 嵌入部

15 内壁

16 凹凸部

17 空间

18 接合面端部

19 突起部

20 分离天线

21 固体绝热材

22 保护部

23 车辆

24 车载侧天线

25 无线通信

Claims (15)

1.一种信标，被设置于地上，与安装于移动体的无线通信装置进行无线通信，该信标的特征在于，具有：

电子电路基板，由树脂材料覆盖该电子电路基板；

框体，覆盖上述电子电路基板的至少作为移动体侧的上侧，

在上述框体的上侧部分与上述电子电路基板之间具有第1材料或者空间，

比上述电子电路基板更靠下方的一侧由热传导率比上述第1材料或者上述空间的热传导率大的材料构成。

2.根据权利要求1所述的信标，其特征在于，

上述树脂材料是热传导率比上述第1材料或者上述空间的热传导率大的材料。

3.根据权利要求1或2所述的信标，其特征在于，

上述空间为空气层。

4.根据权利要求1或2所述的信标，其特征在于，

上述空间内是封入了气体的气体层，

上述气体层相对于信标的外部气体而言处于负压。

5.根据权利要求1或2所述的信标，其特征在于，

上述第1材料由发泡材料构成。

6.根据权利要求1或2所述的信标，其特征在于，

上述第1材料由纤维材料构成。

7.根据权利要求1所述的信标，其特征在于，

上述框体构成为覆盖信标的上面部、侧面部以及下面部，并且上述框体被分割为上面部和侧面部一体构成的部件和构成下面部的部件这两个部件。

8.根据权利要求1所述的信标，其特征在于，

上述电子电路基板隔着上述树脂材料而被固定于上述框体下面部的内侧。

9.根据权利要求1所述的信标，其特征在于，

上述框体构成为覆盖信标的上面部、侧面部以及下面部，

上述框体的下面部具有矩形沟状的凹凸。

10.根据权利要求1所述的信标，其特征在于，

上述电子电路基板具备电子部件以及无线通信用的天线。

11.根据权利要求1所述的信标，其特征在于，

上述信标具有与上述电子电路基板分开的无线通信用天线，上述天线没有被上述树脂材料覆盖。

12.根据权利要求11所述的信标，其特征在于，

上述框体构成为覆盖信标的上面部、侧面部以及下面部，并且上述框体被分割为上面部和侧面部一体构成的部件和构成下面部的部件这两个部件，

上述天线被设置于构成上述框体的下面部的部件。

13.根据权利要求11或12所述的信标，其特征在于，

将上述天线的高度设置成不同于上述电子电路基板的高度。

14.根据权利要求1所述的信标，其特征在于，

上述框体由下面部为开放结构的单一部件构成，

上述第1材料由固体材料构成，

覆盖上述电子电路基板的上述树脂材料与由上述固定材料构成的上述第1材料粘接。

15.根据权利要求14所述的信标，其特征在于，

上述信标的下面由在表面具有凹凸形状的上述树脂材料构成。