JP2013089661A - 無線装置及びリモートキーレスエントリー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂ケースと金属筐体の間にプリント基板を収容し、プリント基板のグランドパターンと金属筐体との間を電気的に接続する場合、より安定的なＲＦ性能を長期にわたり確保すると共に、防水機能を兼ね備えなければならない。
【解決手段】プリント基板３のグランドパターン３ａと金属筐体２との間の導電接点として、金属筐体２の内面に設けられ、グランドパターンに所定の接圧で接触する導電性弾性体５とし、樹脂ケース１と金属筐体２との間にプリント基板の外周に沿って環状に配置された防水構造体は各部品の寸法ばらつきを吸収する防水用弾性体４とし、樹脂ケース１と金属筐体２との固定は、フック形状の嵌合部１ａ、２ａにより行うようにした。
【選択図】図１

Description

この発明は、無線装置及びその無線装置を車載用無線受信装置に利用したリモートキーレスエントリー装置に関するものである。

自動車に搭載する車載用の無線装置は、部品点数削減や環境負荷物質低減の観点から、ネジレスや鉛フリー半田を用いることが望ましい。また、近年自動車の高機能化および低燃費化実現のための手段として、車両軽量化に伴う実装スペースの縮小から高いレイアウト性を確保するため、小型化および薄型化、また様々な使用環境に順応するための防水性を考慮した無線装置が必要である。

更には、部品点数削減やＲＦ（Radio Frequency＝高周波）特性安定化のため、プリン
ト基板のグランドパターンと車体とを電気的接続する手法が提供されており、このうちプリント基板収納ケースと車体取り付け用ブラケットを一体化した金属筐体が使用されるようになってきた。金属筐体は部品点数削減及び高強度にて薄型化が出来ることから、高いレイアウト性が可能となる。この金属筐体とプリント基板のグランドパターンを電気的に接続する場合、より安定的なＲＦ性能を確保するためには、接点部の密着性及び適正接圧が必要となる。

この種の車載用無線受信装置として、例えばネジで金属筐体とプリント基板のグランドパターンを接続させる場合、図９に示すようにプリント基板３の一面の一部にグランドパターンを配設し、このグランドパターンに半田１３を金属筐体２側に隆起するように形成させ、金属筐体２および樹脂ケース１にネジ用貫通穴と固定部を設け、ネジ１２の締結にてプリント基板３上に隆起させた半田１３に金属筐体２を押し付けることによって回路のグランドパターンと金属筐体２の電気的接続を確保していた。

しかし、上記機構では金属筐体２と半田１３との接触面は剛体同士の接触であり、また微細な表面の凹凸により点接触となり、ＲＦ性能が安定する平面接触を確保するのが困難であった。さらには、振動や収縮による微摺動磨耗の発生、プリント基板３、金属筐体２の反り等により接触面が安定せず、導通不良などの問題が発生し、そのため厳密な半田盛り量の管理やネジ締め付けトルクの管理が必要であった。また、安定的な電気的接続に必要なネジ締結トルクでの経年劣化により、半田潰れやネジ緩み等の影響も考慮する必要があり、長期的に品質を保証することが困難であった。

また、防水性が要求される場合、長期的に安定した電気的導通を確保するために必要な軸力で樹脂ケース１と金属筐体２をネジ締結し、その間にパッキン４を挟み込む構造とすると、パッキン材料によってはパッキン部に掛かる荷重により座屈や塑性変形が発生する可能性があった。さらには、電気的導通のためのネジ締め方向と防水のための圧縮方向を同方向にする場合、導通に必要な接圧と防水に必要な接圧を厳密に設定する必要があり、材料の選定が限定され、なお且つ構造が複雑化する為、コストアップにも繋がった。また防水にパッキン等の弾性体を使用せず、面の合わせによる沿面距離を確保し防水する場合、部品バラツキにより導通部、或いは防水面に浮きが発生し、機能不良を引き起こす可能性が高く、それら不具合を回避するためには精密な寸法精度及び管理が必要であった。

また、プリント基板のグランドパターンと金属筐体の電気的接続を確保する場合、導電接点に導電弾性体を用いることも知られている。これは多層プリント基板のアンテナケースが配設される位置に沿って中間グランド層が露出する深さの溝を形成し、この溝の底面
に露出している中間グランド層上に導電性を有する弾性体を配設し、この弾性体上にアンテナケースを配設して圧接することにより、アンテナケースと多層プリント基板の中間グランド層との電気的接続を得るようにしたものである（特許文献１参照）。

特開平９−１４８８１３号公報

従来の発明では、装置の性能安定化のためプリント基板と金属筐体の電気的接続を半田による接続ではなく、導電性弾性体を用いて回路グランドとの導電性の安定を図っているものであるが、より安定的にＲＦ特性を長期にわたり満足させるには導電性弾性体に一定以上の接圧を有し、なお且つ信頼性、実用性を加味すれば、筐体の強度と弾性体の反力との関係を綿密に考慮しなければならなかった。

また特許文献１では、導電性の手法については提案されているが、防水機能を兼ね備えたものではなかったため、防水性を必要とする場合、構造が複雑となり部品点数が増えコストアップにつながるとともに外形寸法が大きくなり、デザイン性、レイアウト性が悪化するという問題があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたものであり、導電接点部に弾性体を用いることで得られる、接点密着性によるＲＦ特性の向上のための金属筐体への接続と防水・防塵機能を併せ持つ構造を提供すると同時に、ネジレス等による部品点数の削減、作業者への組み付け負担軽減、高いレイアウト性、環境順応性を確保した無線装置を得ることを目的とするものである。

この発明の無線装置は、樹脂ケースと金属筐体の間にプリント基板を収容し、プリント基板にはグランドパターンが配設され、グランドパターンと金属筐体との間に導電接点を有すると共に、樹脂ケースと金属筐体との間にプリント基板の外周に沿って環状に配置された防水構造体を有する無線装置であって、導電接点は金属筐体の内面に設けられ、プリント基板のグランドパターンに所定の接圧で接触する導電性弾性体とし、防水構造体は各部品の寸法ばらつきを吸収する防水用弾性体とし、樹脂ケースと金属筐体との固定は、フック形状の嵌合部により行うようにしたものである。

この発明によれば、プリント基板のグランドパターンと金属筐体との接続を導電性弾性体で行うことにより、接点密着性によるＲＦ特性の向上が図れ、且つプリント基板の外周に沿って設けられた防水用弾性体との併用により、金属筐体とグランド接続構造を簡素化することができる。また、樹脂ケースと金属筐体との固定はフック形状の嵌合部により行うようにしているため、ネジ等の部品を必要とすることが無く部品点数を削減可能で、コストダウンを図ることが出来ると共に、ネジ締め工程が不要となり、筐体の嵌合をワンタッチ構造とできる為、作業者の組み付け負担を軽減することが出来る。

また、使用環境や経年変化に順応性のあるシリコーンゴムやアクリルゴム等の弾性体の使用により、熱耐久性が高く応力永久ひずみが少なく、長期的に品質を保証することが出来る。また弾性体を使用する場合、ネジを用いないため、樹脂ケースおよび金属筐体、プリント基板にネジ固定用の穴が不要となり、且つ導電接点の位置・大きさをプリント基板のグランドパターンに合わせて最大限の面積で自由に設定できる。

この発明の実施の形態１に係る無線装置を示す分解斜視図である。 この発明の実施の形態１に係る無線装置の部分断面図である。 この発明の実施の形態１に係る無線装置の構造についての関係式を説明する部分断面図である。 この発明の実施の形態１に係る実験結果による荷重とＲＦインピーダンスの関係を示す図である。 この発明の実施の形態２に係る無線装置の金属筐体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態３に係る無線装置の金属筐体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態４に係る無線装置の金属筐体を示す斜視図である。 この発明の実施の形態５に係るリモートキーレスエントリー装置の構成を示す斜視図である。 従来の一例に係る無線装置を示す部分断面図である。

実施の形態１.
以下、この発明の実施の形態１に係る無線装置を図１〜図４に基づいて説明する。図１はこの発明の実施の形態１に係る無線装置を示す分解斜視図、図２は部分断面図であり、図３は図２における構造についての関係式を説明する部分断面図、図４は実験結果による荷重とＲＦインピーダンスの関係を示す図である。なお、図中同一符号は、同一または相当する部分を示す。

図１及び図２において、無線装置１０は、樹脂で成形された樹脂ケース１と金属筐体２の間にプリント基板３を挟み込んで収容した構成になっている。樹脂ケース１には、後述する金属筐体２に設けたフック形状の嵌合部２ａと嵌合する爪状の突設部（嵌合部）１ａがその外周の４カ所に設けられている。金属筐体２の外縁には防水・防塵機能を有した防水用弾性体４が設けられ、この防水用弾性体４により樹脂ケース１と金属筐体２との間において、プリント基板３の外周に沿って環状に配置された防水構造体を構成する。また、樹脂ケース１の突設部１ａに対応する金属筐体２の外周位置には、爪状の突設部１ａと嵌合するフック形状の嵌合部２ａが設けられている。

プリント基板３の金属筐体２側の底面の一部には、電気的接地部となるグランドパターン３ａが配設されている。一方、グランドパターン３ａに対応する金属筐体２の内面には、樹脂ケース１の突設部１ａと金属筐体２の嵌合部２ａがロック固定された時に、プリント基板３のグランドパターン３ａに所定の接圧で接触する導電性弾性体５を設けている。この導電性弾性体５によりグランドパターン３ａと金属筐体２との間の導電接点を形成し、金属筐体２を介してプリント基板３のグランドパターン３ａを接地するようにしている。

以上のように、この発明は金属筐体２とプリント基板３のグランドパターン３aの導電
接点確保と同時に、金属筐体２と樹脂ケース１との間の防水性確保を両立させるため、防水用弾性体４及び導電性弾性体５を併用して組み付けている。また、金属筐体２に樹脂ケース１と共にプリント基板３を挟み込み、樹脂ケース１に突設された突起部１ａと金属筐体２に構築されたフック状の嵌合部２ａにより両者を嵌合して固定する。これにより導電性弾性体５の圧縮方向と防水用弾性体４の圧縮方向が同一方向となる構造としており、防水と導通を両立させるため、部品強度、部品寸法、弾性体硬度、反力を最適値に設定している。
また、このとき防水用弾性体４は、各部品の寸法ばらつきを吸収する防水構造体としても機能している。

次に、図３に基づいて、防水用弾性体４、導電性弾性体５、樹脂ケース１及び金属筐体２は、信頼性及び実用性に問題なく品質を確保でき、尚且つ安定的なＲＦ性能を得るために、防水用弾性体４と導電性弾性体５などの材質及び構造は、下記（１）式、（２）式の関係式が成立するように選択することが好ましい理由を説明する。
σＡｎ＞ｋ_１Ｘ_１＋ｋ_２Ｘ_２・・・・・・・・・（１）
ｋ_１Ｘ_１＞１０ [Ｎ] ・・・・・（２）
σ：嵌合部材の０．２％耐力[N/mm²]、 Ａ：嵌合時の応力集中部面積[mm²]、
ｎ：嵌合部の数、
ｋ_１：導電性弾性体のばね定数[N/mm]、 Ｘ_１：導電性弾性体の変位量[mm]、
ｋ_２：防水用弾性体のばね定数[N/mm]、 Ｘ_２：防水用弾性体の変位量[mm]。

なお、σ、Ａについては、樹脂ケース１の突設部１ａ、或いは金属筐体２の嵌合部２ａの０．２％耐力及び嵌合時の応力集中部面積を代入し、より低い値を選択する。
上記（２）式については、導電性弾性体５の反力とＲＦインピーダンスの関係を実測すると図４の結果が得られ、導電性弾性体５の反力が１０[Ｎ]以上のときにＲＦインピーダンスが安定する領域においてＲＦ性能も安定することから導き出した値としている。

上記関係式の具体例として、図３のような構造を持った無線装置で、各構造部品の材料は耐環境性等の実績や流通量などの汎用性を考慮し、樹脂ケース１をポリエステル系プラスチックであるＰＢＴ（Polybutylene Terephthalate）樹脂、金属筐体２の材料を電気亜鉛メッキ鋼板であるＳＥＣＣ（Steel Electrolytic Cold Commercial）、導電性弾性体５を導電フィラーを添加したシリコーンゴム、防水用弾性体４をアクリルゴムとした。
また、樹脂ケース１の０．２％耐力をσ、嵌合時の応力集中部面積をＡ（Ａ_１、Ａ_２のうち耐力の低い方、本例の場合Ａ_１）、導電性弾性体５のばね定数をｋ_１、変位量をＸ_１、防水用弾性体４のばね定数をｋ_２、変位量をＸ_２、嵌合部１ａ、２ａの数をｎとした場合の各数値及び結果を下記の通り示す。
なお、導電性弾性体５の変位量Ｘ_１及び防水用弾性体４の変位量Ｘ_２はそれぞれ過去の実績値を使用した。

σ＝６０ [N/mm²]、 Ａ＝１２ [mm²]、 ｎ＝４
ｋ_１＝３４．８ [N/mm]、 Ｘ_１＝０．９ [mm]、
ｋ_２＝１０６８．２ [N/mm]、 Ｘ_２＝０．４５ [mm]
（１）式より ６０×１２×４＞（３４．８×０．９）＋（１０６８．２×０．４５）
すなわち ２８８０[Ｎ] ＞ ５１２．０１ [Ｎ]、
（２）式より ３４．８×０．９＝３１．３２[Ｎ] ＞ １０ [Ｎ]となり、上記関係
式を満たす。
上記条件により環境試験を実施した結果、上記（１）、（２）式を同時に満たす構造とすることで、耐環境性に対する信頼性及び防水性に問題がなく、実使用によるＲＦ性能を安定化出来ることを確認した。

確認として、上記（１）式を満足しない構造とした場合には、耐久試験後、嵌合部に塑性変形が発生し、嵌合不足、防水機能不足が発生し、また上記（２）式を満足しない構造とした場合には、導電性弾性体５の接点の荷重不足によりＲＦ性能が不安定となることが判明した。

上記結果からも、（１）、（２）式を同時に満足する構造とすることが本装置の最適構造となりうることが確認できた。表１は、この発明の実施の形態１に係る無線装置の耐久試験後の塑性変形、防水性、ＲＦ性能確認結果をまとめたものである。

また、導電性弾性体５の材料としては、弾性材料に導電性材料を添加したものでも同様の効果が得られる。
同じく上記（１）、（２）式を同時に満たすのであれば、防水用弾性体４の材料を導電性弾性体５の材料と同材料としても同様の効果が得られる。

以上のようにこの発明の実施の形態１の無線装置は、プリント基板３のグランドパターン３ａと金属筐体２の導電接点部を、半田接点或いはネジを用いず、かつＲＦ性能を保持しながら導電されると共に、部品レイアウト性、環境順応性を向上させるべくプリント基板３と金属筐体２の間に導電性弾性体５を挟みこむ構造としている。
また、防水部に関しても、防水・防塵等のシーリング機能を有すると共に、各部品の寸法ばらつきを吸収する防水用弾性体４の構造体を持つものとしている。
このように導電接点部と防水構造体の両方に弾性体を用いることで、構造を簡素化することができ、小型化、最薄化および環境負荷物質低減対応とコストダウン、使用環境や経年変化への対応力、組立性を向上できるものである。

実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る無線装置を図５に基づいて説明する。図５はこの発明の実施の形態２に係る無線装置の金属筐体を示す斜視図である。
図５に示すように、実施の形態２の発明は、実施の形態１で説明した導電性弾性体５の代わりに、弾性材料６に導電性シート７或いは導電性繊維や導電性テープを貼り付けて導電性弾性体としたものである。

プリント基板３のグランドパターン３ａと接触する金属筐体２の導電接点部に、弾性材料６に導電性シート７或いは導電性繊維や導電性テープを貼り付けた導電性弾性体を用いた場合でも、実施の形態１と同様の効果が得られる構成となっている。
また、前述と同じ効果を得られるのであれば、導電性シート７或いは導電性繊維や導電性テープは複数枚重ねて貼り合わせても良い。導電性シート７或いは導電性繊維や導電性テープは市場流通動向により、シート厚の薄いものを複数枚張り合わせた方がコストが安価な場合がある。

実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３に係る無線装置を図６に基づいて説明する。図６はこの発明の実施の形態３に係る無線装置の金属筐体を示す斜視図である。
図６に示すように、実施の形態３の発明は、防水用弾性体４と導電性弾性体５を一体成形した場合で、実施の形態１と同様の効果が得られる導電性材料で構成されている。
この構成は、防水用弾性体４の材料を導電性弾性体５の材料と同材料として用いる場合に効果的である。

実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４に係る無線装置を図７に基づいて説明する。図７はこの発明の実施の形態４に係る無線装置の金属筐体を示す斜視図である。
図７に示すように、実施の形態４の発明は、実施の形態３で説明した防水用弾性体４と導電性弾性体５を防水用弾性体４の材料で一体成形した後に、プリント基板３のグランドパターン３ａとの接続部に導電性シート７或いは導電性繊維や導電性テープを貼り付けた構成となっている。
この構成の場合でも、実施の形態１と同様の効果が得られる。

実施の形態５．
次に、この発明の実施の形態５に係る無線装置を図８に基づいて説明する。図８はこの発明の実施の形態５に係る無線装置の斜視図を示している。
実施の形態５の発明は、実施の形態１〜４で説明した無線装置のいずれかの構成を、携帯機との無線通信用として用いたリモートキーレスエントリー装置に適用したものである。
図８に示すように、ユーザが所持する携帯機８からの無線信号を受信する受信アンテナを備えた無線装置１０からなるキーレスレシーバユニット１０Ａを、自動車９の車体フレーム内に装着している。キーレスレシーバユニット１０Ａは、実施の形態１〜４のいずれかの無線装置１０を有しており、詳細な構成は前述したものと同じであるため説明を省略する。

以上のように構成された無線装置１０においては、プリント基板３に配設されたグランドパターン３aと金属筐体２を接続する導電接点を導電性弾性体５とし、樹脂ケース１と
金属筐体２との間でプリント基板３の外周に配置された防水構造体を防水性・防塵性を併せ持つ防水弾性体４とすることで、回路の動作安定化、ネジ及び半田の削減と同時に組み付け性の向上により、その結果コストダウンを図ることができる。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１：樹脂ケース、 １ａ：樹脂ケースの突起部（嵌合部）、
２：金属筐体、 ２ａ：金属筐体の嵌合部、
３：プリント基板、 ３ａ：グランドパターン、
４：防水用弾性体、 ５：導電性弾性体、
７：導電性シート或いは導電性繊維や導電性テープ、
８：携帯機、 ９：自動車
１０：無線装置。

Claims (9)

1. 樹脂ケースと金属筐体の間にプリント基板を収容し、前記プリント基板にはグランドパターンが配設され、前記グランドパターンと前記金属筐体との間に導電接点を有すると共に、前記樹脂ケースと前記金属筐体との間に前記プリント基板の外周に沿って環状に配置された防水構造体を有する無線装置であって、前記導電接点は前記金属筐体の内面に設けられ、前記プリント基板のグランドパターンに所定の接圧で接触する導電性弾性体とし、前記防水構造体は各部品の寸法ばらつきを吸収する防水用弾性体とし、前記樹脂ケースと前記金属筐体との固定は、フック形状の嵌合部により行うことを特徴とする無線装置。
2. 請求項１に記載の無線装置の構造が、下記（１）式および（２）式の関係式が成立することを特徴とする無線装置。
   σＡｎ＞ｋ_１Ｘ_１＋ｋ_２Ｘ_２・・・・・・・・・（１）
   ｋ_１Ｘ_１＞１０ [Ｎ] ・・・・・（２）
   σ：嵌合部材の０．２％耐力[N/mm²]、 Ａ：嵌合時の応力集中部面積[mm²]、
   ｎ：嵌合部の数、
   ｋ_１：導電性弾性体のばね定数[N/mm]、 Ｘ_１：導電性弾性体の変位量[mm]、
   ｋ_２：防水用弾性体のばね定数[N/mm]、 Ｘ_２：防水用弾性体の変位量[mm]。
3. 前記導電性弾性体は、弾性材料に導電性材料を添加して構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線装置。
4. 前記防水用弾性体は、前記導電性弾性体と同材料としたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の無線装置。
5. 前記導電性弾性体は、弾性材料に導電性テープまたは導電性繊維または導電性シートを貼り付けて構成されたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の無線装置。
6. 前記導電性テープまたは導電性繊維または導電性シートは、複数枚重ねて張り合わせたことを特徴とする請求項５に記載の無線装置。
7. 前記導電性弾性体と前記防水用弾性体を一体成形により構成したことを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の無線装置。
8. 前記弾性体をシリコーンゴム或いはアクリルゴムとしたことを特徴とする請求項１〜３、請求項５〜６のいずれか１項に記載の無線装置。
9. 請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の無線装置を、携帯機との無線通信用として自動車に搭載したことを特徴とするリモートキーレスエントリー装置。

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