JP2012105042A - 耐圧防爆用アンテナおよび耐圧防爆用アンテナの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造が容易なうえ低価格でかつ軽量に形成され、しかもアンテナの中心周波数が変化し難いアンテナカバーを有する耐圧防爆用アンテナを提供する。
【解決手段】圧力発信器の外端部（支持部材５）に設けられるアンテナ本体１１と、前記アンテナ本体１１を覆うアンテナカバー１２とを備える。前記アンテナカバー１２は、ポリカーボネイトによって耐圧防爆構造の強度条件を充足するとともに電波が透過するように形成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は、アンテナ本体を覆うアンテナカバーを備えた耐圧防爆用アンテナおよび耐圧防爆用アンテナの製造方法に関するものである。

従来、爆発性雰囲気となるような危険場所で使用する無線通信機器は、アンテナを含めて防爆構造を採る必要がある。従来のこの種の防爆無線アンテナとしては、たとえば特許文献１や特許文献２に記載されているものがある。特許文献１に開示されたアンテナは、防爆型機器本体に接続された線状のアンテナ本体と、このアンテナ本体を覆うアンテナカバーとを備えている。

前記アンテナカバーは、ナイロン６６ガラス繊維入り材ナイロンによって中空部を有する円柱状に形成されている。このアンテナカバーの中空部は、アンテナ本体を収容できる大きさに形成され、アンテナカバーの一端部に開口している。
特許文献２に開示されたアンテナは、耐熱強化ガラスによって形成されたアンテナカバーの中にアンテナ本体を収納した構造のものである。

特開２００８−７８８３５号公報 特開２００６−１９７４０２号公報

特許文献１に開示されたアンテナカバーは、後述する二つの理由によって製造コストを低くするにも限界があった。第１の理由は、ガラス繊維が混入した高価な材料で形成されているために材料費が嵩むからである。第２の理由は、ガラス繊維が金型や成型機などを摩耗させるために製造設備の費用が高くなるからである。

特許文献２に開示された耐熱強化ガラス製のアンテナカバーは、高価であるばかりか、重量も重くなるという問題がある。また、ガラスは、プラスチックに較べると誘電率が大きいから、ガラス製のアンテナカバーは、いわゆる波長短縮効果が生じ、アンテナの中心周波数が変化するという問題もある。さらに、ガラスに衝撃強度を持たせるためには、風冷または化学強化処理が必要であり、製造し難いという問題も有している。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、製造が容易なうえ低価格でかつ軽量に形成され、しかもアンテナの中心周波数が変化し難いアンテナカバーを有する耐圧防爆用アンテナおよびこの耐圧防爆用アンテナの製造方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係る耐圧防爆用アンテナは、耐圧防爆型通信機器の外端部に設けられるアンテナ本体と、前記アンテナ本体を覆うアンテナカバーとを備え、前記アンテナカバーは、ポリカーボネイトによって耐圧防爆構造の強度条件を充足するとともに電波が透過するように形成されているものである。

本発明は、前記発明において、前記ポリカーボネイトは、前記耐圧防爆型通信機器を使用する環境の温度に適合した相対温度指数のものであることを特徴とするものである。
本発明は、前記発明において、前記アンテナカバーは、前記アンテナ本体を挿入可能な中空部を有する有底筒状に形成されるとともに、前記中空部の開口部分に形成された雌ねじに前記アンテナ本体が螺着することによって前記アンテナ本体に取付けられているものである。

本発明は、前記発明において、前記アンテナ本体には、前記耐圧防爆型通信機器に取付けられる取付部が設けられているものである。
本発明に係る耐圧防爆用アンテナの製造方法は、溶融されたポリカーボネイトをアンテナカバー成形用の金型に注入して有底筒状のアンテナカバーを成形するステップと、前記アンテナカバーを前記金型から取出すステップと、前記アンテナカバーの内部にアンテナ本体を挿入し、アンテナカバーとアンテナ本体とを結合させるステップとを有する方法である。

ポリカーボネイトは、強化用繊維を混入させなくてもガラス繊維入りナイロンと同等の強度を有し、かつガラスより比重が軽いものである。また、ポリカーボネイトは、上記二つの材料と較べて安価で、ガラスと較べると誘電率が小さいものである。
したがって、本発明によれば、製造が容易なうえ低価格でかつ軽量に形成され、しかもアンテナの中心周波数が変化し難いアンテナカバーを有する耐圧防爆用アンテナを提供することができる。

本発明に係る耐圧防爆用アンテナを備えた圧力発信器を示す図で、同図（Ａ)は正面図、同図（Ｂ）は側面図である。 要部を拡大して示す断面図である。 アンテナカバーを成形する工程を説明するための成型機の断面図である。 アンテナの製造方法を説明するためのフローチャートである。

以下、本発明に係る耐圧防爆用アンテナおよび耐圧防爆用アンテナの製造方法の一実施の形態を図１〜図４によって詳細に説明する。この実施の形態においては、本発明でいう耐圧防爆型通信機器として無線式圧力発信器を用いる場合について説明する。

図１に示す耐圧防爆型圧力発信器１は、図示していない被検出用流体通路が接続される検出部２と、この検出部２に取付けられた通信部３とを備え、内蔵したバッテリー（図示せず）を電源として動作するものである。通信部３の外端部には、本発明に係る耐圧防爆用アンテナ４が取付けられている。通信部３は、無線通信によって検出データを送信したり、動作制御用の信号を受信するように構成されている。

この圧力発信器１は、耐圧防爆構造の強度条件を充足するように形成されている。ここでいう耐圧防爆構造とは、圧力発信器１内で爆発が起きた際にその火災を外部に出さない防爆構造をいう。すなわち、この圧力発信器１は、機器内部での爆発衝撃で破損しない機械的強度を有するように形成されている。

前記耐圧防爆用アンテナ４は、図２に示すように、前記通信部３の外端部を構成する支持部材５に突出するように取付けられている。詳述すると、このアンテナ４は、前記支持部材５の先端部に取付けられたアンテナ本体１１と、このアンテナ本体１１を覆うアンテナカバー１２とによって構成されている。
前記アンテナ本体１１は、前記支持部材５に取付けられたホルダー１３と、このホルダー１３に取付けられたアンテナ素子１４とによって構成されている。

前記ホルダー１３は、前記支持部材５に重ねられるフランジ部１３ａと、このフランジ部１３ａから支持部材５側に延びる第１の筒状部１３ｂと、前記フランジ部１３ａから支持部材５とは反対方向に延びる第２の筒状部１３ｃとによって構成されている。
前記フランジ部１３ａは、円環状に形成されている。このフランジ部１３ａの軸心部には、第１の筒状部１３ｂの中空部分と第２の筒状部１３ｃの中空部分とを連通する貫通孔１５が穿設されている。

前記第１、第２の筒状部１３ｂ，１３ｃの外周部には、それぞれ雄ねじ１６，１７が形成されている。第１の筒状部１３ｂの雄ねじ１６は、支持部材５に形成されたねじ孔１８に螺着している。この実施の形態においては、前記第１の筒状部１３ｂの雄ねじ１６によって、請求項４記載の発明でいう「取付部」が構成されている。

前記第２の筒状部１３ｃの雄ねじ１７は、後述するアンテナカバー１２を取付けるためのものである。第２の筒状部１３ｃの内周部には、アンテナ素子１４を取付けるためのねじ孔１９が形成されている。
アンテナ素子１４は、モノポールアンテナを構成するもので、前記第２の筒状部１３ｃのねじ孔１９に螺着されて前記ホルダー１３に支持されている。このアンテナ素子１４に接続されたリード線２０は、ホルダー１３の中空部２１と支持部材５内とを通して前記通信部３に導かれている。

前記アンテナカバー１２は、耐圧防爆構造の強度条件を充足するとともに電波が透過するように、ポリカーボネイトによって所定の形状に形成されている。このアンテナカバー１２の形状は、前記アンテナ本体１１を挿入可能な中空部２２を有する有底円筒状である。このアンテナカバー１２における前記中空部２２の開口する端面は、平坦面に形成されている。前記中空部２２の開口部分には、前記第２の筒状部１３ｃの雄ねじ１７が螺合する雌ねじ２３が形成されている。この雌ねじ２３は、アンテナカバー１２が成形された後に機械加工によって形成されている。

すなわち、このアンテナカバー１２は、前記雌ねじ２３に前記アンテナ本体１１の雄ねじ１７を螺着させることによって、前記アンテナ本体１１に取付けられている。なお、アンテナカバー１２をアンテナ本体１１に取付けるにあたっては、上述したようなねじ式の取付構造に限定されることはない。アンテナカバー１２は、たとえば接着剤（図示せず）を用いてアンテナ本体１１に固定することができる。この場合は、アンテナカバー１２をアンテナ本体１１の第２の筒状部１３ｃに嵌合するように形成し、この嵌合部分と、アンテナカバー１２の端面とフランジ部１３ａとの間とを接着剤で接着することができる。
アンテナカバー１２がアンテナ本体１１に取付けられた状態においては、アンテナカバー１２の前記端面がアンテナ本体１１のフランジ部１３ａに直接または接着剤を介して密着し、アンテナ本体１１のアンテナ素子１４と第２の筒状部１３ｃとがアンテナカバー１２の中空部２２内に収容される。

アンテナ素子１４の線状部１４ａを収容するアンテナカバー１２の先端部１２ａは、先端に向かうにしたがって漸次外径が細くなるように形成されている。
言い換えれば、前記先端部１２ａは、アンテナ本体１１に取付けられる基部１２ｂと較べて厚みが薄く形成されている。これは、アンテナカバー１２の上端付近に側方から衝撃が加えられた場合に、アンテナカバー１２全体が受ける曲げモーメントを小さくし、耐衝撃性を向上させるためである。なお、図２に示すアンテナカバー１２は、耐圧防爆構造の強度条件を確実に満たすように、厚みに充分な余裕をもたせた状態で描いてある。

このアンテナカバー１２は、図３に示すような射出成形機３１を使用して成形することができる。射出成形機３１は、アンテナカバー１２を成形するための金型３２と、この金型３２を開閉させる型締めユニット（図示せず）と、溶融されたポリカーボネイト３３を前記金型３２内に射出する射出ユニット３４などを備えている。
前記金型３２は、アンテナカバー１２の径方向に分割する第１、第２の金型３２ａ，３２ｂと、アンテナカバー１２の内周面を形成するための第３の金型３２ｃとによって構成されている。なお、金型３２の構成は、図３に示す構成に限定されることはなく、適宜変更することができる。たとえば、金型３２としては、アンテナカバー１２の内周側と外周側とに分割するものを用いることができるし、アンテナカバー１２の開口部に雌ねじ２３を成形できるようなものを用いることもできる。

次に、前記アンテナカバー１２を有する耐圧防爆用アンテナ４の製造方法を図４に示すフローチャートを用いて説明する。このアンテナ４を製造するためには、先ず、図３に示した射出成形機３１において、加熱、溶融されたポリカーボネイト３３を金型３２内に射出し、有底円筒状のアンテナカバー１２を成形する（ステップＰ１）。次に、ポリカーボネイト３３が固化した後、前記アンテナカバー１２を前記金型３２から取出す（ステップＰ２）。

その後、アンテナカバー１２の開口部に雌ねじ２３を形成する。そして、アンテナカバー１２の中空部２２内に開口部分からアンテナ本体１１を挿入し、アンテナカバー１２の雌ねじ２３をアンテナ本体１１の雄ねじ１７に螺着させてアンテナカバー１２とアンテナ本体１１とを結合させる（ステップＰ３）。このアンテナ本体１１は、アンテナカバー１２に取付ける以前に、前記ホルダー１３に前記アンテナ素子１４を螺着させて組み立てておく。なお、この結合ステップＰ３は、支持部材５に予め取付けられたアンテナ本体１１にアンテナカバー１２を結合することによっても実施可能である。

この実施の形態によるアンテナカバー１２は、耐圧防爆構造の強度条件を充足するために、以下の二つの構成が採られている。第１の構成は、圧力発信器１の使用環境に適合する相対温度指数｛以下、単にＲＴＩ（Relative Temperture Index）という｝のポリカーボネイトを使用していることである。この実施の形態においては、使用環境の温度を最大約８０℃と想定し、ＲＴＩ（Ｅｌｅｃ）が１３０℃であり、ＲＴＩ（Ｉｍｐ）が１２５℃、ＲＴＩ（Ｓｔｒ）が１３０℃であるポリカーボネイトを使用している。

前記ＲＴＩ（Ｅｌｅｃ）とは、絶縁破壊が起こることがない最高温度であり、ＲＴＩ（Ｉｍｐ）とは、衝撃に耐え得る温度であり、ＲＴＩ（Ｓｔｒ）とは、曲げ変形に耐え得る温度である。また、このポリカーボネイトは、いわゆるＵＬ認証を取得したものを使用した。なお、ＲＴＩは、上述した値に限定されることはないが、使用環境の温度に２０を加算した値以上とすることが望ましい。

第２の構成は、以下の各種の試験に合格することである。試験としては、衝撃試験、耐光性試験、爆発試験などがある。衝撃試験は、重錘の落下により生じた衝撃に耐える強度を確認する試験である。耐光性試験は、紫外線を１０００時間照射し続けた後の強度が照射以前の強度の１／２以上であることを確認する試験である。爆発試験は、機器内部に試験ガスを入れ、強制的に点火させ、その爆発圧力に容器が耐えることを確認する試験である。

この実施の形態によるアンテナカバー１２は、前記ＲＴＩが１２５℃のポリカーボネイトによって形成されている。この材料で試験片（L80mm×w10mm×t４mm）を作成し、前記耐光性試験を実施した結果、シャルピー衝撃強度は紫外線照射以前と以後とで殆ど変化しないことが分かった。
耐光性試験は、キセノンランプを光源とし、試験温度は５５℃、湿度５０％ＲＨ、放射照度６０Ｗ／ｍ²（３００〜４００ｎｍ）として行った。

また、シャルピー衝撃試験は、ハンマー持ち上げ角度１５０°とし、ハンマー容量２Ｊ、ノッチの有無：有り（Ａノッチ）、後ノッチ、試験片の置き方：エッジワイズ、試験温度２３℃として行った。 紫外線照射以前のシャルピー衝撃強度は８．５（KJ/m²）であり、紫外線照射後のシャルピー衝撃強度は８．７（KJ/m²）であった。

前記アンテナカバー１２を形成する材料であるポリカーボネイトは、強化用繊維を混入させなくてもガラス繊維入りナイロンと同等の強度を有し、かつガラスより比重が軽いものである。また、このポリカーボネイトは、上記二つの材料と較べて安価で、ガラスと較べると誘電率が小さいものである。
したがって、この実施の形態によれば、製造が容易なうえ低価格でかつ軽量に形成され、しかも電波の波長短縮効果が生じ難く、アンテナの中心周波数が変化し難いアンテナカバー１２を有する耐圧防爆用アンテナ４を提供することができる。

この実施の形態によるポリカーボネイトは、圧力発信器１を使用する環境の温度に適合した相対温度指数のものである。このため、この実施の形態による耐圧防爆用アンテナ４は、アンテナカバー１２の高温耐久性が高くなるから、耐圧防爆の信頼性がより一層高いものとなる。

この実施の形態による前記アンテナカバー１２は、前記アンテナ本体１１を挿入可能な中空部２２を有する有底円筒状に形成されている。また、アンテナカバー１２は、前記中空部２２の開口部分に形成された雌ねじ２３に前記アンテナ本体１１が螺着することによって前記アンテナ本体１１に取付けられている。
このため、この実施の形態による耐圧防爆用アンテナ４は、ボルト、ナットなどの締結部材や接着剤などを用いることなく簡単に組立てることができる。したがって、この実施の形態によれば、短時間で組立てることが可能な耐圧防爆用アンテナ４を提供することができる。

この実施の形態によるアンテナ本体１１には、前記圧力発信器１の支持部材５に取付けられる雄ねじ１６が設けられている。このため、この実施の形態による耐圧防爆用アンテナ４は、アンテナ本体１１を支持部材５に螺着することによって支持部材５に取付けられるから、アンテナ本体１１を圧力発信器１の支持部材５に取付けるための締結力がアンテナカバー１２に加えられることはない。したがって、この実施の形態によれば、アンテナカバー１２に過度に大きな外力が加えられることを防ぎながら、アンテナ４を強固に（耐圧防爆構造の条件を満たすように）圧力発信器１に取付けることができる。

この実施の形態によるアンテナ４の製造方法は、溶融されたポリカーボネイト３３をアンテナカバー成形用の金型３２に注入して有底筒状のアンテナカバー１２を成形するステップ（図４におけるステップＰ１）と、前記アンテナカバー１２を前記金型３２から取出すステップ（図４におけるステップＰ２）と、前記アンテナカバー１２の中空部２２内にアンテナ本体１１を挿入し、アンテナカバー１２とアンテナ本体１１とを結合させるステップ（図４におけるステップＰ３）とを有している。

この製造方法によれば、アンテナカバー１２を射出成形法によって形成することができるから、アンテナカバー１２の大量生産が可能になる。また、アンテナ本体１１を組付け可能な形状にアンテナカバー１２を成形できるから、少ない工程でアンテナカバー１２をアンテナ本体１１に取付けることができる。
したがって、この実施の形態によれば、アンテナカバー１２の大量生産が可能で、しかも組立工数が少なくてよいから、低いコストで耐圧防爆用アンテナ４を製造することができる。

この実施の形態で示した圧力発信器１は、耐圧防爆構造の強度条件を充足しているために、内蔵するコンデンサ（図示せず）の容量に制限を受けることがないものである。このため、この圧力発信器１は、大容量のコンデンサを使用するエナジーハーベスト技術を適用することが可能になる。このエナジーハーベスト技術とは、環境エネルギー（光、振動、熱など）を電気に変換し、一次電池や外部電源を使わずに電子部品を駆動する技術である。すなわち、この圧力発信器１においては、エナジーハーベスト技術によって得られた微少な電力を前記コンデンサに蓄え、回路を動作させることによって、バッテリーの長寿命化やバッテリレス化を実現することが可能である。

上述した実施の形態においては、本発明を無線式圧力発信器１のアンテナ４に適用する例を示したが、本発明に係る耐圧防爆用アンテナは、耐圧防爆型の無線通信機器であればどのようなものにも適用することができる。たとえば、本発明に係るアンテナは、耐圧防爆型の流量計、バルブ用ポジショナー、温度発信器、差圧発信器、ＰＨ計、無線ＬＡＮ用アクセスポイントなどに適用可能である。

１…圧力発信器、５…支持部材、４…耐圧防爆用アンテナ、１１…アンテナ本体、１２…アンテナカバー、１３…ホルダー、１３ｂ…第１の筒状部、１３ｃ…第２の筒状部、１４…アンテナ素子、１６，１７…雄ねじ、２２…中空部、２３…雌ねじ、３１…射出成形機、３２…金型、３３…ポリカーボネイト、Ｐ１…成形ステップ、Ｐ２…取出しステップ、Ｐ３…結合ステップ。

Claims (5)

1. 耐圧防爆型通信機器の外端部に設けられるアンテナ本体と、
   前記アンテナ本体を覆うアンテナカバーとを備え、
   前記アンテナカバーは、ポリカーボネイトによって耐圧防爆構造の強度条件を充足するとともに電波が透過するように形成されていることを特徴とする耐圧防爆用アンテナ。
2. 請求項１記載の耐圧防爆用アンテナにおいて、前記ポリカーボネイトは、前記耐圧防爆型通信機器を使用する環境の温度に適合した相対温度指数のものであることを特徴とする耐圧防爆用アンテナ。
3. 請求項１または請求項２記載の耐圧防爆用アンテナにおいて、前記アンテナカバーは、前記アンテナ本体を挿入可能な中空部を有する有底筒状に形成されるとともに、前記中空部の開口部分に形成された雌ねじに前記アンテナ本体が螺着することによって前記アンテナ本体に取付けられていることを特徴とする耐圧防爆用アンテナ。
4. 請求項３記載の耐圧防爆用アンテナにおいて、前記アンテナ本体には、前記耐圧防爆型通信機器に取付けられる取付部が設けられていることを特徴とする耐圧防爆用アンテナ。
5. 溶融されたポリカーボネイトをアンテナカバー成形用の金型に注入して有底筒状のアンテナカバーを成形するステップと、
   前記アンテナカバーを前記金型から取出すステップと、
   前記アンテナカバーの内部にアンテナ本体を挿入し、アンテナカバーとアンテナ本体とを結合させるステップとを有することを特徴とする耐圧防爆用アンテナの製造方法。

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