JP2010050886A - 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 - Google Patents

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 Download PDF

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Abstract

【課題】車載用防水型アンテナ装置の防水性を向上させる。
【解決手段】金型40内にセットされ、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11と、回路基板15に接続されたケーブル17,19と共に樹脂22がモールドされるフレーム30を含む車載用防水型アンテナ装置10であって、フレーム30は、金属製の平板31と、平板31の一方の面に設けられ、平板31との間に隙間をあけて回路基板15を固定する爪34と、平板31に取り付けられ、金型40の内面42,44に接して金型40内でその位置を規定する突起32a,32b,33と、を有する。
【選択図】図5

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。バランの回路基板は小さいので、樹脂モールドの際、回路基板の接続されている同軸ケーブルを樹脂注入の金型に固定して回路基板を金型の中に浮かして保持し、金型に樹脂を注入してモールディングを行っている。
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、アンプ基板はバランの基板よりも大きいため、同軸ケーブルによって回路基板を金型の中に浮かして固定しようとすると、その接合部に大きな力がかかってしまい接続部分が損傷する場合があるという問題があった。また、同軸ケーブルは剛性が低く金型の所定の位置に回路基板を固定することができないので、所定の厚さ、形状に樹脂をモールドすることが難しく、モールドされた樹脂の厚さの薄くなった部分で防水性が低下してしまう場合がある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防水性を向上させ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、金型内にセットされ、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共に樹脂がモールドされるフレームを含む車載用防水型アンテナ装置であって、フレームは、金属製の平板と、平板の一方の面に設けられ、平板との間に隙間をあけて回路基板を固定するスペーサと、平板に取り付けられ、金型の内面に接して金型内でその位置を規定する位置決め部材と、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、位置決め部材は、平板の周縁に設けられ、平板の周縁から回路基板の方向に向かって延び、その高さは金型内面の高さと略同一の突起であり、スペーサの高さは突起の高さよりも低いこと、としても好適であるし、平板の他方の面はモールドされた樹脂から露出し、平板の他方の面を含むモールドされた樹脂の表面を覆う電磁シール部材を備えていること、としても好適である。
本発明の車載用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アンテナ装置の防水モールディング方法であって、金型の内面に接し、金型内でその位置を規定する位置決め部材を備えるフレームの一方の面に隙間をあけて回路基板を取り付け、回路基板が取り付けられたフレームを金型の中にセットして金型内に回路基板を浮かして固定し、樹脂を金型内に注入し、回路基板と、フレームと、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、を一体にモールドすること、を特徴とする。
本発明は、車載用防水型アンテナ装置の防水性を向上させ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の外面の防水被覆17aと電力供給ケーブル19の外面の防水被覆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子素子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の断面を示し、図3は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とが接続された回路基板15がフレーム30に取り付けられ、樹脂22がモールドされる前の状態を示している。図2及び図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ICやコンデンサ16bなどの素子16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が取り付けられるスペーサである爪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。ここで、側面突起32a,32bと端面突起33とは位置決め部材を構成し、側面突起32aと端面突起33の高さはH1であり、コンデンサ16bなどの高い電子素子が配置されている側の側面突起32bの高さはH1´である。
図2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。
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電磁シール部材であるシールドテープ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、金属製のフレーム30は、金属の薄板をプレス成形などにより、平板31の周囲に側面突起32a,32bと、端面突起33と基板押さえ35となる部分を展開したような形状に打ち抜き、その後、側面突起32a,32b,端面突起33と、基板押さえ35となる部分を平板31に対して直角になるように折り曲げて側面突起32a,32b、端面突起33、基板押さえ35を形成する。また、平板31の一部を切り欠いて舌状の部分を形成し、この舌状の部分を平板31に対して直角に折り曲げて爪34を形成する。図4に示すように、爪34は、先端の肩34bから細く突き出した突き出し部34aを有している。平板31の中央部には、2箇所に円形の孔36が開けられている。側面突起32aと端面突起33との平板31からの高さはともにH1であり、側面突起32bの高さはH1´であり、基板押さえ35の高さはH1よりも低く爪34の肩34bの高さよりも高くなっている。
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に設けられた孔14を爪34の突き出し部34aに通す。爪34の突き出し部34aは回路基板15を貫通してその一部は回路基板15の表面に突出し、回路基板15は爪34の肩34bによって支持される。突出した先端をはんだ37などによって回路基板15と接合し、回路基板15をフレーム30に固定する。回路基板15とフレーム30の平板31との間は、爪34の肩34bまでの高さだけ隙間が開いている。この隙間の大きさは、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5に示すように、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41,43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に設けられた切欠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。
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。このため、樹脂22の厚さが所定の厚さよりも薄くなって防水性が低下することを抑制し、防水性を向上させることができるという効果を奏する。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。フレーム30の平板31は下型41の内面43に密着しているので、平板31と内面43との間には樹脂22は回りこまない。
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と共に容易に下型から離型することができる。このため、離型の際の力によってモールドされた樹脂22、回路基板15、フレーム30が変形して損傷を受けることを防止することができるという効果を奏する。
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ている。また、同軸ケーブル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2に示すように、フレーム30の孔36にはボス45が嵌まり込んでいるので、離型すると、ボス45の嵌まり込んでいた部分の樹脂22には窪み38が形成される。窪み38の深さは回路基板15まで達していないので防水性を低下させることは無い。また、窪み38の深さが回路基板15に達していても、窪み38の部分に素子が取り付けられていなければモールドの際に樹脂22と回路基板15の表面の防水性のあるシートが一体となるので、防水性は確保される。
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を巻きつけることによって、シールドテープ23と平板31とを導通させ、回路基板15の周囲のシール性を向上させることができるという効果を奏する。
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、樹脂22をモールドする際に金型40の所定の位置に回路基板15を固定することができるので、所定の厚さ、形状に樹脂22をモールディングすることができ、樹脂22の厚さが所定の厚さよりも薄くなってしまうことを抑制し、防水性を向上させることができるという効果を奏する。また、本実施形態の車載用防水型アンテナ装置10は、平板31の一方の面に樹脂22が回らないようにして樹脂22をモールドするので、金属製の平板の一方の面が樹脂22から露出し、離型性が向上すると共に、金属性の平板に導通させる様にシールドテープ23を取り付けることができるので、電磁シール性を向上させ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、回路基板15に設けた孔14をフレーム30に設けた爪34の突き出し部34aにはめ込み、突き出し部34aと回路基板15とをはんだ37によって固定し、回路基板15と平板31との間に樹脂22がまわり込めるような隙間を設けることとして説明したが、回路基板15が平板31の上に所定の隙間をあけて固定されれば、爪34とはんだ37によって固定しなくとも、例えば、平板等を介して接着剤によって回路基板15を平板31に固定しても良い。また、フレーム30に設けた孔36と下型41の内面43に設けたボス45とをはめ合わせてフレーム30の内面43に沿った方向に固定することとして説明したが、フレーム30が内面43の方向に沿った方向に固定されれば、ボス45と孔36とをはめ合わせることに限らず、例えば、平板31から平板31の面に沿った方向に延び、下型41の内面43に当接するような張り出しを設けてフレーム30の位置が固定されるようにしても良い。また、各突起32a,32b,33はそれぞれ回路基板15の各側面と端面に沿うように設けることとして説明したが、各突起の平板31からの高さがその突起の対応する部分の金型40の内面の高さと略等しい高さであれば、回路基板15の周囲ではなく、回路基板15を貫通するように設けてもよいし、突起の形状も板状であってもよいし、棒状であってもよい。また、その個数はいくつとしてもよい。また、本実施形態では、樹脂22の表面に電磁シール部材としてシールドテープを巻きつけて電磁シールをすることとして説明したが、電磁シールができればシーテープに限らず、例えば、1つの面が開放されている箱型金属製のシールドケースあるいは溝型に折り曲げられた金属製のカバーを樹脂22の上面から被せ、一端をフレーム30の平板31と電気的に接続するように構成してもよい。
本発明の他の実施形態について図8を参照しながら説明する。図1から図7を参照して説明した部分については同様の符号を付して説明は省略する。
図8に示すように、本実施形態は、先に説明した実施形態の側面突起32a,32bと端面突起33に代わって、フレーム30の平板の両端に回路基板15の方向に向かって立ち上った端板39と、端板39に取り付けられる位置決め部材である上フレーム50とを備えている。上フレーム50は樹脂の注入孔54を有する上板51と上板51の両端を折り曲げて形成されたリブ52とを備えている。リブ52はピン53によってフレーム30の端板39に取り付けられている。上フレーム50はフレーム30の端板39に取り付けられると、フレーム30の平板31の下面から上板51の上面までの高さが金型の各部の高さH2,H2’となるように構成されている。
フレーム30の平板31の回路基板15が取り付けられている面と反対側の面が下型41の内面43に密着するようにフレーム30を下型41にセットし、その上に上型42を被せると、フレーム30の平板31の下面から上板51の上面までの高さが金型の各部の高さH2,H2’となるように構成されていることから、上フレーム50の上板51とフレーム30の平板31とは上型42の内面44と下型41の内面43との間に挟みこまれ、上フレーム50の上板51は上型42の内面44に密着し、フレーム30の上下方向の位置が固定される。
本実施形態は先に説明した実施形態と同様の効果を奏する他、上板51の面が上型42の内面44に密着することから上型42の離型性が向上するとともに、離型した後、上板51の回路基板15と反対側の面は、樹脂22の表面から露出するという効果を奏する。
本実施形態では、位置決め部材は、上板51を含む上フレーム50として説明したが、フレーム30の端板39に取り付けられる位置決め部材は、端板39に取り付けた際に
フレーム30の平板31の下面から先端までの高さが金型の各部の高さH2,H2’となるように構成された板或いは棒のようなものでもよい。位置決め部材の取付はピン53でなくともよく、例えば、切り欠きを係合させるような物でも良い。
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を示す断面図である。 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アンテナエレメントと出力ケーブルとが取り付けられ、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フレームに回路基板を組み込む工程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。 本発明の他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。
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、14 孔、15 回路基板、16 素子、16b コンデンサ、17 出力ケーブル、17a,19a 防水被覆、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、30 フレーム、31 平板、32a,32b 側面突起、33 端面突起、34 爪、34a 突き出し部、34b 肩、35 基板押さえ、36 孔、37 はんだ、38 窪み、39 端板、40 金型、41 下型、42 上型、43,44 内面、45 ボス、46 樹脂注入口、50 上フレーム、51 上板、52 リブ、53 ピン、54 注入孔。

Claims (4)

  1. 金型内にセットされ、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共に樹脂がモールドされるフレームを含む車載用防水型アンテナ装置であって、
    フレームは、金属製の平板と、平板の一方の面に設けられ、平板との間に隙間をあけて回路基板を固定するスペーサと、平板に取り付けられ、金型の内面に接して金型内でその位置を規定する位置決め部材と、を有すること、
    を特徴とする車載用防水型アンテナ装置。
  2. 請求項1に記載の車載用防水型アンテナ装置であって、
    位置決め部材は、平板の周縁に設けられ、平板の周縁から回路基板の方向に向かって延び、その高さは金型内面の高さと略同一の突起であり、
    スペーサの高さは突起の高さよりも低いこと、
    を特徴とする車載用防水型アンテナ装置。
  3. 請求項2に記載の車載用防水型アンテナ装置であって、
    平板の他方の面はモールドされた樹脂から露出し、平板の他方の面を含むモールドされた樹脂の表面を覆う電磁シール部材を備えていること、
    を特徴とする車載用防水型アンテナ装置。
  4. 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、
    金型の内面に接し、金型内でその位置を規定する位置決め部材を備えるフレームの一方の面に隙間をあけて回路基板を取り付け、
    回路基板が取り付けられたフレームを金型の中にセットして金型内に回路基板を浮かして固定し、
    樹脂を金型内に注入し、回路基板と、フレームと、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、を一体にモールドすること、
    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。
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