JP2010041625A

JP2010041625A - 車載用防水型アンテナ装置及びその防水モールディング方法

Info

Publication number: JP2010041625A
Application number: JP2008204797A
Authority: JP
Inventors: Takahisa Yamamoto; 貴久山本; Takanobu Tabata; 隆伸田端
Original assignee: Kojima Press Industry Co Ltd
Current assignee: Kojima Industries Corp
Priority date: 2008-08-07
Filing date: 2008-08-07
Publication date: 2010-02-18

Abstract

【課題】車載用防水型アンテナ装置の信頼性の向上を図る。
【解決手段】回路基板１５と、回路基板１５に接続されたアンテナエレメントと、回路基板１５に接続されたケーブルとを含む車載用防水型アンテナ装置１０であって、回路基板１５に取り付けられた電気部品の内、最も高さの高いコンデンサ１６ｂと略同等の厚さで、コンデンサ１６ｂの周囲の回路基板１５の上に密着して取り付けられ、その表面２６ａ，２６ｂが略平坦となる弾性体のバックアップ材２６と、バックアップ材２６の取り付けられた回路基板１５と、アンテナエレメントと、ケーブルと、を一体にモールドする樹脂２２とを有する。
【選択図】図３

Description

本発明は、車載用防水型アンテナ装置の構造及びその防水モールディング方法に関する。

車両にはラジオ、テレビ、ＧＰＳ等の多くの送受信装置が搭載されており、これらの送受信装置それぞれの周波数に応じたアンテナがエアスポイラや車両用バンパー等の樹脂製外装品の内部空間に設置されたり車両の外部空間に設置されたりすることがある。

このように、車室外にアンテナを設置する場合には、アンテナには防水性が求められることになる。特許文献１には、ＧＰＳ用のマイクロストリップアンテナにおいて、セラミック誘電体の両面に放射電極と接地電極とを配置し、接地電極部にアンプ基板を重ね合わせて平面アンテナを構成し、その平面アンテナ全体を樹脂の保護被膜で覆い、防水性、耐久性を持たせることが提案されている。

特開平９―１４８８３３号公報

ところで、テレビ、ラジオ等のアンテナエレメントを車両の外装品の内部に取り付ける場合、接続されるアンプは防水仕様となっていないので車室内に取り付けられている。このためアンテナエレメントとアンプとの間の同軸ケーブルによる雑音指数を悪化させないように、車室外のアンテナエレメントと車室内のアンプとの間の距離を所定の距離に制限していた。このため、各種のアンテナを最適の送受信ができる位置に配置することが難しく、送受信特性が低下するという問題があった。

一方、テレビ、ラジオなどのアンテナでは、バラン回路を介してアンテナエレメントと同軸ケーブルとを接続することが行われている。バラン回路は比較的小さな回路基板上に構成することができるので、アンテナエレメントと回路基板との接続部分と、回路基板と、同軸ケーブルの回路基板との接続部分とを樹脂によって一体にモールディングし、防水構造とすることが行われている。

そこで、このバランの回路基板の樹脂モールドと同様の方法でアンプの回路基板をアンテナエレメント、同軸ケーブルと一緒にモールドし、防水構造とすることが考えられるが、アンプの回路基板にはコンデンサなどの高さの高い電気部品が用いられることが多い。このため、モールドする樹脂の厚さは、一番高さの高い電気部品の高さに防水に必要な樹脂の厚さを加えたものとなる。ところが、樹脂は高温で金型に注入した後に常温まで冷却する際に硬化収縮することから、樹脂の厚さが必要以上に厚くなっている場合には、樹脂の硬化収縮によって回路基板上に取り付けられている電気部品に応力がかかり、電気部品或いは回路基板が損傷を受ける場合がある。また、樹脂の肉厚が厚いと、表面の樹脂がへこむヒケが発生し、見栄えが悪くなる他、モールドした樹脂の面が平面に仕上がらないことから、その表面に例えばシールテープなどを取り付けることが難しく、取り付けても剥がれやすくなるという問題があった。また、回路基板の上にモールディングされる誘電体である樹脂の厚さが厚くなると、樹脂の誘電率の影響によってアンプの特性が変化してしまうという問題があった。

本発明は、車載用防水型アンテナ装置の信頼性の向上を図ることを目的とする。

本発明の車載用防水型アンテナ装置は、回路基板と、回路基板に接続されたアンテナエレメントと、回路基板に接続されたケーブルとを含む車載用防水型アンテナ装置であって、回路基板に取り付けられた電気部品の内、最も高さの高い電気部品と略同等の厚さで、その電気部品の周囲の回路基板上に密着して取り付けられ、回路基板と反対側の表面が略平坦となる弾性体のバックアップ材と、バックアップ材の取り付けられた回路基板と、アンテナエレメントと、ケーブルと、を一体にモールドする樹脂と、を有することを特徴とする。

本発明の車載用防水型アンテナ装置において、バックアップ材の回路基板と反対側の表面には、回路基板に取り付けられた電気部品の高さの変化に応じて段差が設けられ、各段の表面は平坦であること、としても好適であるし、バックアップ材は樹脂よりも誘電率が低い多孔質材料であること、としても好適である。

本発明の車載用防水型アンテナ装置の防水モールディング方法は、アンテナエレメントとケーブルとが回路基板に接続された車載用防水型アンテナ装置の防水モールディング方法であって、回路基板に取り付けられた電気部品の内、最も高さの高い電気部品と略同等の厚さで、回路基板と反対側の表面が略平坦となる弾性体のバックアップ材をその電気部品の周囲の回路基板上に密着して取り付け、回路基板と、フレームと、アンテナエレメントと、ケーブルと、を一体に樹脂でモールドすること、を特徴とする。

本発明は、車載用防水型アンテナ装置の信頼性の向上を図ることができるという効果を奏する。

以下、本発明の好適な実施形態について図面を参照しながら説明する。図１に示すように、本実施形態の車載用防水型アンテナ装置１０は、表面が防水フィルム１２で覆われた金属薄板のアンテナエレメント１１と、アンテナエレメント１１で受信した受信信号を増幅する電気回路であるアンプが取り付けられる回路基板の外面と防水フィルム１２の一部と出力ケーブル１７外面の防水被覆１７ａと電力供給ケーブル１９外面の防水被覆１９ａとを一体にモールディングする樹脂２２と、樹脂２２の外面に貼り付けられた電磁波をシールドするシールドテープ２３と、出力ケーブル１７と電力供給ケーブル１９が接続されたコネクタ２５と、を備えている。出力ケーブル１７は同軸ケーブルであり、電力供給ケーブル１９はアンプに電力を供給するケーブルで例えば、ＡＶケーブルである。また、樹脂２２の厚さはＨ₂であるが、回路基板１５の一方の側にはコンデンサなどの高さの大きい電気部品が配置されているので、一方側の樹脂２２の厚さはＨ₂より大きいＨ₂´となっている。

図２は車載用防水型アンテナ装置１０の長手方向の断面を示し、図３は車載用防水型アンテナ装置１０の幅方向の断面を示している。図２、図３に示すように、金属製のフレーム３０には平板状の回路基板１５が隙間をあけて取り付けられ、回路基板１５の表面にはアンプを構成するＩＣ１６ａやコンデンサ１６ｂなどの電気部品が取り付けられている。回路基板１５に取り付けられた一番高さの高い電気部品であるコンデンサ１６ｂの周囲にはコンデンサ１６ｂと略同一の厚さのバックアップ材２６が取り付けられている。アンテナエレメント１１の一端１３はアンテナエレメント１１を両面から覆う防水フィルム１２から露出しており、一端１３は、回路基板１５の表面にはんだで接続されている。また、出力ケーブル１７と電力供給ケーブル１９はそれぞれ絶縁性の防水被覆１７ａ，１９ａがされており、各防水被覆１７ａ，１９ａから露出した導体である芯線１８，２０が回路基板１５の端子にはんだにて取り付けられている。出力ケーブル１７と電力供給ケーブル１９とは、回路基板１５に取り付けられている接続ケーブルである。フレーム３０は電磁波をシールドできるような金属製で、平板３１と、平板３１の表面に設けられ、回路基板１５が取り付けられる爪３４と、平板３１から回路基板１５の側面側に立ち上がっている側面突起３２ａ，３２ｂと、基板押さえ３５と、回路基板１５の端面側に立ち上がり出力ケーブル１７と電力供給ケーブル１９とをサポートする端面突起３３と、を備えている。

図２、図３に示すように、バックアップ材２６のコンデンサ１６ｂ側の高さはコンデンサ１６ｂの回路基板１５からの高さと略同様の高さで、コンデンサ１６ｂの部分には切り欠き２７が設けられている。バックアップ材２６は、両面テープによって回路基板１５の表面、及びＩＣ１６ａなどの高さの低い電気部品の上に密着する様に貼り付けられている。バックアップ材２６はスポンジなどの弾性部材であり、回路基板１５の上に取り付けられた各電気部品の高さの違いを弾性変形によって吸収することができる。このため、コンデンサ１６ｂの上端とバックアップ材２６の表面２６ａとは略同一の平坦な面となっている。また、コンデンサ１６ｂの取り付けられている側と反対側にはコンデンサ１６ｂよりも高さの低い電気部品が取り付けられているので、この電気部品の高さに応じてバックアップ材２６の高さはコンデンサ１６ｂの側よりも低くなるように幅方向の中間に段差２６ｃが設けられている。段差２６ｃによって低くなったコンデンサ１６ｂと反対側のバックアップ材２６も各電気部品の高さの違いを弾性変形によって吸収し、その表面２６ｂは略平坦となっている。

図３に示すように、コンデンサ１６ｂなどの高い電気部品が配置されている側の樹脂２２の高さは高さＨ₂´で、高さの低い電気部品の配置されている反対側の樹脂２２の高さは高さＨ₂´よりも薄い高さＨ₂である。また、フレーム３０の側面突起３２ａと端面突起３３の高さＨ₁と、側面突起３２ｂの高さＨ₁´は後で説明する様に、金型の内面高さと略同一高さで、モールドされる樹脂２２の各高さＨ₂，Ｈ₂´と略同一高さである。各突起３２ａ，３２ｂ，３３の各高さは、バックアップ材２６と金型の内面との間に樹脂２２が回りこめるだけの隙間を確保できる高さとなっている。

図２から図４に示すように、車載用防水型アンテナ装置１０は、回路基板１５と、回路基板１５の表面に密着して取り付けられたバックアップ材２６と、回路基板１５に接続されているアンテナエレメント１１の一端１３と、出力ケーブル１７と電力供給ケーブル１９の各芯線１８，２０とを内部に含むように樹脂２２がモールディングされている。樹脂２２はポリアミド系樹脂、ホットメルト或いはシリコン樹脂、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂などの防水性のあるものを用いる。また、フレーム３０と回路基板１５との隙間にも樹脂２２が充填される。バックアップ材２６は回路基板１５の表面に密着しているので、樹脂２２をモールドする際に回路基板１５とバックアップ材２６との間に樹脂２２が入り込まない。なお、回路基板１５とバックアップ材２６とは全面的に密着していなくてもよく、回路基板１５とバックアップ材２６との間に樹脂２２が回りこまないような０．５ｍｍ以下の隙間があってもよい。

モールディングされた樹脂２２は、回路基板１５の周囲を包む中央部２２ａと、アンテナエレメント１１の一端１３とアンテナエレメント１１の表面を両面から覆う防水フィルム１２の一部を覆うエレメント側部２２ｂと、出力ケーブル１７と電力供給ケーブル１９を覆う出力側部２２ｃとを備えている。中央部２２ａの外面には電磁波をシールするシールドテープ２３が貼り付けられている。

以上、説明した車載用防水型アンテナ装置１０の組立と防水モールドについて図４、図５を参照しながら詳細に説明する。

図４に示すように、アンテナエレメント１１と、出力ケーブル１７と、電力供給ケーブル１９とを回路基板１５に接続した後、回路基板１５をフレーム３０の爪３４に固定する。回路基板１５と平板３１との間の隙間が開くが、この隙間は図２に示す樹脂２２をモールディングする際に樹脂２２が平板３１と回路基板１５との間に入り込めるだけの隙間であればよく、例えば、０．５ｍｍ以上、より好ましくは、１〜２ｍｍ程度の隙間であれば良い。図４に示すように、バックアップ材２６の切り欠き２７をコンデンサ１６ｂの位置と出力ケーブル１７の接続位置とに合わせて回路基板１５の表面に密着させるよう両面テープで貼り付ける。バックアップ材２６はスポンジ等の弾性体であるので、回路基板１５の上に取り付けられた高さの低い電気部品の高さの違いをその弾性変形によって吸収するので、その表面２６ａ，２６ｂは平坦となっている。

図５に示すように、バックアップ材２６を回路基板１５の表面に貼り付けた後、回路基板１５が固定されたフレーム３０を防水モールド用の金型４０の中にセットする。金型４０は、フレーム３０をセットする下型４１と、樹脂２２の注入口を備える上型４２とから構成されている。下型４１の内面４３には、内面４３から飛び出したボス４５が設けられている。回路基板１５が固定されたフレーム３０の平板３１に開けられている孔３６の位置をボス４５の位置に合わせてフレーム３０を下型４１の内面にセットする。ボス４５は平板３１に設けられた孔３６に嵌まり込み、フレーム３０の下型４１の内面４３に沿った方向の位置を固定する。また、平板３１の回路基板１５が取り付けられている面と反対側の面は下型４１の内面４３に密着する。そして、回路基板１５に接続された出力ケーブル１７と電力供給ケーブル１９は、下型４１に設けられた切り欠きの上にセットさせる。また、アンテナエレメント１１と防水フィルムは上型と下型の型割り線の上にある面にセットされる。

下型４１へのフレーム３０のセットが終了したら、上型４２を下型４１に合わせて被せる。上型４２は図１に示した樹脂２２のように、一方側が高くなるように樹脂２２をモールドできるよう、図５の紙面奥側の金型４０の内面４３，４４間の高さはＨ₂´で手前側の高さはＨ₂となっている。各型内面４３，４４の間の手前側の高さＨ₂は、側面突起３２ａと端面突起３３との平板３１からの高さＨ₁と略同一であり、各型内面４３，４４の間の奥側の高さＨ₂’は、側面突起３２ｂの平板３１からの高さＨ₁´と略同一である。従って、上型４２を下型４１に合わせると、側面突起３２ａ，３２ｂと端面突起３３の先端は上型４２の内面４４にそれぞれ接する。側面突起３２ａ，３２ｂと端面突起３３が取り付けられている平板３１は下型４１の内面４３に密着していることから、側面突起３２ａ，３２ｂと端面突起３３と平板３１は、上型４２の内面４４と下型４１の内面４３との間に挟みこまれて、その上下方向の位置が固定される。また、出力ケーブル１７と電力供給ケーブル１９は、上型４２に設けられた切り欠きと下型４１に設けられた切り欠きとの間に挟み込まれ、アンテナエレメント１１と防水フィルムは上型と下型の型割り線の上にある面に挟みこまれる。金型４０の中にフレーム３０がセットされると、バックアップ材２６の表面２６ａ，２６ｂと上型４２の内面４４との間には、樹脂２２が回りこんで防水性のモールドを形成することができるだけの隙間が開いている。このバックアップ材２６の表面２６ａ，２６ｂと上型４２の内面４４との隙間は０．５ｍｍ以上あればよいが、好ましくは１から２ｍｍ程度あればよい。バックアップ材２６の表面２６ａとコンデンサ１６ｂの上端とは略同一面となっており、またバックアップ材２６の表面２６ａ，２６ｂは略平坦となっていることから、上型４２の内面とバックアップ材２６の表面２６ａ，２６ｂ、コンデンサ１６ｂ上端の隙間は略一定となり、その部分に注入する樹脂２２の厚さが略一定となる。

このように、上型４２のセットが完了したら、上型４２の樹脂注入口４６からモールディング用の樹脂２２を金型４０の内部に注入する。この際、フレーム３０は孔３６に嵌まり込んだボス４５によって下型４１の内面４３に沿った方向に固定され、側面突起３２ａ，３２ｂ、端面突起３３によって金型４０の中での上下方向の位置が固定されているので、フレーム３０は回路基板１５を金型４０の内部の所定の位置に浮かして固定することができる。従って、金型の内面４３，４４と回路基板１５との間の距離を所定の距離に保持することができ、回路基板１５の周囲に樹脂を所定の厚さ、形状にモールディングすることができる。また、回路基板１５とフレーム３０の平板３１との間には樹脂２２が回りこめるような隙間が開いているので、回路基板１５は表、裏とも樹脂２２によってモールドすることができる。モールドの際には、アンテナエレメント１１の回路基板１５への接続部である一端１３及び、出力ケーブル１７と電力供給ケーブル１９の各防水被覆１７ａ，１９ａとが一体に樹脂２２でモールドされるので防水性を保つことができる。

バックアップ材２６は回路基板１５の表面に密着しているので、バックアップ材２６と回路基板１５との間には樹脂２２は回りこまず、回路基板１５の上型４２側の樹脂２２の厚さはバックアップ材２６の表面２６ａ，２６ｂと上型４２の内面４４との隙間の寸法の、例えば、０．５から１ｍｍ程度の厚さとなる。また、バックアップ材２６の表面２６ａ，２６ｂとコンデンサ１６ｂの上端とが略同一の平坦面となっているため、この部分にモールドされた樹脂２２の厚さは薄く、略一定の厚さとなり、樹脂２２の硬化収縮が低減されることから、モールドされた樹脂２２の表面にヒケが発生することを抑制することができるとともに、回路基板１５に取り付けられているＩＣ１６ａやコンデンサ１６ｂの損傷を抑制することができるという効果を奏する。また、ＩＣ１６ａやコンデンサ１６ｂは弾性体であるバックアップ材２６を介して樹脂２２によってモールドされるため、直接樹脂２２の硬化収縮による応力を受けず、樹脂２２の硬化収縮の際にＩＣ１６ａやコンデンサ１６ｂに掛かる力が更に低減され、より、損傷を受けにくくなるという効果を奏する。

樹脂２２の注入が終了したら、上型４２と下型４１を分離し、樹脂２２でモールドされた車載用防水型アンテナ装置１０を金型４０から取り出す。この際、下型４１の内面４３にはフレーム３０の平板３１が密着しており、この間には樹脂２２が回りこんでいないので、樹脂２２でモールドされた回路基板１５はフレーム３０と共に容易に下型４１から離型することができる。

図６に示すように、回路基板１５を離型すると、金型４０に注入された樹脂２２は上型４２と下型４１とによって回路基板１５の周囲を包む中央部２２ａと、アンテナエレメント１１の一端１３とアンテナエレメント１１の表面を両面から覆う防水フィルム１２の一部を覆うエレメント側部２２ｂと、出力ケーブル１７と電力供給ケーブル１９を覆う出力側部２２ｃとを備える形状にモールドされ、バックアップ材２６は樹脂２２の中に一体にモールドされている。また、出力ケーブル１７のある側の樹脂２２の高さは高さＨ₂にモールドされ、コンデンサ１６ｂのある側の樹脂２２の高さはＨ₂´にモールドされている。

図７に示すように、防水モールドが終了したら、離型した樹脂２２の中央部２２ａの外面に電磁波をシールドすることができるシールドテープ２３を巻きつけ、貼り付け固定する。下型４１の内面４３とフレーム３０の平板３１との間には樹脂２２が回りこんでいないので、図２に示すように、金属製の平板３１の回路基板１５と反対側の面はモールドされた樹脂２２から露出している。この露出した金属面にシールドテープ２３を巻きつけてシールドテープ２３と平板３１とを導通させる。

以上説明したように、本実施形態の車載用防水型アンテナ装置１０は、回路基板１５の表面にスポンジなどの多孔質材料のバックアップ材２６を密着させてから樹脂２２をモールドするので、モールドされる樹脂２２の厚さを薄くでき、モールドされた樹脂２２の表面のヒケを抑制すると共に、回路基板１５に取り付けられている電気部品の掛かる応力を低減することができるので、車載用防水型アンテナ装置１０の信頼性を向上させることができるという効果を奏する。また、樹脂２２が軽量のバックアップ材２６に置き換えられるので車載用防水型アンテナ装置１０を軽量化することができるという効果を奏する。

また、回路基板１５に弾性体であるバックアップ材２６を介して樹脂２２がモールドされているので、バックアップ材２６が樹脂２２の硬化収縮による応力を緩和し、更に回路基板１５に取り付けられた電気部品に掛かる応力を低減することができるという効果を奏する。

更に、回路基板１５の表面には誘電率が樹脂２２よりも低い多孔質のバックアップ材２６が密着するので、樹脂２２の誘電率による回路基板の抵抗値の変化が少なく、樹脂２２によってモールドした場合でも回路基板１５の特性が変化しないので、車載用防水型アンテナ装置１０は安定した特性を備えることができるという効果を奏する。

以上説明した本実施形態では、バックアップ材２６の例としてスポンジを挙げて説明したが、スポンジに限らず、弾性体であれば、例えば、発泡スチロールなどの発泡材としてもよいし、ゴムなどの材料によって構成してもよい。また、本実施形態ではバックアップ材を両面テープによって貼り付けることとして説明したが、バックアップ材の位置が固定されていれば両面テープによって貼り付けなくてもよく、例えば、回路基板１５に設けられた孔に差し込まれたり挟み込まれたりしていてもよい。また、本実施形態では回路基板１５の電気部品が取り付けられている側の面にバックアップ材２６を取り付けることとして説明したが、回路基板１５の両面にバックアップ材２６を取り付けてもよい。この場合には、より軽量化を図ることが出来るという効果を奏する。更に、シールドテープ２３はテープを巻きつけることによらず、シールドケースなどに回路基板１５を収容するよう構成してもよい。

本発明の実施形態における車載用防水型アンテナ装置を示す斜視図である。本発明の実施形態における車載用防水型アンテナ装置の長手方向の断面図である。本発明の実施形態における車載用防水型アンテナ装置の幅方向の断面図である。本発明の実施形態における車載用防水型アンテナ装置の回路基板にバックアップ材が取り付けられ、樹脂がモールドされる前の状態を示す斜視図である。本発明の実施形態における車載用防水型アンテナ装置の金型に回路基板をセットした状態を示す説明図である。本発明の実施形態における車載用防水型アンテナ装置の樹脂がモールドされた後の状態を示す斜視図である。本発明の実施形態における車載用防水型アンテナ装置のシールドテープが貼り付けられた状態を示す斜視図である。

符号の説明

１０車載用防水型アンテナ装置、１１アンテナエレメント、１２防水フィルム、１３一端、１５回路基板、１６ａＩＣ、１６ｂコンデンサ、１７ａ，１９ａ防水被覆、１７出力ケーブル、１８，２０芯線、１９電力供給ケーブル、２２樹脂、２２ａ中央部、２２ｂエレメント側部、２２ｃ出力側部、２３シールドテープ、２５コネクタ、２６バックアップ材、２６ａ，２６ｂ表面、２６ｃ段差、２７切り欠き、３０フレーム、３１平板、３２ａ，３２ｂ側面突起、３３端面突起、３４爪、３５基板押さえ、３６孔、４０金型、４１下型、４２上型、４３，４４内面、４５ボス、４６樹脂注入口。

Claims

回路基板と、回路基板に接続されたアンテナエレメントと、回路基板に接続されたケーブルとを含む車載用防水型アンテナ装置であって、
回路基板に取り付けられた電気部品の内、最も高さの高い電気部品と略同等の厚さで、その電気部品の周囲の回路基板上に密着して取り付けられ、回路基板と反対側の表面が略平坦となる弾性体のバックアップ材と、
バックアップ材の取り付けられた回路基板と、アンテナエレメントと、ケーブルと、を一体にモールドする樹脂と、
を有することを特徴とする車載用防水型アンテナ装置。
請求項１に記載の車載用防水型アンテナ装置であって、
バックアップ材の回路基板と反対側の表面には、回路基板に取り付けられた電気部品の高さの変化に応じて段差が設けられ、各段の表面は平坦であること、
を特徴とする車載用防水型アンテナ装置。
請求項１または２に記載の車載用防水型アンテナ装置であって、
バックアップ材は樹脂よりも誘電率が低い多孔質材料であること、
を特徴とする車載用防水型アンテナ装置。
アンテナエレメントとケーブルとが回路基板に接続された車載用防水型アンテナ装置の防水モールディング方法であって、
回路基板に取り付けられた電気部品の内、最も高さの高い電気部品と略同等の厚さで、回路基板と反対側の表面が略平坦となる弾性体のバックアップ材をその電気部品の周囲の回路基板上に密着して取り付け、
回路基板と、フレームと、アンテナエレメントと、ケーブルと、を一体に樹脂でモールドすること、
を特徴とする車載用防水型アンテナ装置の防水モールディング方法。