JP2014192529A - 移動体通信用のマーカー - Google Patents

Abstract

【課題】外的環境因子による構造部材の強度低下が少ないマーカーを提供することを目的とする。
【解決手段】地上に設置され，移動体に取り付けられた無線通信装置との間で無線通信を行うマーカーであって，電子部品が実装された電子回路基板を有し，前記電子回路基板は骨格状構造体に固定されており，前記電子回路基板と前記骨格状構造体は共に発泡体に包埋されていることを特徴とするマーカー。
【選択図】 図4

Description

本発明は、自動車や鉄道車両などの移動体との無線通信に用いられる地上固定型の無線通信ユニットであるマーカーに係り、特に、強度部材を外的環境影響から保護した高信頼かつ軽量なマーカーの構造に関わる。

移動体通信におけるマーカーとしては，例えば自動車との通信に用いられる路面固定型のマーカーが挙げられる。このような地上固定型のマーカーに関しては，特許文献1,特許文献2および特許文献3の技術がある。

特許文献１には、マーカー内部に収納するアンテナの上方部分のレドーム材上面に、比誘電率がレドーム材の比誘電率以下である衝撃吸収材を積層してマーカーを構成することにより、耐衝撃性に優れたマーカーを提供することが記載されている。

特許文献２には、マーカーの開口部を段部に装着した第１蓋で封鎖し、第１蓋の外周面と開口部の内周面との隙間を第２蓋で封鎖することにより、マーカーに加わる衝撃の吸収と、開口部からマーカー内部に侵入しようとする雨水等を阻止することを達成することが記載されている。

特許文献３には，硬質樹脂により構成された箱型筐体の内部に電子回路基板を固定し，その後，筐体内部に基板を保護するために樹脂を流し込む製造技術と，それによるマーカーの構造が記載されている。

特開平１１−２５８３３０号公報 特開２００３−２０９４９０号公報 WO2005/054030A1

本発明が解決しようとする課題について，図２を用いて説明する。 図２に示すマーカー１は、特許文献１，２および３に記載されたマーカーを一般化したものである。マーカー１に実装される電子回路基板１１および無線通信用アンテナは，腐食因子からの保護や振動・衝撃からの保護を目的としてゴム状のポッティング剤や，発泡ポリウレタンなどの樹脂材料7によって包埋されることが多い。製造工程を簡略化するため，特許文献3に示すがごとく，硬質の繊維強化樹脂などからなる箱型筐体９の内部に基板１１やアンテナを固定し，その後筐体９と基板１１またはアンテナとの間隙部に封止樹脂７を注入する。この構造のマーカーは，箱型筐体９がマーカー全体の形状を保つことと，かつ振動や踏付けといった外力から基板１１を保護するという二つの役割を担う。しかしながら，筐体部材９はマーカーの最外面に配置されるため，紫外線８，降雨，移動体からのオイルなどに直接曝される。これらの紫外線８，降雨，移動体からのオイルは，筐体部材９に用いられる樹脂材料の強度低下や減肉を引き起こす。また，高分子材料は高温環境下では一時的に強度が低下することが知られているが，筐体部材９が直接日光に曝される従来の構造では，特に日中の強度低下は免れることはできない。マーカーには高い信頼性が求められるため，このような筐体部材の特性変化を見越して設計する必要があるが，場合によっては過剰品質となり，コスト増や重量増に繋がりかねない。

本発明は，紫外線８又は降雨又は移動体からのオイル又は高温環境などの外的環境因子による構造部材の強度低下を抑制することができるマーカーを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、地上に設置され，移動体に取り付けられた無線通信装置との間で無線通信を行うマーカーであって，電子部品が実装された電子回路基板を有し，前記電子回路基板は骨格状構造体に固定されており，前記電子回路基板と前記骨格状構造体は共に発泡体に包埋されていることを特徴とするマーカー。

強度部材として機能する骨格状構造体が発泡体に包埋されるため，外的環境因子による強度部材の強度低下が発生し難いマーカーを構成することができる。

自動車用マーカーの設置形態の斜視図である。 従来のマーカーの図2中A-A’断面図である。 本発明の実施例１の一形態によるマーカーの部分分解図である。 本発明の実施例１の一形態によるマーカーの図４中B-B’断面図である。 本発明の実施例２の一形態によるマーカーの部分分解図である。 本発明の実施例２の一形態によるマーカーの図６中C-C’断面図である。 マーカー車両側アンテナ間の無線通信の模式図である。

以下、各実施例を図面を用いて説明する。

移動体として自動車を例にとり，マーカーと車両間の無線通信について図７を用いて説明する。本実施例では移動体の一例として自動車の例を説明するが、本発明は他の移動体にも適用可能である。路面に固定されたマーカー1は，その上を通過する自動車17に搭載された車上アンテナ18と無線通信19を行う。基本的にマーカーは無電源であり，車上アンテナ18からの無線給電によって動作する。例えば有料道路上などに設置する場合では，自動車17からは車種や流入料金所の情報などを受信し，これらの情報から計算された通行料金情報などを算出して自動車17に伝送することが可能である。これによって，自動車17を停止させることなく，料金の収受が可能となる。また，走行区間の制限速度の情報や，進路上のカーブや交差点の情報などを自動車17に伝送し，自動車17側でこれらの情報を処理して視覚情報や音声情報としてドライバーに通知したり，自動車17の速度や加速度と照合した上で，自動的に安全な速度まで減速させたりすることも可能である。このように移動体通信における無線通信は，金銭授受の管理や安全性の向上に利用されることが多いため，高い信頼性を要求される。

自動車に用いた場合のマーカーの路面上の設置形態を図1に示す。図1に示すように，マーカー1の大部分は，屋外に設置されるため，紫外線８や降雨や移動体からのオイルなどに曝される。これらの外的環境因子により樹脂材料の強度低下や減肉が引き起こされる。また、高分子材料は高温環境下では一時的に強度が低下する。また、昼間の直射日光により外気温よりも高温となる一方，夜間は放射冷却によって外気温よりも低温となり，マーカーは非常に苛酷な温度サイクル環境に曝される。この温度サイクルがマーカー内部の電子回路基板10に及ぶと，マーカーの内部の電子部品や電子回路基盤上のはんだ接合部の寿命を低下させる可能性があるほか，昼間の日射により電気回路基板10の温度上昇が非常に大きくなると電子回路の異常動作が生じる可能性もある。また，マーカーの直上を移動体が通過するため，マーカーは移動体通過の度に路面の激しい振動にも曝される。
図３に本実施例におけるマーカーの内部を一部露出させた部分分解図を示す。ボルト締結用の固定穴13と一体となった硬質樹脂製の骨格状構造体12（以下ビーム）に電子回路基板10，無線通信用アンテナ14といったマーカーの機能部品が固定されており，これらが発泡体２０に包埋されている。

マーカーの製造時には，ビーム12に前述の各種機能部品を固定した後，これらを発泡体２０で包埋する。このようにマーカーの構造部材であるビーム12が発泡体20に包埋されているため、構造部材が外部に露出されず、紫外線８や降雨や移動体からのオイルなどの外的環境因子により減肉が引き起こされて、マーカーの強度が低下するという問題を解消できる。

また、マーカーは屋外環境で直射日光および夜間の放射冷却に曝されるため，マーカーの内部の電子部品や電子回路基盤上のはんだ接合部の寿命を低下させる可能性があるほか，昼間の日射により電気回路基板10の温度上昇が非常に大きくなると電子回路の異常動作が生じる可能性もある。そのため、マーカー上面部と電子回路基板の間の熱抵抗をより大きくして，電子回路基板が曝される温度変化をより小さくすることが望ましい。したがって断熱性に優れる発泡ポリウレタンなどの発泡体によって包埋することが理想的である。発泡体を採用すれば，電子回路の温度変化を抑制する効果と同時に，ビーム12の温度上昇を抑制する効果も得られるため，高温時の強度低下を抑制できる。

また，マーカー内部に封止樹脂7を注入するため，筐体部材は特許文献３に記載されているトレイ型構造あるいは箱型の構造とする必要がある。外縁部を比較的重量の大きな繊維強化樹脂で構成することとなるため，特に鉛直方向に振動加速度が負荷された場合には，外縁部が質点となりモーメントが増大するため，筐体部材９に生じるひずみが大きくなる。そこで振動による筐体の損傷を回避するためにリブ構造による補強などが必要となり重量増となるため，施工性や運搬性の観点からは望ましくない。図３に示した実施例では、マーカーの外縁部は非発泡の樹脂材料と比較して比重が大幅に小さい発泡体で構成されるため，マーカーに掛かる振動を考慮した強度が、筐体部材を用いる従来例と比較して少なくて済み、マーカー全体の軽量化にも寄与できる。

ここで，発泡体としてポリウレタンを採用し，表層のみが非発泡の硬質層となるインテグラルフォーム成形を用いてもよい。マーカーの表層部には非発泡で平滑な層15が形成されるため，発泡体が外部にむき出しとなることはなく，屋外に設置した場合にも無線通信を妨げる要因となり得る水分や塵埃が沈着し難い。また，発泡工程時に型表面に予めモールドコートを施しておいてもよく，モールドコード材に遮熱性や耐候性など任意の性能を持たせることで，マーカーの設置環境に応じた性能や耐久性の調整を簡便に行うことができる。

ビーム12は機能部品の固定と，振動などの外力からの保護という役割を担う。したがって，ビーム12にはより高強度な材料を選択することが望ましい。マーカーは無線通信に用いられるため，電波吸収性の高い金属材料や炭素繊維強化樹脂材料は採用し難い。そこでガラス繊維強化樹脂材料を用いれば，高強度かつ軽量なマーカーを実現できる。従来のマーカーでは，強度部材である筐体部に耐久性に優れる不飽和ポリエステル樹脂などの熱硬化性樹脂を用いるケースが多い。一方，本発明のマーカーでは強度部材である骨格状構造体は外的環境因子から遮断されるため，より広範な樹脂材料を選択可能である。例えば，射出成形されたガラス繊維含有ＡＢＳ樹脂などを適用すれば，成形速度・生産性に優れ，かつ比較的安価であるため，低コスト化に寄与できる。

ボルト締結用固定穴13の周囲は円筒状の形状とし，発泡体20の外部に露出させてもよい。発泡工程時に貫通穴に発泡体7が流入し難くなる効果があるほか，下部側は路面やマクラギ，あるいは取付台に接触するため，前述の円筒部分を発泡体20下面よりも数mm突出させておけば，ボルト締結による圧縮荷重によって発泡体20が損傷することはない。

ビーム12は，ボルト締結用穴13を中心として，放射状にマーカー外縁部近くまで延長することが望ましい。振動負荷が作用する場合には，主として，ボルト締結用穴13と外縁部をそれぞれ振動の節と腹とした変形挙動が発生する。したがって，内部に搭載された電子回路基板を変形から保護するためには，上述のようにビーム13を配置し，剛性を増加させることが効果的である。また，設置環境によっては人による踏付けや，バラストの衝突などの振動以外の外力が負荷される可能性もある。その場合は，想定される外力に応じて骨格構造体の配置や太さを変更することにより，適切な剛性を確保することができる。なお，図３ではボルト締結用穴13は2ヶ所のみ設けられているが，固定対象の寸法や形状に応じて数を増やしてもよい。

発泡体20による包埋前の段階では，電子回路基板10はビーム12にボルトまたは両面テープなどを用いて固定することが望ましい。最終的には発泡体20で全体を包埋するため，包埋工程中に基板10がビーム12から外れない程度の固定力でよい。なお電子回路基板10は，日射による温度上昇を避ける目的や，人による踏付け影響を最低限とする上では，ビーム12の下側に取り付けて基板保護性能の向上を図ることが望ましい。アンテナ14をビーム12に固定する際は，図３に示すようにビーム12にインモールド固定としたり，或いはビームに固定用切欠きを予め設けておき，はめ込みで固定する方法としたりしてもよい。

図５および図６に本発明におけるマーカーの実施例の一つにおける部分分解図および断面図をそれぞれ示す．実施例1ではボルト固定穴13とビーム12を一体部品としていたが，固定穴13に別体の金属インサート16をインモールド成形してもよい。ボルト固定穴13を樹脂材料で構成すると，樹脂の応力緩和現象により，長期的にはボルトの緩みが発生する可能性がある。ボルトの増し締めなどで回避可能であるが，定期的なメンテナンスが難しい環境に設置する場合には，ボルト固定穴に別体の金属インサート16を挿入して，ボルト緩みの抑制を図ってもよい。

実施例１では，電子回路基板10とは別体のアンテナ14を搭載しているが，図５に示すように，電子回路基板10上の配線パターンとしてアンテナ14を配置してもよい。アンテナループを通過する磁束多くするためには電子回路基板10を大型化する必要があるが，実装する機能部品数を少なくすることができるため，製造工程を簡便にすることができる。

本発明では、マーカーの強度部材が紫外線８や降雨や移動体からのオイルなど外的環境因子に曝されて減肉すること、または直射日光を受けて高温状態となり一時的に強度が低下することを抑制することを目的としているため、上述した各実施例では、ビーム12が発泡体に完全に覆われた構造としたが、必ずしもビーム12は完全に発泡体に覆われる必要は無く、外的環境要因に曝されやすいビーム12の上面の一部を少なくとも発泡体で覆われている構成とすれば良い。

1 マーカー
2 ボルト
3 路面
4 台座
7 包埋樹脂
8 紫外線
9 筐体
10 電子回路基板
11 取付部材
12 ビーム
13 ボルト固定穴
14 アンテナ
15 硬質平滑層
16 インサート
17 自動車
18 車上側アンテナ
19 無線通信
20 発泡体

Claims (7)

1. 地上に設置され，移動体に取り付けられた無線通信装置との間で無線通信を行うマーカーであって，
   無線通信に利用される電子部品が実装された電子回路基板と、
   前記電子回路基板を固定する骨格状構造体と、を備え、
   前記電子回路基板及び前記骨格状構造体は、発泡体に覆われることを特徴とするマーカー。
2. 前記発泡体は，発泡ポリウレタンであることを特徴とする請求項1に記載のマーカー。
3. 前記発泡体の表面には非発泡の硬質層が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のマーカー。
4. 前記骨格状構造体は、ガラス繊維強化樹脂で構成されていることを特徴とした請求項１から請求項３のいずれかに記載のマーカー。
5. 前記骨格状構造体には、ボルト固定用の貫通穴が設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のマーカー。
6. 前記貫通穴には、筒状の金属部品が挿入されていることを特徴とする請求項５記載のマーカー。
7. 前記骨格状構造体には，金属製アンテナが一体成形されて固定されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれかに記載のマーカー。