JP4372779B2

JP4372779B2 - 防爆アンテナ

Info

Publication number: JP4372779B2
Application number: JP2006246457A
Authority: JP
Inventors: 弘治南出; 大介南出
Original assignee: Orient Brains Co., Ltd.
Current assignee: Orient Brains Co., Ltd.
Priority date: 2006-09-12
Filing date: 2006-09-12
Publication date: 2009-11-25
Anticipated expiration: 2026-09-12
Also published as: JP2008072176A

Description

本発明は、工場のプラント等で使用される防爆アンテナに関するものである。

近年、石油精製や石油化学等の危険物を取り扱うプラントでは、安全監視のため、無線ＬＡＮ（Local Area Network）網の構築二−ズが高まっている。

従来、このような工場内の無線ＬＡＮ網に使用される防爆アンテナとして、ロッド（棒状）タイプのアンテナが既に実用化されている。しかし、ロッドタイプのアンテナでは、到達距離や伝達データ量が少なく、監視カメラの映像を伝送したり、パソコン間でデータを送受信したりするには性能が不足している。

このため、より伝送距離、伝達容量の大きい平面アンテナのニーズが高まっている。このような平面アンテナを使用した防爆アンテナとして、例えば、筐体の内部に、平面アンテナ及び無線基地局装置を収納したものが公知である（例えば、特許文献１参照）。この防爆アンテナでは、筐体のうち、平面アンテナとの対向面を非金属材料で構成することにより、筐体の外部にアンテナを突出させることなく、外部との送受信を行うことができるようになっている。
特開２００５−３４８５４２号公報

しかしながら、前記従来の防爆アンテナでは、アンテナのみならず無線基地局装置をも筐体内に収納した構成となっている。このため、非常に大型で、高価なものとなる。また、アンテナとの対向面が非金属材料で構成された筐体内に収納するように構成されている。実際には、筐体は耐熱ガラスで構成されており、電波が届く範囲が制限されている（約１００ｍ）。このため、プラント等の広い場所であれば、多数必要となり、大型で、重量が大きく、しかも高価なため、実用的ではない（実際の商品については、http://www.miyaki-elec.co.jp/hp/catalog/boubaku/eap-50.pdfを参照）。

そこで、本発明は、小型・軽量で、安価な上、長距離での電波の送受信を実現できる防爆アンテナを提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、
防爆アンテナを、
アース板に対し、ラジエータ素子及び無給電素子を順次平行に配置してなり、前記ラジエータ素子は前記無給電素子からはみ出したはみ出し部を備え、前記アース板と前記無給電素子とを互いに電気接続してなるアンテナ部と、
前記アース板に装着され、前記ラジエータ素子及び前記無給電素子を封止状態で覆うフロントパネルと、
前記アース板を貫通し、前記フロントパネルによって形成された内部空間で露出する芯線に圧着端子を接続され、該圧着端子が前記ラジエータ素子のはみ出し部に固定されるケーブルと、
前記アース板に固定され、前記ケーブルのアース板からの引出部分が収容される接続箱と、
前記アース板と前記接続箱の間に配設され、前記ケーブルが貫通し、前記アース板に圧接してケーブルの周囲を封止する鍔部と、前記接続箱を貫通して内部に延び、ケーブルを接続箱の内部へと導く筒部とからなるケーブルホルダと、
を備えた構成としたものである。

この構成により、アンテナ部をフロントパネルで覆い、引き出したケーブルの一部を接続箱で覆うだけで防爆アンテナを形成することができる。形成された防爆アンテナは、小型で軽量な上、前記部品のみで構成することができるので、安価に制作可能である。また、ケーブルの芯線をラジエータ素子に接続するのに圧着端子を使用することにより、強固な接続状態を得ることができる。このため、アンテナ性能に優れ、長期に亘って良好な状態で使用することが可能である。また、フロントパネルで覆われた内部空間から引き出すケーブルを、ケーブルホルダによって封止状態で接続箱へと導くことができる。しかも、アース板への接続箱の固定を、ケーブルホルダと共に一括して行うことが可能となる。

前記アース板と前記無給電素子の間に位置する第１支持部と、
前記アース板と前記ラジエータ素子の間に位置する第２支持部と、
からなるスペーサを備え、
前記第１支持部は、貫通孔を形成されることにより、この貫通孔と、アース板と無給電素子にそれぞれ形成した貫通孔とに挿通されるボルトと、このボルトに螺合されるナットとによりアース板に対して無給電素子を一体化すると共に電気接続し、
前記第２支持部は、ラジエータ素子がネジにより固定され、
前記無給電素子は、前記ネジとの間に所定の絶縁距離を確保するための逃がし孔を形成されるようにするのが好ましい。

前記アース板は、通気を可能とすると共に、蒸気を内部空間から外部へのみ排出可能なベントフィルタを備えるのが好ましい。

前記アース板への前記接続箱の固定場所を、前記アース板の一部とすることにより、フロントパネル側のみならず、該フロントパネルとは反対側でも電波を送受信可能とするのが好ましい。

この構成により、電波を広範囲に伝播させることができ、少ない数の防爆アンテナで無線ＬＡＮ網を構築することが可能となる。

本発明によれば、アンテナ部をフロントパネルで覆い、ケーブルの引出部分を、アンテナ部に固定する接続箱で覆った構成としたので、シンプルで小型な上、安価に製作することができる。ケーブルの芯線をラジエータ素子に接続するのに圧着端子を使用できるようにしたので、所望のアンテナ性能を長期に亘って維持することが可能である。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しつつ説明する。なお、以下の説明では、図１での上下左右をそのまま方向（位置）を示す用語として使用する。

図１乃至図３は、本実施形態に係る防爆アンテナ１を示す。この防爆アンテナ１は、大略、フロントパネル２に、アンテナ部３を装着し、接続箱４を介してケーブル５を引き出した構成である（本実施形態では、図１に示すフロントパネル２の寸法が、縦×横＝約１０ｃｍ×約１０ｃｍの非常にコンパクトな構成となっている。）。

フロントパネル２は、図６に示すように、ＡＥＳ樹脂(アクリロニトリル／エチレン−プロピレン−ジエン／スチレンプラスチック）を成形加工することによりドーム状としたものである。フロントパネル２の内面には十字にリブ６が形成され、膨出部分の補強が図られている。また、フロントパネル２の開口縁部の内側には、この開口縁部に沿って所定間隔でガイド部７が設けられることにより略Ｖ字形の溝部８が形成されている。この溝部８にはシリコン製のパッキン９が配置される。さらに、フロントパネル２の内側４隅にはボルトＢ１が螺合されるボス部１０が形成されている。

アンテナ部３は、図４に示すように、アース板１１、ラジエータ素子１２、及び、無給電素子１３で構成されている。

アース板１１は、図７に示すように、ステンレス製で、平面視矩形状の板材で構成されている。アース板１１の４隅には、前記フロントパネル２の各ボス部１０に対応する位置に第１取付孔１４がそれぞれ形成されている。また、アース板１１には、上側に形成される２つの第１取付孔１４の中間部分に開口部１５が形成され、そこにはベントフィルタ１６が装着されている（この位置は、アンテナ性能に与える影響の少ない位置として選択されている）。ベントフィルタ１６には、空気を挿通可能であるが、蒸気は一方向のみ、すなわちフロントパネル２の内部から外部へのみ通過可能とする素材が使用されている（例えば、ゴアテックス（登録商標）が使用できる。）。また、アース板１１には、前記開口部１５とは反対側にコード用挿通孔１７が形成され、その周囲４箇所には第２取付孔１８が形成されている。さらに、アース板１１には、中心位置の両側に第３取付孔１９が形成され、その一方の近傍にはネジ穴２０が形成されている。

ラジエータ素子１２は、図８に示すように、真鍮を平面視矩形状の薄板とし、その表面にニッケルメッキを施したものである。ラジエータ素子１２の両側中央部には切欠１２ａがそれぞれ形成され、その近傍には貫通孔１２ｂがそれぞれ穿設されている。また、ラジエータ素子１２の下縁側には、後述するケーブル５が挿通するケーブル挿通孔２１と、芯線５ａの先端に固定した圧着端子５ｂを固定するためのボルト穴２２とが形成されている。また、ケーブル挿通孔２１の近傍２箇所には逃がし孔１２ｃが形成されている。

無給電素子１３は、図４に示すように、前記ラジエータ素子１２と同様に、真鍮を平面視矩形状の薄板とし、その表面をニッケルメッキしたものである。無給電素子１３の下縁には切欠１３ａが形成されている。また、無給電素子１３には、２箇所の逃がし孔１３ｂと、各逃がし孔の近傍にそれぞれ設けた貫通孔（図示せず）とが形成されている。

ラジエータ素子１２及び無給電素子１３は、スペーサ２３を介して前記アース板１１に固定される。このとき、ラジエータ素子１２に対する無給電素子１３の固定位置は、図４（ａ）に示すように、若干（ここでは、数ｍｍ程度）上方にずらせた位置とする。これにより、後述するようにケーブル５の芯線５ａに圧着端子２９を接続し、この圧着端子２９をラジエータ素子１２にボルトＢ２・ナットＮ２により固定する場合であっても、所望のアンテナ性能を維持しつつ、ボルトＢ２の頭部（又はナットＮ２）に対する絶縁距離を確保することができる。

スペーサ２３は、図４（ｂ）に示すように、ポリオキシメチレン（polyoxymethylene）を成形加工することにより、高さの異なる第１支持部２４と第２支持部２５とを形成したものである。第１支持部２４には貫通孔２４ａが形成され、第２支持部２５には雌ネジ部２５ａが形成されている。また、第１支持部２４と第２支持部２５との間には、前記雌ネジ部２５ａとは反対側の面に逃がし凹部２３ａが形成されている。第１支持部２４は、アース板１１と無給電素子１３の間に位置する。両部材１１、１３は、アース板１１の第３取付孔１９からボルトＢ３を挿通し、スペーサ２３の貫通孔２４ａ、さらには無給電素子１３の貫通孔１３ｃを貫通させてナットＮ３を螺合することにより一体化される。これにより、アース板１１と無給電素子１３とが同電位となり、アース接続されることになる。また、第２支持部２５は、アース板１１とラジエータ素子１２の間に位置し、ラジエータ素子１２はボルトＢ４を雌ネジ部２５ａに螺合することによりスペーサ２３に一体化される。

接続箱４は、図２及び図３に示すように、箱本体２６、蓋体２７、及び、箱本体２６に接続されたケーブルグランド２８で構成されている。

箱本体２６及び蓋体２７は、アルミダイカスト製で、箱本体２６の底面には連通孔２６ａが形成され、その周囲４箇所には取付孔２６ｂが穿設されている。ケーブルグランド２８は、箱本体２６からケーブル５を引き出す部分での封止状態を確保する。

ケーブル５は、図５に示すように、一端部で露出する芯線５ａに圧着端子２９が接続されている。圧着端子２９は、先端のドーナツ状の接続部２９ａが前記ラジエータ素子１２に形成したボルト穴２２にボルトＢ２及びナットＮ２により固定される。また、ケーブル５の一端側にはケーブルホルダ３０が設けられている。一方、ケーブル５の他端側には引込器具３１が設けられ、他端部には接栓３２が接続されている。

ケーブルホルダ３０は、図９に示すように、外周面をローレット加工された筒状部３３と、その一端側の鍔部３４とで構成されている。鍔部３４の端面には中心孔３０ａの周囲に環状溝３０ｂが形成され、そこにはＯリング３５が配設されている。また、鍔部３４の４隅には、前記箱本体２６の連通孔２６ａに対応する貫通孔３４ａが穿設されている。ケーブルホルダ３０は、アース板１１と箱本体２６の間に配置される。そして、箱本体２６の連通孔２６ａを介してボルトＢ３を挿通し、ケーブルホルダ３０の中心孔３０ａからアース板１１の第２取付孔１８を貫通してナットＮ３を螺合することにより、これらは一体化される。なお、前記筒状部３３はケーブル５が挿通された状態で、ポリオレフィン製の熱収縮チューブ３６で覆われる。また、ナットＮ５と、箱本体２６との間には、防水パッキン３７及びパッキン押え板３８を介在させることにより、箱本体２６の連通孔２６ａでの防水性が確保されている。また、ボルトＢ５の頭部と、アース板１１との間にも、図示しないパッキンが設けられることにより、第２取付孔１８の防水性が保たれている。

前記構成の防爆アンテナ１は次のようにして組み立てる。

まず、スペーサ２３にラジエータ素子１２を固定し、アース板１１に、スペーサ２３を介して無給電素子１３を固定する。このとき、アース板１１、ラジエータ素子１２、及び、無給電素子１３の間には、３ｍｍ以上の最短距離（絶縁距離）が確保される。また、アース板１１に無給電素子１３を固定する際、無給電素子１３の両側部には切欠１３ａが形成されているため、ナットＮ３と無給電素子１３との間にも３ｍｍ以上の絶縁距離を確保することができる。さらに、スペーサ２３へのラジエータ素子１２の固定に使用されるボルトＢ４の頭部がラジエータ素子１２の上面から突出することになるが、その上方の無給電素子１３には逃がし孔１３ｂが形成されているため、ボルトＢ４と無給電素子１３の間にも３ｍｍ以上の絶縁距離を確保することができる。

次に、アンテナ部３、詳しくはアース板１１に接続箱４を固定する。接続箱４の固定では、まず箱本体２６の下端面にケーブルグランド２８を固定し、ケーブル５を挿通させる。そして、アース板１１と箱本体２６とは、両者の間にケーブルホルダ３０を介在させた状態で、ボルトＢ５・ナットＮ５により固定一体化する。そして、箱本体２６に蓋体２７を被せて特殊ボルトＢ６（一般のドライバーでは開放できないもの）で接続箱４を完成する。このようにして固定された接続箱４は、アンテナ部３の下半分の中央部分のみを占有する。したがって、ラジエータ素子１２で送受信される電波を、フロントパネル２を設けた前方側のみならず、接続箱４を固定した後方側（詳しくは、主に接続箱４のない上半部）でも伝播させることが可能となる。

さらに、ラジエータ素子１２にケーブル５を接続する。ケーブル５の接続では、ラジエータ素子１２のケーブル挿通孔２１にケーブル５を挿通し、芯線５ａに圧着端子２９を圧着してボルトＢ２・ナットＮ２により圧着端子２９の接続部をボルト穴２２に固定する。ラジエータ素子１２への芯線の接続に、圧着端子２９を使用してボルトＢ２・ナットＮ２により固定する方法を採用しているため、接続状態は強固なものとすることができる。また、圧着端子２９の固定部分（正確には、ナットＮ２）と、この部分に対向する無給電素子１３との間には、前述のように、無給電素子１３の縁部に形成した切欠１３ａにより十分な絶縁距離（３ｍｍ以上）を確保することができる。

その後、アース板１１にフロントパネル２を装着する。フロントパネル２の装着では、フロントパネル２の内側に形成した溝部８にパッキン９を介在させた状態で、アース板１１の第１取付孔１４からボス部１０にボルトＢ１を螺合する。これにより、内部空間は密封状態となる。但し、アース板１１には、前述のように、予めベントフィルタ１６が装着されている。したがって、内部で発生した蒸気はベントフィルタ１６を介して外部に排出可能である。

なお、前記各部材の固定で使用したボルトのうち、外部に露出するものについては、特殊ボルトを使用して市販のドライバーでは開放できないようにする。また、使用場所に応じてボルト部分をエポキシ樹脂等によって完全に被覆するのが好ましい。これにより、防爆アンテナ１の内部空間への水等の侵入をより一層確実に防止することが可能となる。

このようにして完成した防爆アンテナ１は、アンテナ部３をフロントパネル２で覆い、接続箱４を固定しただけの小型でシンプルな構成であり、安価に製作することができる。また、例えば、接続箱４にＵ字形のベルト（図示せず）を取り付け、このベルトを鉄柱等に巻き付けることにより、防爆アンテナ１を工場内の適宜場所に設置して、工場内に構築される無線ＬＡＮでの信号の送受信に使用できる。前記構成の防爆アンテナ１によれば、工場電気設備防爆指針で２種の危険場所での使用が可能である。

この場合、図１０に示すように、防爆アンテナ１から延びるケーブル５には制御装置（無線ＬＡＮボックス）３７を接続する。また、制御装置３７には、ケーブル５を介して防爆カメラ３８（例えば、特許第３５２６８１４号参照）を接続する。制御装置３７には、必要に応じてパソコン３９を接続することも可能である。また、工場内あるいは工場外にも防爆アンテナ１を設け、そのケーブルにはハブ４１を介してサーバ４０を接続する。ここでは、防爆アンテナ１を２．４ＧＨｚ帯で使用するが、２．５ＧＨｚ帯等、他の帯域で使用することも可能である。そして、例えば、防爆カメラ３８で撮影した映像データを、サーバ４０との間で送信する場合には、通信距離を約１２００ｍとすることができる。また、防爆カメラ３８を２台接続すれば、データ量は倍になるので、通信距離は６００ｍとなる。さらに、パソコン３９のデータ通信であれば、約２０００ｍの伝送が可能である。

本実施形態に係る防爆アンテナの正面図である。図１の背面図である。図１の側面図である。（ａ）はアンテナ部の正面図、（ｂ）はその平面図である。（ａ）は図４に示す圧着端子の取付部分の拡大図、（ｂ）はその平面図である。（ａ）はフロントパネルの背面図、（ｂ）はその断面図である。アース板の正面図である。ラジエータ素子の正面図である。（ａ）はケーブルホルダの正面図、（ｂ）はその断面図である。本実施形態に係る防爆アンテナの使用状態を示す概略構成図である。

符号の説明

１…防爆アンテナ
２…フロントパネル
３…アンテナ部
４…接続箱
５…ケーブル
５ａ…芯線
６…リブ
７…ガイド部
８…溝部
９…パッキン
１０…ボス部
１１…アース板
１２…ラジエータ素子
１２ａ…切欠
１２ｂ…貫通孔
１２ｃ…逃がし孔
１３…無給電素子
１３ａ…切欠
１３ｂ…逃がし孔
１３ｃ…貫通孔
１４…第１取付孔
１５…開口部
１６…ベントフィルタ
１７…コード用挿通孔
１８…第２取付孔
１９…第３取付孔
２０…ネジ穴
２１…ケーブル挿通孔
２２…ボルト穴
２３…スペーサ
２３ａ…逃がし凹部
２４…第１支持部
２４ａ…貫通孔
２５…第２支持部
２５ａ…雌ネジ部
２６…箱本体
２６ａ…連通孔
２６ｂ…取付孔
２７…蓋体
２８…ケーブルグランド
２９…圧着端子
２９ａ…接続部
３０…ケーブルホルダ
３０ａ…中心孔
３０ｂ…環状溝
３１…引込器具
３２…接栓
３３…筒状部
３４…鍔部
３４ａ…貫通孔
３５…Ｏリング
３６…熱収縮チューブ
３７…防水パッキン
３８…パッキン押え板

Claims

アース板に対し、ラジエータ素子及び無給電素子を順次平行に配置してなり、前記ラジエータ素子は前記無給電素子からはみ出したはみ出し部を備え、前記アース板と前記無給電素子とを互いに電気接続してなるアンテナ部と、
前記アース板に装着され、前記ラジエータ素子及び前記無給電素子を封止状態で覆うフロントパネルと、
前記アース板を貫通し、前記フロントパネルによって形成された内部空間で露出する芯線に圧着端子を接続され、該圧着端子が前記ラジエータ素子のはみ出し部に固定されるケーブルと、
前記アース板に固定され、前記ケーブルのアース板からの引出部分が収容される接続箱と、
前記アース板と前記接続箱の間に配設され、前記ケーブルが貫通し、前記アース板に圧接してケーブルの周囲を封止する鍔部と、前記接続箱を貫通して内部に延び、ケーブルを接続箱の内部へと導く筒部とからなるケーブルホルダと、
を備えたことを特徴とする防爆アンテナ。
前記アース板と前記無給電素子の間に位置する第１支持部と、
前記アース板と前記ラジエータ素子の間に位置する第２支持部と、
からなるスペーサを備え、
前記第１支持部は、貫通孔を形成されることにより、この貫通孔と、アース板と無給電素子にそれぞれ形成した貫通孔とに挿通されるボルトと、このボルトに螺合されるナットとによりアース板に対して無給電素子を一体化すると共に電気接続し、
前記第２支持部は、ラジエータ素子がネジにより固定され、
前記無給電素子は、前記ネジとの間に所定の絶縁距離を確保するための逃がし孔を形成されることを特徴とする請求項１に記載の防爆アンテナ。
前記アース板は、通気を可能とすると共に、蒸気を内部空間から外部へのみ排出可能なベントフィルタを備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の防爆アンテナ。
前記アース板への前記接続箱の固定場所を、前記アース板の一部とすることにより、フロントパネル側のみならず、該フロントパネルとは反対側でも電波を送受信可能としたことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の防爆アンテナ。