JP2017195559A - アンテナ付きマンホール蓋 - Google Patents

Abstract

【課題】強度・コスト・耐スリップ性の悪化の抑制を図ったアンテナ付きマンホール蓋を提供する。【解決手段】アンテナ付きマンホール蓋１は、下水道管渠Ｄに連通するマンホールの地上側の開口部を閉塞する蓋本体３と、下水道管渠Ｄ内の維持管理に必要なデータを計測する計測部４の計測データを送信する通信装置５ａと、通信装置５ａに電源供給する電源部５ｂと、通信装置５ａ用のフィルムアンテナ６と、蓋本体３の外面側に形成された取付溝とを備える。この取付溝はフィルムアンテナ６に応じた形状および大きさに形成され、取付溝内にフィルムアンテナ６が設置されている。【選択図】図１

Description

本発明は、管渠内施設の下水道幹線などの維持管理に必要な情報を取得し、取得した情報を外部に送信可能なアンテナ付きマンホール蓋に関する。

周知のように地下には上水道管・下水道管・ガス管・電力ケーブル・通信ケーブルなどが埋設され、近年は下水道管内を監視して種々のデータを測定するニーズが高まっている。

例えば（１）都市部の豪雨による水害対策として下水道管渠内の水位データの把握、（２）下水道管理のために下水道管渠内の水質データ（硫化水素量など）の測定、（３）東京都のように広域に複雑な下水道管機渠内が張り巡らされて複数のポンプ場や処理場のある下水施設では諸々の流入量を測定し、施設全体で最適な下水処理を計画し制御したい等のニーズがあった。

そこで、下水道管渠内の測定データをクラウドサーバに携帯電話網を通じて伝送する通信機能を備えたマンホール蓋が提案されている。このマンホール蓋用のアンテナとしては特許文献１が公知となっている。

この特許文献１のアンテナは、マンホール蓋（鉄蓋）のアンテナ格納部内に格納され、給電ケーブルにアンテナ素子（エレメント）を左右対称に配置したダイポールアンテナにより構成されている。なお、前記アンテナ格納部は、アンテナ格納後にアクリル製の保護カバーにより閉塞される。

特開２０１５−１２５０４ 特開２００１−０９４３２８ 特開２００８−１０９５５６

特許文献１のアンテナは、前述のようにマンホール蓋の表面に横断面凹状の窪みとして形成されたアンテナ格納部内に格納されている。しかしながら、特許文献１のアンテナは取付寸法が大きいため、アンテナ格納部の窪み容積を大きくしなければならず、マンホール蓋の強度に影響を与え、その強度悪化を招くおそれがある。

そこで、マンホール蓋の強度を確保すべく、その構造を強化（厚く）する対策が採られるが、これではコスト高を招くおそれがある。また、アンテナ格納部の面積が大きければ、保護カバーの面積も大きくする必要があり、マンホール蓋の耐スリップ性を悪化させるおそれもあった。

本発明は、このような従来の問題を解決するためになされ、アンテナ付きマンホール蓋の強度・コスト・耐スリップ性の悪化を抑制することを解決課題（目的）としている。

本発明は、管渠に連通するマンホールの地上側の開口部を閉塞する蓋本体と、前記管渠内の維持管理に必要なデータを計測する計測部の計測データを送信する通信装置と、前記通信装置に電源供給する電源部と、前記通信装置用のフィルムアンテナと、前記蓋本体の外面側において前記フィルムアンテナに応じた形状および寸法に形成された取付溝と、を備え、前記フィルムアンテナが、前記取付溝内に設置されている。

前記取付溝の溝底と前記フィルムアンテナとの間に樹脂製のスペーサーが介装されていることが好ましい。また、前記フィルムアンテナの一態様は、蓋本体の外面側に保護カバーを備えている。

前記フィルムアンテナの他の態様は、前記保護カバーと反対方向に垂直に突出する導電パターンを備えている。この前記導電パターンは前記通信装置のアンテナケーブルに接続される。

なお、前記蓋本体には直交する方向で二つの前記取付溝を形成してもよい。この場合には前記蓋本体の周方向９０度の位置に前記取付溝がそれぞれ形成されるものの、前記両取付溝のそれぞれに前記フィルムアンテナを設置してもよく、一方の前記取付溝のみに前記フィルムアンテナを設置してもよい。

本発明によれば、アンテナ付きマンホール蓋の強度・コスト・耐スリップ性の悪化を抑制することができる。

本発明の実施形態に係るアンテナ付きマンホール蓋が適用されるマンホールの概略図。 （ａ）はフィルムアンテナのアンテナ本体の平面図、（ｂ）はフィルムアンテナの正面図、（ｃ）は（ｂ）の側面図。 蓋本体の平面図。 フィルムアンテナの取付経過を示す縦断面図。

以下、本発明の実施形態に係るアンテナ付きマンホール蓋を説明する。このマンホール蓋は、下水道管渠に連通するマンホールの地上側の開口部を閉塞し、既存の構造的設備のマンホール蓋を交換するだけで管渠内の設備維持情報を計測するシステムの構築を実現させている。

≪全体構成≫
図１に基づき前記アンテナ付マンホール蓋の全体構成を説明する。このアンテナ付きマンホール蓋１は、特許文献１と同様に通信装置５ａと電源部５ｂとを組み込んだユニット構成からなり、下水道管渠Ｄに連通するマンホールＭの上端開口部２を閉塞している。

具体的にはアンテナ付きマンホール蓋１は、マンホールＭの上端開口部２に設置された受枠（図示省略）に蝶番（図示省略）を介して開閉自在に連結された円盤状の蓋本体（鉄蓋）３と、下水道管渠Ｄ内の維持管理に必要なデータを計測する計測部（例えば水位センサなど）４と、計測部４の計測データ（例えば水位データなど）を無線通信によりデータ送信する通信装置５ａと、通信装置５ａのデータ送受信用のフィルムアンテナ６と、通信装置５ａに電源供給する電源部５ｂとを備えている。この通信装置５ａは、計測部４の計測データを無線通信により上位サーバに情報伝達する無線通信機器（例えば無線通信端末装置など）により構成されている。

アンテナ付きマンホール蓋１によれば、複数のマンホールＭに設置されたアンテナ付きマンホール蓋１によりメッシュネットワークを構築し、信頼性の高い情報伝達ルートを構築することができる。

なお、電源部５ｂは、主に消費電力と寸法の両条件を満たすリチウム１次電池が使用され、４個直列のＢＯＸを２個並列接続して電池容量を倍増させてもよく、充電式の二次電池や発電デバイスとの組み合わせによる電源を用いてもよい。

≪フィルムアンテナ６の構成等≫
アンテナ付きマンホール蓋１は、特許文献１のダイポール型アンテナに代わってフィルムアンテナ６を採用し、通信性能の向上と設置面積および設置容積の縮小を図っている。

このフィルムアンテナ６は、蓋本体３に形成された取付溝１２（図３参照）内に設置されて取り付けられている。この取付溝１２は、前記地上側に露出する蓋本体３の外面（表面）３ａ側に形成されている。

（１）まず、図２に基づきフィルムアンテナ６を説明する。ここでは一例として携帯電話の「８００ＭＨｚ帯」を使用する場合におけるフィルムアンテナ６を説明する。

このフィルムアンテナ６は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、保護フィルム９にアンテナ素子（エレメント）８のパターンを導電印刷や打ち抜き加工などで形成したアンテナ本体７と、アンテナ本体７の上部に取り付けられたポリカーボネイト製の保護カバー１０とを備え、アンテナ素子８により波長「１／４λ」のアンテナに構成されている。

ここで図２（ａ）中の「Ｌ１」はアンテナ本体７の幅方向の長さを示し、同「Ｌ２」はアンテナ本体７の長手方向の長さを示している。ここでは「Ｌ１＝１０ｍｍ」および「Ｌ２＝１００ｍｍ」と設定され、アンテナ本体７は縦長長方形の板状に形成されている。ただし、「８００ＭＨｚ帯」以外の他の周波数帯に対応させる場合には寸法は変更されるものとする。

保護フィルム９は、適度の柔軟性と適度の剛性とを併せ持つ透光性樹脂フィルム（例えばポリエステル樹脂など）で形成されている一方、アンテナ素子８は、細長い薄膜導体（例えば銅製のストリップ銅線など）により構成されている。なお、保護フィルム９の各側端部には、一例として４個の貫通孔９ａが等間隔に形成されているが、かかる貫通孔９ａの個数は適宜変更されるものとする。

このアンテナ素子８の長手方向中央部には、図２（ｂ）（ｃ）に示すように、通信装置５ａのアンテナケーブル５ｃのコネクタ１１を差し込んで接続される導電パターン８ａが形成されている。この導電パターン８ａは、アンテナ素子８から保護カバー１０の反対方向に垂直に突出形成されている。

保護カバー１０は、横断面逆凹状に形成され、その肉厚が耐荷重性を考慮して定められている。この保護カバー１０には、貫通孔９ａに連通する連通孔１０ａ（図４参照）が形成されている。なお、保護カバー１０は、アンテナ本体７の上面、即ち保護フィルム９の上面に接着されて取り付けられている。

（２）つぎにフィルムアンテナ６が設置される取付溝１２を説明する。このフィルムアンテナ６は指向性があり、またＬＴＥ（Long Term Evolution）通信を利用する場合には二本のアンテナが必要となる。

そこで、図３に示すように、蓋本体３に二つの取付溝１２を形成し、さらに両取付溝１２を中心点Ｐおいて直交する位置、即ち「弧度（radian）θ＝９０度」の位置に形成した。このとき両取付溝１２は、それぞれ蓋本体３の外周縁の内周側に形成され、蓋本体３の周方向９０度の位置に配置されている。

各取付溝１２は、フィルムアンテナ６に応じた形状、即ち相似形の縦溝に形成されているとともに、フィルムアンテナ６と略同等な大きさ（寸法，サイズ）に形成されている。具体的には各取付溝は、図２および図３に示すように、底壁（溝底）１２ａと各側壁１２ｂ，１２ｃとを備え、各壁１２ａ，１２ｂ，１２ｃ内の空間にフィルムアンテナ６が挿入可能となっている。

また、底壁１２ａの中央部にはアンテナケーブル５ｃの導入口１５に連通する連通空間１６が形成されている一方、底壁１２ａの側壁１２ｂ側には貫通孔９ａ・連通孔１０ａに連通する雌ねじ孔１４が形成されている。この雌ねじ孔１４にウレタン樹脂製のスペーサー１３を介して、固定ねじ１７を締結することでフィルムアンテナ６が取付溝１２に設置される。このスペーサー１３は、底壁１２ａに応じた大きさのフレーム状に形成され、前記各孔９ａ，１０ａ，１４に連通する孔部１３ａを備えている。

≪フィルアンテナの取付作業等≫
以下、フィルムアンテナ６を取付溝１２に設置する取付作業を説明する。ここでＬＴＥ通信などの「ＭＩＭＯ（multiple-input and multiple-output)」を利用する場合には二本のフィルムアンテナ６が必要なため、各取付溝１２に対してフィルムアンテナ６の取付作業が実施される。一方、フィルムアンテナ６が一本でよい場合（例えば３Ｇ通信を利用する場合など）には利得が高くなるいずれかの取付溝１２に対して取付作業を実施すればよい。

具体的な作業を説明すれば、まず導入口１５および連通空間１６を通してコネクタ１１を取付溝１２内に引き込んだ後、図４中の矢印Ｓ１に示すように、コネクタ１１に導電パターン８ａを差し込んで接続する。このとき導電パターン８ａは保護カバー１０の反対側、即ち取付溝１２側に突出しているため、コネクタ１１を差し込みし易く、作業性がよい。

つぎに底壁１２ａへのスペーサー１３の載置後、矢印Ｓ２に示すように、フィルムアンテナ６を取付溝１２内に挿入してスペーサー１３上に載せる。これにより底壁１２ａとフィルムアンテナ６との間にスペーサー１３が介装され、磁性体である蓋本体３の影響を緩和することができる。

その後に固定ねじ１７の軸部を前記各孔９ａ，１０ａ，１３ａを通して雌ねじ孔１４に締結すれば、フィルムアンテナ６が取付溝１２に設置される。これにより以下の効果を得ることができる。

（１）マンホール蓋の製造コストの低減
アンテナ付きマンホール蓋１は、フィルムアンテナ６を採用するため、取付溝１２の設置容積が小さい。したがって、取付溝１２の蓋本体３の強度に与える影響は少なく、特許文献１のように蓋本体３の構造を強化（厚く）する必要はない。これにより蓋本体３の材料費などを抑えることができ、この意味で製造コストを低減することができる。

（２）耐スリップ性の向上
アンテナ付きマンホール蓋１は、フィルムアンテナ６を採用するため、取付溝１２の開口面積が小さい。その結果、取付溝１２を閉塞する保護カバー１０の面積を小さくすることができる。

そうすると、取付溝１２の形成により蓋本体３の外面から耐スリップ用の凹凸模様の一部が無くなるものの、保護カバー１０の面積は極めて小さく、特許文献１よりも耐スリップ性が良い。

（３）アンテナ性能の向上
蓋本体３から携帯電話の基地局を見れば、仰角の少ない方向に基地局アンテナが存在する場合が多く、アンテナの指向性として低仰角での利得を得るため、可能な限り蓋本体３の外面に近い箇所にアンテナを取り付けることが好ましい。

この点についてアンテナ付きマンホール蓋１は、設置容積の小さなフィルムアンテナ６を採用しているため、保護カバー１０を薄くすることができる。これによりアンテナ素子８を蓋本体３の外面３ａに近い位置に設置でき、アンテナの利得を大幅に向上させることができる。また、指向性が直交する形で二つのフィルムアンテナ６を蓋本体３に設置可能なため、基地局の方向に向けて利得が良好となるよう設置でき、利得向上が期待できる。

なお、特許文献２にはマンホール蓋自体をグランドプレーンとして利用する発明が開示され、マンホール蓋自体に特別な加工が不要な点を特徴としているが、無指向性であることなどからアンテナ付きマンホール蓋１よりもアンテナとしての性能が劣ると考えられる。

（４）ＬＴＥ通信への対応
前述のようにＬＴＥ通信では二本のアンテナが必要となるが、特許文献１では一本のアンテナしか取り付けることができなかった。これに対してアンテナ付きマンホール蓋１によれば、蓋本体３の二カ所に取付溝１２が形成されているため、ＬＴＥ通信への対応が可能となった。

（５）アンテナコストの低減等
アンテナ付きマンホール蓋１では、フィルムアンテナ６を用いているため、アンテナ構造がシンプルであり、この点でアンテナコストが抑制でき、コスト低減が図れる。また、フィルムアンテナ６は、アンテナ本体７と保護カバー１０とが接着されて一体となった構造で提供されるため、取付溝１２への取付作業が容易である。

≪利用範囲の拡大≫
特許文献３には、マンホール蓋の空気穴を利用したアンテナが開示されているが、一般的に汚水系統のマンホール蓋には匂い対策等から空気孔は設けられていなく、特許文献３は雨水系統の下水道マンホールにしか利用できない。

これに対してアンテナ付きマンホール蓋１によれば、取付溝１２はフィルムアンテナ６により閉塞されるため、汚水系統のマンホール蓋にも利用でき、特許文献３よりも利用範囲が広い。

なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載された範囲内で変形して実施することができる。例えば前記実施形態では、取付作業の容易性を考慮して予めアンテナ本体７に保護カバー１０を接着したフィルムアンテナ６を提案したが、それぞれ別々に提供して施工現場でアンテナ本体７に保護カバー１０を取り付けるタイプとすることもできる。また、スペーサー１３は、あらかじめ取付溝１２の底壁１２ａ上に接着しおいてもよいものとする。

１…アンテナ付きマンホール蓋
２…マンホールＭの上端開口部
３…蓋本体
４…計測部
５ａ…通信装置
５ｂ…電源部
５ｃ…アンテナケーブル
６…アンテナ
７…アンテナ本体
８…アンテナ素子（エレメント）
８ａ…導電パターン
９…保護フィルム
９ａ…貫通孔
１０…保護カバー
１０ａ…連通孔
１１…コネクタ
１２…取付溝
１２ａ…底壁（溝底）
１２ｂ，１２ｃ…側壁
１３…スペーサー
１３ａ…孔部
１４…雌ねじ孔
１５…導入口
１６…連通空間
１７…固定ボルト

Claims (5)

1. 管渠に連通するマンホールの地上側の開口部を閉塞する蓋本体と、
   前記管渠内の維持管理に必要なデータを計測する計測部の計測データを送信する通信装置と、
   前記通信装置に電源供給する電源部と、
   前記通信装置用のフィルムアンテナと、
   前記蓋本体の外面側において前記フィルムアンテナに応じた形状および寸法に形成された取付溝と、を備え、
   前記フィルムアンテナが前記取付溝内に設置されたアンテナ付きマンホール蓋。
2. 前記取付溝の溝底と前記フィルムアンテナとの間に樹脂製のスペーサーが介装された請求項１記載のアンテナ付きマンホール蓋。
3. 前記フィルムアンテナが蓋本体の外面側に保護カバーを備えている請求項１または２記載のアンテナ付きマンホール蓋。
4. 前記フィルムアンテナが前記保護カバーと反対方向に垂直に突出する導電パターンを備え、
   前記導電パターンが前記通信装置のアンテナケーブルに接続された請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンテナ付きマンホール蓋。
5. 前記蓋本体には直交する方向で二つの前記取付溝が形成された請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンテナ付きマンホール蓋。

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