JP2015154104A - アンテナ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】立設型の2重ケース構造であっても、アンテナ性能の劣化を防止しつつ、その構造も簡略にすることができるアンテナ装置を提供する。
【解決手段】その内部にコイルエレメント12等を収容するための収容空間が形成されたインナーケース13をアウターケース15で覆う2重ケース構造のアンテナ装置1である。インナーケース13の外表面とアウターケース15の内表面との間にアンテナエレメント14が介在し、このアンテナエレメント14が、収容空間の水密性を維持しながら収容空間内のコイルエレメント12と電気的に接続されている。
【選択図】図3

Description

本発明は、車両ルーフ上に立設される2重ケース構造のアンテナ装置に関する。
車両ルーフに設置されるアンテナ装置のケースは、車両のボティカラーに合わせて塗装されることが多い。そのため、車両メーカは、車両組立ラインの在庫に色毎のアンテナ装置を保管しなければならず、在庫スペースを圧迫する。その対策として、従来、2重ケース構造のアンテナ装置とすることが試みられている。例えば、特許文献1に開示されたアンテナユニットは、アンテナエレメントを、ベースとインナーケースとで形成される空間内に水密性をもって収容し、ボディカラーに合わせたアウターケースでインナーケースを覆うように構成される。
一方、デザイン性を考慮して、最近は、ケースをシャークフィンと呼ばれる流線形に成形したアンテナ装置が提案されている。しかし、車両からの突出物に対する規制により、車両ルーフから突出するアンテナ装置の高さは約70[mm]以下に制限される。AM/FM帯を受信するアンテナ装置では、電気性能を確保するためにアンテナエレメントを可能な限り高い位置に配置する必要があるため、高さが約70[mm]以下に制限された条件下においては電気性能を十分に確保することができない。このような問題を解決する手段として、例えば、特許文献2に開示された低背型のアンテナ装置には、狭い空間に収容されるアンテナエレメントの面積をできるだけ広く、かつ、高い位置に配置するための工夫が施されている。すなわち、アンテナパターンが形成されたアンテナ基板をベースから立設させた上で、このアンテナ基板を跨ぐようにトップ部を配置し、このトップ部とアンテナパターンとで複合型のアンテナエレメントを構成している。
特開2012−085044号公報 特開2010−021856号公報
特許文献2に記載された低背型のアンテナ装置を、特許文献1に記載されたアンテナ装置のように2重ケース構造にすると、アンテナエレメントはインナーケースの内側に収容される。そのため、単一のケースに比べて、2重にした分だけ収容空間が狭くなる。特許文献1に記載されるように低背で小型に設計されるパッチアンテナを使用する際には問題ないが、特許文献2に記載されるようにAM/FM帯を受信するような電気性能を確保するためにアンテナエレメントを高い位置に配置する必要のあるアンテナ装置においてはアンテナエレメントの配置位置が低くなり、また、面積も小さくなるため、アンテナ性能の劣化は避けられなかった。
さらに、アンテナエレメントを支持するための構造も複雑となり、製造コストを下げることができないという問題もある。
本発明は、立設型の2重ケース構造であっても、アンテナ性能の劣化を防止しつつ、その構造も簡略にすることができるアンテナ装置を提供することを目的とする。
本発明のアンテナ装置は、車体の所定部位に設置されるアンテナ装置であって、その内部に電子部品を収容するための収容空間が形成された立体形状のインナーケースと、このインナーケースを覆うアウターケースとを有する。車体からアウターケースの最も高い部分までの高さは70[mm]未満となる。
前記インナーケースの外表面と前記アウターケースの内表面との間にアンテナエレメントが介在し、このアンテナエレメントが、前記インナーケース内側の前記収容空間の水密性を維持しながら収容空間に収容された前記電子部品と電気的に接続されている。
アンテナエレメントは、例えば、インナーケースの外表面又はアウターケースの内表面の形状に沿って略面状に形成されている。アンテナエレメントを、インナーケース内側の収容空間の水密性を維持しながら収容空間に収容された電子部品と電気的に接続するため、水密接続具が設けられる。この水密接続具は、インナーケースの外表面に露出する外側端子と、前記外側端子と導通し、インナーケース内側の収容空間の水密性を維持しつつインナーケースの内表面に露出する内側端子とを有するものである。この水密接続具は、例えばインナーケースのケース本体に埋設される。
本発明のアンテナ装置は、アンテナエレメントがインナーケースの外表面とアウターケースとの間に介在し、このアンテナエレメントがインナーケース内側の収容空間の水密性を維持しながら収容空間の電子部品と電気的に接続される。そのため、高さに制限のある二重ケース構造でありながら、同じサイズで単一ケース構造にした場合のアンテナ性能の低下を防止しつつ、低コスト化を図ることができる。
第1実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図。 第1実施形態に係るアンテナ装置の断面構造説明図。 第1実施形態に係るアンテナ装置の分解斜視図。 (a)はコイルエレメントの取付状態を示すインナーケースの裏面説明図、(b)はその外観斜視図。 アウターケースを装着する前の組立体の外観斜視図。 FM帯における感度特性比較図。 AM帯における感度特性比較図。 第2実施形態に係るアンテナ装置の一部分解斜視図。
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態例を説明する。
[第1実施形態]
<全体構成>
図1は、第1実施形態に係るアンテナ装置の外観斜視図、図2は断面構造説明図、図3は分解斜視図である。
この実施形態のアンテナ装置1は、主として、AMおよびFM帯を受信するアンテナ装置であって、ベース10、増幅器等の電子回路を実装した回路基板11、コイルエレメント12、ベース10に水密に取り付けられるインナーケース13、アンテナエレメント14、及び、インナーケース13を覆うアウターケース15を備える2重ケース構造のものである。
本明細書では、便宜上、アンテナ装置1の取付状態が図2に示したとおりのものとして、図2の左側を「前方」、図2の右側を「後方」、図2の上側を「上部」ないし「上方」、図2の下側を「下部」ないし「下方」として説明する。
アウターケース15は、被取付面の一例となる車両ルーフ20から70[mm]以内の高さで上方に突出する立体形状のものである。例えば、上部前端が最も低く、また、上部後端が最も高く成形されたシャークフィン型の形状のものである。このアウターケース15は、電波透過性部材、例えば樹脂製のものであり、車体カラーに合わせて塗装される。
インナーケース13は、アウターケース15の内表面の形状と略相似形となる天頂部131と、天頂部131の一部に形成された窪み部132と、天頂部131から繋がる側壁部133とを有する中空のものである。このインナーケース13は、その縁部が弾性パッド17を介してベース10に取り付けられる。これにより、ベース10上面とインナーケース13の内部との間に、電子部品等を収容するための収容空間Sが形成される。インナーケース13は、例えば樹脂で構成される。インナーケース13の天頂部131は、インナーケース13の上端から所定の高さ位置まで形成される。「所定の高さ位置」とは、後述する天頂部131に配設されるアンテナエレメント14がアンテナ特性を確保できる位置である。また、天頂部131の基部には、後述するアンテナエレメント14の舌片142を収容する孔部134が形成されている。さらに、天頂部131の両側面には、下端から上方に向かって延設される凸部135が片側に2箇所ずつ形成されている。
ベース10は、インナーケース13及びアウターケース15の基台となり、かつ車体ルーフ20への取付台となるものであり、アルミダイカストや亜鉛ダイカスト等で構成される。ベース10には、上記の弾性パッド17を収容するための窪みのほか、車体ルーフ20の下方に突出し、回路基板11に実装された電子回路と車体内の電子機器とを電気的に接続するためのコネクタ機構18が設けられている。
回路基板11は、電子回路と導通する導電端子(図示省略)を有しており、この導電端子と基板上の電子部品とが電気的に接続される。回路基板11のうちインナーケース13側の面には、導電性のターミナル111が設けられる。ターミナル111は、二股部を有する金具の一種であり、後述するコイルエレメント12のU字片123を弾性的に支持しつつ、U字片123と回路基板11の導電端子とを電気的に接続する。二股部は、帯状の金属板をM字形に折り曲げ、二つの突起(二股)をなすように成形される。M字形をなす二股部の両端は、回路基板11の導電端子上に差し込まれ、固定される。これにより、回路基板11の導電端子とターミナル111とが電気的に接続される。
コイルエレメント12は、インピーダンス調整用の円筒状のヘリカルコイル121と、このヘリカルコイル121の一端部と導通する細板状のジョイントプレート122と、ヘリカルコイル121の他端部と導通するU字片123とを有する。そして、ヘリカルコイル121、ジョイントプレート122の基部、及び、U字片123の基部をそれぞれ樹脂でモールドして構成される。
ヘリカルコイル121をモールドした部分をコイル支持部125、ジョイントプレート122の基部をモールドした部分を前方支持部126、U字片123の基部をモールドした部分を後方支持部127と称する。
コイル支持部125もまた、円筒状に成形されている。前方支持部126及び後方支持部127には、それぞれ、コイルエレメント12をインナーケース13の内壁の所定部位に固定するための取付穴128が形成されている。
なお、コイル支持部125、前方支持部126及び後方支持部127は、通常は一体成形されるが、個々に成形した後に組み立てる構造であっても良い。
ジョイントプレート122は、例えば両端部を有する金属板を略Z字形状に折り曲げ、その一端部に貫通孔122aを設けたものである。貫通孔122aは、コイル支持部125の中空部の中心軸とほぼ一致する位置に配される。
U字片123は、上述したとおり、ターミナル111の二股部の中央部に差し込まれ、弾性的に挟持される。
アンテナエレメント14は、天頂部131の後面を除いた表面の形状とほぼ相似形に成形され、インナーケース13とアウターケース15の内表面との間に介在するように、インナーケース13の天頂部131に配設される。そして、水密接続具16により収容空間Sの水密性を維持しながら、コイルエレメント12と電気的に接続される。このような接続を可能にする水密接続具16の詳細構造については後述する。
アンテナエレメント14は、腐食を抑制するために、SUS(Stainless steel:ステンレス鋼)で構成される。簡易には、約0.4[mm]厚の板状のSUSを、天頂部131の外形に合わせて折り曲げることにより、断面形状が略逆U字状に形成される。但し、この例に限定されず、線状のSUSを網状に形成してアンテナエレメント14を構成しても良い。アンテナエレメント14の車両ルーフ20からの高さは、アンテナ性能の劣化を防止するために可能な限り高い方が望ましいことは、既に述べた通りである。本実施形態の場合、車両ルーフ20からアンテナエレメント14のうち最も高い部分までの高さは、65[mm]である。
アンテナエレメント14には、また、水密接続具16との電気的接続のための貫通孔141が形成される。また、その縁からは、5つの舌片142が下方に突出する。舌片142は、インナーケース13の対応する箇所に形成される孔部134に挿入される。舌片142は、アンテナエレメント14のインナーケースからの剥離を防止して、アンテナエレメントの内表側面に天頂部131の凸部135を弾接させるために設けられる。
水密接続具16は、共通の底部と互いに逆方向に開口する一対の開口部とを有し、底部が収容空間Sとインナーケース13の外表面周辺の空間とを遮断する有底筒状の導電部材を含んで構成される。一対の開口部の内壁には、それぞれネジ溝が螺刻されている。上記の一方の開口部は、インナーケース13の外表面に露出する外側端子161となる。また、他方の開口部は、収容空間Sに露出し、収容空間Sの水密性を維持しつつ外側端子161と導通する内側端子162となる。
外側端子161は、アンテナエレメント14の取付機構を兼ねる。すなわち、アンテナエレメント14の貫通孔141を通して、金属製の雄ネジを螺合することにより、アンテナエレメント14が雄ネジの頭部と外側端子161とで挟持され、アンテナエレメント14と水密接続具16との電気的な接続が可能となる。
同様に、内側端子162は、ヘリカルコイル121の取付機構を兼ねる。すなわち、コイルエレメント12のジョイントプレート122の貫通孔122aを通して、金属製の雄ネジを螺合することにより、ヘリカルコイル121と導通するジョイントプレート122が雄ネジの頭部と内側端子162とで挟持され、水密接続具16とヘリカルコイル121との電気的な接続が可能となる。
水密接続具16の両開口部の略中間にある底部の外周部分は、一対の開口部よりも径が大きい突条163となっている。このような構造の水密接続具16は、例えば、インナーケース13の成型時に、インサート成形により、それぞれ開口部が露出するように、ケース本体に埋設される。突条163により、埋設された水密接続具16のインナーケース13からの抜け出しを防止すると共に、収容空間Sの水密性をより確実なものとなる。
[組立手順]
このアンテナ装置1は、まず、アウターケース15を除く部分から組み立てられる。
作業員は、まず、回路基板11にターミナル111を取り付け、その後、この回路基板11をベース10に取り付ける。また、インナーケース13の天頂部131にアンテナエレメント14を取り付ける。天頂部131へのアンテナエレメント14の取付は、アンテナエレメント14の5つの舌片142をインナーケース13の取付孔134に挿入した後、貫通孔141から雄ネジを水密接続具16の外側端子161に螺合させることで行う。このとき、天頂部131の凸部135がアンテナエレメント14の内表側面に弾接するため、車両の走行によって車体(車両ルーフ)及びアンテナ装置1が振動しても、アンテナエレメント14がインナーケース13から離れることがない。
次いで、図4に示すように、前方支持部126及び後方支持部127に形成された一対の取付穴128を通して、コイルエレメント12をインナーケース13の内壁の所定部位にネジ止め固定する。そして、コイル部125の中空部から見えるジョイントプレート122の貫通孔122aを通して雄ネジを水密接続具16の内側端子162に螺合させる。その後、図3に示すように、インナーケース13をベース10上の弾性パッド17に取り付け、ネジ止め固定する。インナーケース13をベース10に取り付ける際、コイルエレメント12の後方支持部127のU字片123が回路基板11上のターミナル111に挿入されて挟持される。
なお、インナーケース13へのアンテナエレメント14の取り付けは、最後に行うようにしても良い。
図5は、このようにして組み立てられた組立体の外観斜視図である。この組立体をアウターケース15で覆ってアンテナ装置1が完成する。なお、アウターケースと組立体との組み付けは、不図示のアウターケースに設けられる爪がベース10の所定箇所に係合することによって行われる。
図5に示された組立体は、ベース10とインナーケース13とが弾性パッド17を介して弾性接合して水密性が保持された状態で水密接続具16を通じてアンテナエレメント14とへリカルコイル121等と電気的に接続されている。そのため、アウターケース15と組立体との水密性が十分でなくとも、収容空間S内の電子回路に影響を与えないので、製造工程がきわめて簡略化される。
[特性比較]
比較のため、同じ面積のアンテナエレメント14をインナーケース13の内側に形を変えながら組み込んだ実験用のアンテナ装置を構成し、このアンテナ装置と本実施形態のアンテナ装置1のようにインナーケース13の外側、すなわち天頂部131に配置した場合の感度を測定した。実験は、車両ルーフ20に代え、約1m四方の金属板に孔を設け、この金属板にアンテナ装置を取り付けて行った。実験用のアンテナ装置の場合、金属板からアンテナエレメントのうち最も高い部分までの高さは約64[mm]であった(本実施形態のアンテナ装置1の場合は65[mm])。周波数は、FM帯は、70[MHz]〜90[MHz]と、AM帯では、594[kHz]を使用した。
図6は、FM帯の感度特性比較図であり、横軸は周波数、縦軸は感度(dB)である。図7は、AM帯の感度特性比較図であり、縦軸は感度(dB)である。それぞれ「アウター」はアンテナエレメント14をインナーケース13の外側に配置した場合、「インナー」は内側に配置した場合の感度変化を表している。
いずれの場合も、本実施形態のように、アンテナエレメント14をインナーケース13の天頂部131に配置することにより、感度の向上がみられた。
以上の説明のとおり、本実施形態のアンテナ装置1では、アンテナエレメント14をインナーケース13の天頂部131に配置するようにしたので、2重ケース構造でありながら、同じ形状及びサイズの単一ケース構造のアンテナ装置のアンテナエレメントと同等の面積や高さを確保することができる。そのため、2重ケース構造にしたときのアンテナ性能の劣化を防止することができる。
また、アンテナエレメント14の形状や面積も、インナーケース13の外表面の形状に応じてフレキシブルに変えることができる
また、アンテナエレメント14は、5つの舌片142をインナーケース13の孔部134に挿入し、貫通孔141を挟んで雄ネジで螺合するだけで、インナーケース13に取り付けられる。また、ジョイントプレート122を通じてヘリカルコイル121と導通するので、専用の支持部材を設けることなく、アンテナエレメント14をアンテナ装置1に取り付けることができる。また、アンテナエレメント14の交換作業も極めて容易となる。そのため、アンテナ装置1の製造工程ないし製造後のアンテナエレメント14のメインテナンス工程が従来構造のアンテナ装置の場合よりも著しく簡略化される。
本実施形態のアンテナ装置1では、また、水密接続具16をインナーケース13に埋設させ、この水密接続具16を使用してアンテナエレメント14とジョイントプレート122とを導通させるようにした。そのため、アンテナエレメント14をインナーケース13の外表面に配置した場合であっても、インナーケース13の収容空間Sの水密性を容易に確保することができる。
本実施形態では、また、ヘリカルコイル121と、このヘリカルコイル121の一端部と導通するジョイントプレート122の基部と、ヘリカルコイル121の他端部と導通するU字片123の基部とを樹脂でモールドしてコイルエレメント12を構成した。このコイルエレメント12は、ネジ止めないしU字片123のターミナル111への装着だけでアンテナ装置1への組込が可能となるようにモジュール化されたものである。そのため、従来のこの種のアンテナ装置に比べて組立工程が簡略化され、量産が容易になった。
なお、本実施形態では、水密接続具16の外側端子161とアンテナエレメント14の貫通孔141、及び、水密接続具16の内側端子162とジョイントプレート122の貫通孔122aとの接続を雄ネジの螺合により行う例を示したが、これらの接続をピン部材の係合によって行うようにしても良い。
[第2実施形態]
第1実施形態では、アンテナエレメント14が一つで、かつ、コイルエレメント12のヘリカルコイル121及びコイル部125が円筒状の場合の例を示したが、本発明の実施の形態は、このような例に限定されるものではない。
第2実施形態では、アンテナエレメントが2つであり、コイルが基板上に形成されることでモジュール化される場合の例を示す。基板上に形成された基板をコイル基板と称する。このコイル基板は、第1実施形態で説明した回路基板11上に立設される。
なお、アンテナエレメントを2つ設けるということは、異なる周波数帯の電磁波を受信可能ということである。
図8は、第2実施形態に係るアンテナ装置2の分解斜視図である。二重ケース構造であることは、第1実施形態に係るアンテナ装置1と同じである。つまり、第2実施形態においても、第1実施形態で説明したアウターケース15を用いる。
図8を参照し、第2実施形態のアンテナ装置2は、第1アンテナエレメント24aと、第2アンテナエレメント24bとを有する。そのため、インナーケース23には、2つの水密接続具26a,26bが埋設される。個々の水密接続具26a,26bは、第1実施形態で説明した水密接続具16と同じである。第1アンテナエレメント24aは水密接続具26aの外側端子と電気的に接続され、第2アンテナエレメント24bは水密接続具26bの外側端子と電気的に接続される。
水密接続具26aの内側端子は、第1ジョイントプレート221aと電気的に接続され、水密接続具26bの内側端子は、第2ジョイントプレート221bと電気的に接続される。第1ジョイントプレート221a及び第2ジョイントプレート221bは、それぞれ雄ネジにより、インナーケース23に取り付けられる。
アンテナ装置2は、コイル基板223をホルダ222で保持し、このホルダ222をインナーケース23の内壁の所定部位に固定するように構成される。インナーケース23に固定されたとき、コイル基板223は、回路基板11に対して垂直方向に配置される。コイル基板223には、ホルダ222をインナーケース23に固定したときに第1ジョイントプレート221aと導通する第1接点223aと、第2ジョイントプレート221bと導通する第2接点223bと、図示しない回路基板側のターミナル(第1実施形態で説明したターミナル111と同じ構造のもの)と導通する第3接点223c及び第4接点223dとが設けられている。
コイル基板223に設けられた第1接点223aは、図示しない第1コイルの一端と導通し、第3接点223cは、第1コイルの他端と導通する。コイル基板223に設けられた第2接点223bは、図示しない第2コイルの一端と導通し、第4接点223dは第2コイルの他端と導通する。
このように第2実施形態のアンテナ装置2では、2つのアンテナエレメント24a、24bを一つのインナーケース23の外表面に設けた。そして、第1アンテナエレメント24aとインナーケース23の内部で立設するコイル基板223の第1コイル、第2アンテナエレメント24bと該コイル基板223の第2コイルとをそれぞれ収納空間を水密に保持しながら導通させるようにした。そのため、第1実施形態の場合と同様、二重ケース構造でありながら、単一ケース構造の場合に比べてアンテナ性能を低下させることなく、アンテナ装置2で複数の周波数帯の電磁波を受信することができる。
また、アンテナエレメント24a,24b及びコイル基板223をネジ止めするだけでインナーケース23に取り付けることができるので、製造工程も簡略化される。
第1実施形態及び第2実施形態では、アンテナエレメント14,24a,24bがインナーケース13,23の外表面に配置される場合の例を示したが、アウターケース15の内壁に設けるようにしても良い。この場合、水密接続具16,26a,26bとアンテナエレメント14,24a,24bとは、フィーダ線で電気的に接続すれば良い。
1,2・・・アンテナ装置、10・・・ベース、11・・・回路基板、12・・・コイルエレメント、13,23・・・インナーケース、14,24a,24b・・・アンテナエレメント、15・・・アウターケース、16,26a,26b・・・水密接続具、131・・・天頂部、132・・・窪み部、133・・・側壁部、17・・・弾性パッド、S・・・収容空間、18・・・コネクタ機構。

Claims (7)

  1. 車体の所定部位に設置されるアンテナ装置であって、
    その内部に電子部品を収容するための収容空間が形成された立体形状のインナーケースと、このインナーケースを覆うアウターケースとを有し、
    前記インナーケースの外表面と前記アウターケースの内表面との間にアンテナエレメントが介在し、
    このアンテナエレメントが、前記インナーケース内側の前記収容空間の水密性を維持しながら前記収容空間に収容される前記電子部品と電気的に接続されている、
    アンテナ装置。
  2. 前記アンテナエレメントが存在するインナーケースの外表面の形状が前記アウターケースの内表面の形状と略相似形であり、該アンテナエレメントが、前記インナーケースの外表面又は前記アウターケースの内表面の形状に沿って略面状に形成されている、
    請求項1記載のアンテナ装置。
  3. 前記インナーケースの外表面に露出する外側端子と、前記インナーケースの内表面に露出し、前記インナーケース内側の前記収容空間の水密性を維持しつつ前記外側端子と導通する内側端子とを有する水密接続具をさらに有し、この水密接続具が前記インナーケースのケース本体に埋設されている、
    請求項1又は2記載のアンテナ装置。
  4. 前記水密接続具が、共通の底部と互いに逆方向に開口する一対の開口部とを有し、一方の前記開口部が前記外側端子、他方の前記開口部が前記内側端子となり、前記底部が前記収容空間と前記インナーケースの外表面周辺の空間とを遮断する有底筒状の導電部材を含んで構成される、
    請求項3記載のアンテナ装置。
  5. 前記外側端子と前記内側端子の少なくとも一方が、ネジ又はピン部材を係合させる構造を有する、
    請求項4記載のアンテナ装置。
  6. 前記外側端子が前記アンテナエレメントの取付機構を兼ねる、
    請求項3、4又は5記載のアンテナ装置。
  7. 前記電子部品はモジュール化されたコイルを含み、前記内側端子が前記コイルの一端部の取付機構を兼ねる、
    請求項3ないし6のいずれかの項記載のアンテナ装置。
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