JP5044675B2 - 無線通信機器、アンテナの固定構造およびアンテナの固定方法 - Google Patents

無線通信機器、アンテナの固定構造およびアンテナの固定方法 Download PDF

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Description

本発明は、無線通信機器、無線通信機器用ケース、無線通信機器におけるアンテナの固定構造、およびアンテナの固定方法に関するものである。
従来、パーソナルコンピュータの汎用ポート、例えばUSBポートに装着して、無線通信機能を実現する機器が用いられている。こうした無線通信機器は、無線LANなどへの接続機能を有しないノート型パーソナルコンピュータ等において、無線通信の機能を実現するために用いられている。
こうしたパーソナルコンピュータの周辺機器は、常に小型化が図られているが、無線通信機器の場合には、電波を受信または送信するためのアンテナが、更なる小型化を図る上での隘路となっていた。一般にアンテナの長さは、使用される電波の波長の1/2または1/4程度とされる。5GHzの無線LANに用いる無線通信機器では、波長の1/4としたアンテナの長さは、およそ15ミリとなる。
こうしたアンテナを小型化した無線通信機器の内部に収納する場合、無線通信機器を構成するパーツを搭載した基板上の電気回路となんらの方法で電気的な接続を取らねばならない。もっとも簡単な接続方法は、半田付けだが、電子基板にアンテナを半田付けするのは工数がかかるため、スプリングを用いて、アンテナを端子(電極パターン)に押圧して固定する方法なども提案されている(例えば、下記特許文献1参照)。
特開2003−218628号公報
しかしながら、小型化の要請の下、アンテナ自体の幅も小さくされてきており、スプリングなどを使って、アンテナを基板に確実に押圧することは困難になりつつあった。本願は、かかる課題を解決し、小型化された無線通信機器においてアンテナを確実に固定することを目的としてなされた。
本発明は、上述の課題の少なくとも一部を解決するためになされたものであり、以下の形態又は適用例として実現することが可能である。すなわち、本発明の無線通信機器は、
アンテナを収納した無線通信機器であって、
無線通信用電子部品を搭載した基板を内部に収容する収容体の一端に、前記アンテナを弾性を用いて保持する保持部材を形成し、
前記収容体を、組み合わせ可能な2つの部材により構成し、該2つの部材の一方を、前記基板を収容する筒状の筐体とし、他方を、前記保持部材を内部に形成した蓋体とし、
前記基板の一端部を前記アンテナに接触する部位に位置させることにより、前記保持部材によって、前記アンテナが、前記基板の所定の位置に弾性により押圧されて固定される
ことを特徴としている。
[適用例1]
アンテナを収納した無線通信機器であって、
無線通信用電子部品を搭載した基板を内部に収容する収容体の一端に、前記アンテナを弾性を用いて保持する保持部材を形成し、
前記基板の一端部を前記アンテナに接触する部位に位置させることにより、前記保持部材によって、前記アンテナが、前記基板の所定の位置に弾性により押圧されて固定される
無線通信機器。
かかる無線通信機器によれば、アンテナは、収容体の一端に保持部材に弾性を用いて保持されているので、容易に組み立てることができる。しかも、基板の一端部をアンテナに接触する部位に位置させるだけで、アンテナは基板の所定の位置に弾性により押圧されて固定される。従って、アンテナと基板の接続のために、半田付けやその他の手間を要しない。なお、弾性は、保持部材により付与されるものとしても良いし、アンテナにより付与されるものとしても良い。
[適用例2]
前記収容体を、組み合わせ可能な2つの部材により構成し、該2つの部材の一方を、前記基板を収容する筒状の筐体とし、他方を、前記保持部材を内部に形成した蓋体とした適用例1記載の無線通信機器。
かかる無線通信機器では、収容体を、組み合わせ可能な蓋体と筒状の筐体という2つの部材から構成しており、両者を容易に組み合わせることができる。特に蓋体の外形形状が、筐体より大きい場合には、内部に保持されたアンテナの電気的に必要とされる長さを確保することが容易になる。しかも、この無線通信機器を他の機器のコネクターに取り付けたとき、蓋体が大きいので、取り外しが容易になる。
[適用例3]
適用例2記載の無線通信機器であって、
前記蓋体の内部には、前記筐体が挿入される凹所が形成されており、
該凹所の隅部には、前記保持部材としての弾性部材が形成され、
前記アンテナが、前記凹所の前記弾性部材に接する位置に配置され、
前記基板を、前記一端部が前記アンテナと前記弾性部材の間に位置するよう挿入すると、前記弾性部材によって、前記アンテナが前記基板に押圧される
無線通信機器。
かかる無線通信機器では、凹所の隅部に設けられた弾性部材がアンテナを弾性的に保持するので、蓋体からアンテナに脱落しにくく、組み立てが一層容易になるという利点がある。しかも基板の挿入により、アンテナが弾性体に基板に押圧されるので、両者の接触がより一層強固なものとなる。
[適用例4]
適用例1または適用例2記載の無線通信機器であって、
前記アンテナは、アンテナ長を確保するために葛折りされた形状をなし、
該アンテナの両端が前記基板の所定の位置に当接し、かつ前記アンテナは、前記両端をつなぐ線上の両側に亘って前記葛折りされた部分が存在する形状とされた
無線通信機器。
かかる無線通信機器では、アンテナは葛折り形状とされているので、小さな部材に保持されていても、アンテナとして必要な全長を確保することができる。
[適用例5]
前記基板の前記アンテナが固定される側の端部には、前記葛折りされたアンテナの部分と干渉しないように、該基板を切り欠いた切欠部を形成した適用例4記載の無線通信機器。
この場合には、葛折りされたアンテナと基板とが干渉しないので、葛折りを複数折りとすることができる。
[適用例6]
前記基板の前記アンテナが固定される側とは反対側の端部に、外部との接続用端子部が形成された適用例1ないし適用例5のいずれか記載の無線通信機器。
[適用例7]
前記接続用端子部は、USB規格の端子部である適用例6記載の無線通信機器。
かかる無線通信機器では、アンテナとは反対側端部に端子部が形成されているため、アンテナが外部の機器により影響を受けることがない。また、USB規格により、容易に外部の機器に無線通信の機能を拡張することができる。
[適用例8]
無線通信機器の収容体にアンテナを収容する構造であって、
無線通信用電子部品を搭載した基板を内部に収容する収容体の一端に、前記アンテナを弾性を用いて保持する保持部材を形成し、
前記基板の一端部を前記アンテナに接触する部位に位置させることにより、前記保持部材によって、前記アンテナが、前記基板の所定の位置に弾性により押圧されて固定される
アンテナ構造。
かかるアンテナ構造によれば、簡易な構造により、アンテナと基板との接続を容易に実現することができる。
[適用例9]
収容体内に無線通信用のアンテナを収容した無線通信機器の製造方法であって、
無線通信用電子部品を搭載した基板を内部に収容する収容体の一端に、前記アンテナを弾性を用いて保持する保持部材を形成し、
前記基板の一端部を前記アンテナに接触する部位に位置させることにより、前記保持部材によって、前記アンテナが、前記基板の所定の位置に弾性により押圧して固定する
無線通信機器の製造方法。
かかる無線通信機器の製造方法によれば、アンテナを、容易に組み立てることができ、アンテナと基板の接続のために、半田付けやその他の手間を要しない。また、製造方法を以下のようにすれば、基板とアンテナの接続を確実にしつつ、無線通信機器の製造を、より一層簡易なものとすることができる。
[適用例10]
適用例9記載の無線通信機器の製造方法であって、
前記収容体を、組み合わせ可能な2つの部材により構成し、該2つの部材の一方を、前記基板を収容する筒状の筐体とし、他方を、内部に凹所を形成した蓋体とし、
該凹所の隅部には、前記保持部材としての弾性部材を形成し、
前記アンテナを、前記凹所の前記弾性部材に接する位置に配置し、
前記基板の一端部を、前記アンテナと前記弾性部材の間に位置するよう挿入することにより、前記弾性部材によって、前記アンテナを前記基板に押圧して固定する
無線通信機器の製造方法。
実施例としてのUSB無線LANアダプターの分解斜視図である。 組み立てたUSB無線LANアダプターの平面図である。 アンテナ40の終端部の形状を拡大し、アンテナ全体の形状と共に示す説明図である。 キャップ内のリブとアンテナの状態を縦断面で示す断面図である。 組み立てたUSB無線LANアダプターの断面図である。 アンテナの端部と基板との接触状態を示す説明図である。 アンテナ端部が接触する基板のランド形状を示す説明図である。
図面を参照して、本発明の無線通信機器の実施例について説明する。図1は、実施例のUSB無線LANアダプター10の分解斜視図である。このUSB無線LANアダプター10は、コンピュータに設けられたUSBのタイプAコネクターに接続されて、2.4GHzの無線LANのクライアントとして機能する。このUSB無線LANアダプター10は、図示するように、合成樹脂製の筐体20と、この筐体20内に収納される電子基板(以下、基板と呼ぶ)30と、無線通信用のアンテナ40を内蔵したキャップ50とから、構成されている。理解の便を図って、図2に、これらの部材を組み立て終わったUSB無線LANアダプター10の平面を示した。組み立てられた状態では、図2に示したように、筐体20の一方の端部21がキャップ50内に入り込み、接着固定される。このとき、基板30のキャップ50側の端部33は、アンテナ40に接触した状態となる。また、基板30の反対側の端部39は、筐体20の反対側端部23に位置し、筐体20の端部23の開口25と共に、USBコネクターを形成する。
図1に戻って、各部の構成について説明する。基板30は、無線通信機能を実現する各種電子部材35を実装している。また、基板30のキャップ側の端部33には、二カ所、切欠部31,32を備えている。この切欠部31,32の位置は、後述するアンテナ40の屈曲位置に対応している。基板30の反対側の端部39には、USB端子を構成する4つの電極P1〜P4が形成されている。
次に、キャップ50とアンテナ40とについて説明する。図1では、金属製のアンテナ40は、合成樹脂製のキャップ50内に既に収納された状態として描かれている。アンテナ40は、筐体20および基板30がキャップ50に取り付けられる前に、キャップ50内に収納しておけばよい。アンテナ40の概観を、図3に示した。アンテナ40は、図示するように、所定幅の金属板を、左右対称に折り曲げた形状をしている。対称の中心からみれば、外方に所定距離d1だけ隔たった位置でまず90度、屈曲され、そこから所定距離d2だけ離れた位置で、逆方向に90度屈曲され、更に所定距離d3だけ離れた位置で、同じ方向に再度90度屈曲され、所定距離d4だけ隔たった位置で、三度同じ方向に90度屈曲されている。最後に屈曲された位置から終端までは所定距離d5あり、その中心に、基板30との電気的な接触を行なう突起45が設けられている。突起45が設けられた部分を終端部43と呼ぶ。また、折り曲げられたアンテナ40の中央部をセンター部46、その両側の立ち上がりの部分を立上部47a,47b、これに続く平坦な部分を上方部48a,48b、最も外方の部分を立下部49a,49bと呼ぶものとする。
アンテナ40の全長は、結局、センター部46、2つの立上部47a,47b、2つの上方部48a,48b、2つの立下部49a,49b、の長さの総和に、2つの終端部43a,43bの長さの1/2(突起45の中心まで)を加えた長さの総和、即ち、
(d1+d2+d3+d4+d5/2)×2
となる。なお、立上部47a,47bの長さd2と、立下部49a,49bの長さd4とは、基板30の厚み分sおよびアンテナ40の板厚tだけ異なっており、
d2=d4+s+t
となっている。アンテナ40が無線通信のためのアンテナとして機能する際の電気的な長さについては、後述する。
図3に示したアンテナ40は、キャップ50の内側に挿入され、セッティングされる。この状態を図4に示した。図1およびキャップ50の内部を縦断面で示す図4に示したように、キャップ50の内部は、アンテナ40の外形寸法より少し大きめの窪みが形成されており、その周辺には、リブ51,53,55,57が設けられている。このうちリブ51,53は、キャップ50の内部の長辺の両端に設けられている。また、リブ55,57は、対向するもう一つの長辺の両端と中央に設けられている。このリブ55,57は、図4に示したように、キャップ50の奥に行くに従って、厚みが厚くなるように形成されている。また、キャップ50の窪みの底部では、リブ51とリブ55との間の距離およびリブ53とリブ57との間の距離は、アンテナ40の高さ(図3、寸法d4)とほぼ同一とされている。従って、アンテナ40をキャップ50の内部の窪みに挿入すると、図4に示したように、アンテナ40は、キャップ50の窪みの一番奥で、リブ間に挟持されて保持される。この状態で、キャップ50の入り口側では、リブ55,57とアンテナ40との間に僅かな隙間が存在する状態となる。なお、アンテナ40のセンター部46の下面に対応する位置に、リブ55,57より小さなリブを設けて、アンテナ40のセンター部46を支えるものとしても良い。
次に、上述したようにキャップ50内にアンテナ40が保持された状態で、筐体20および基板30を装着する手順について説明する。基板30を、筐体20内に収納する。この状態で、筐体20および基板30をキャップ50の窪みに挿入する。このとき、基板30の端部33は、図4に示したように、アンテナ40とリブ55,57との隙間に挿入され、挿入されるにつれて、合成樹脂製のリブ55,57を変形させる。この結果、図5に示したように、筐体20および基板30をキャップ50に完全に押し込んだ状態では、基板30は、アンテナ40とリブ55ないし56間に完全に挟持される。
アンテナ40のセンター部46は、図3に示したように、終端部43より下方に位置しているから、筐体20および基板30をキャップ50の窪みに挿入すると、基板30は、アンテナ40の終端部43とリブ55,57との間に挟持されるが、このとき、アンテナ40のセンター部46は、基板30の下方に位置する。また、基板30に設けられた切欠部31,32が、丁度アンテナ40の立上部47a,47bに対応しており、切欠部31,32にアンテナ40の立上部47a,47bが位置する状態となる。アンテナ40の終端部43の中央に設けられた突起45は、この状態で、基板30に設けられた端子38に接触する。この状態を図6に示した。基板30の端子38の中心には、図7に示すように、スルーホール37が設けられており、アンテナ40の終端部43の中心に設けられた突起45は、このスルーホール37のセンターに位置決めされる。もとより、変形したリブ55,57の弾力によって、基板30は、アンテナ40の終端部43に押しつけられるので、突起45と端子38の開口の周辺とが線接触することになり、両者の接触は良好に保たれる。
この状態で、筐体20の端部21は、キャップ50の窪みの内部に僅かに進入した位置にとどまり、ここで熱溶着や接着剤を用いるなどして接着され、固定される。こうして、無線通信機能を備えたUSB無線LANアダプター10が組み立てが完了する。なお、アンテナ40のセンター部46と終端部43とは、基板30にほぼ接触した状態となっているから、この部分のアンテナ40の電気的な長さは、基板30の誘電率だけ、長くなってものとして扱うことかできる。誘電率をαとすると、結局、アンテナ40の電気的な長さは、
(α・d1+d2+d3+d4+α・d5/2)×2
となる。通常は、この長さが、使用する周波数帯域の中心周波数(例えば2.4GHz)の電波の波長の1/4となるように設計する。なお、アンテナ40の電気的な長さは、波長の1/4の整数倍としても差し支えない。
以上説明した実施例の無線通信機器としてのUSB無線LANアダプター10は、アンテナ40をキャップ50の窪みに収納することができ、その外形形状を極めて小型にすることができる。また、筐体20および基板30をキャップ50内の窪みに差し込むだけで、アンテナ40と基板30との電気的な接続を完了することができ、アンテナ40を端子38に半田付けしたり、金属製のバネを介して両者を接続させるという手間も要しない。しかも、基板30をキャップ50内に差し込んだ状態では、リブ55,57の圧縮変形からの復元力により基板30とアンテナ40とを挟持する力が作用するので、両者の接触は長期に亘って保持され、使用中に接触が断たれることがない。
また、上記の製造方法によれば、USB無線LANアダプター10は、キャップ50の窪みにまずアンテナ40を装着し、その後、筐体20と基板30とを差し込むだけでよく、極めて簡易に製造することができる。しかも、筐体20と基板30とを差し込むだけで、アンテナ40と基板30との電気的な接続が完了するので、半田付けなどの手間を要することがなく、製造が極めて容易となっている。
以上本発明の一実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に限定されるものではなく、種々なる態様で実施することが可能である。例えば、上記実施例では、アンテナ40は金属製としたが、セラミック基板の上に電極を形成したものとしても差し支えない。この場合、アンテナの電気的な長さは、セラミックの誘電率だけ長くなるので、アンテナを一層小型化することができる。例えば、立上部47a,47bを短くし、あるいはd2=0として、センター部46の折り返しをなくすことができる。もとより、アンテナの素材あるいは使用する周波数帯域の違いにより、アンテナの電気的な長さが更に必要な場合には、アンテナの折り返し回数を増やし、いわゆる葛折りの状態のアンテナとしても良い。
上記の実施例では、基板30に2箇所の切欠部31,32を設け、ここにアンテナ40が嵌り込むものとしたが、アンテナ40の電気的な長さが確保できるのであれば、アンテナが基板の一方の側にのみ存在するような形状としても良い。また、基板の誘電率による電気的な長さを考慮する必要がなければ、切欠部31−32間に亘って、基板30を切り落とすものとしても良い。
また、上記実施例では、アンテナ40と基板30との接触は、リブ55,57の圧縮変形からの復元力を利用したが、リブを板ばねのような形状として、その弾性変形を利用するものとしても良い。また、アンテナ40の終端部43に弾力を持たせる構成としても良い。例えば終端部43の全体をアーチ形状とし、基板30が差し込まれたときに、終端部43が弾性変形するものとしても良い。また、リブ55,57に代えて、リブ51,53が弾性変形または圧縮変形するものとしても良いし、両者が変形するものとしても良い。実施例では、基板30を差し込むことにより、アンテナと基板との接続を確実なものとする構造としたが、基板に代えて、筐体20を差し込むことにより、間接的にアンテナを基板に押しつけるものとしても良い。
アンテナ40の終端部43a,43bに突起45a,45bを設けたが、これらの突起はなくても良い。また円形に変えて、突起形状を線形状や十字形状としてもよい。突起は、基板側に設けることも差し支えない。なお、上記実施例では、収容体を筐体20とキャップ50とから構成したが、アンテナと基板とを固定できるのであれば、一体に形成することも差し支えない。また、収容体を基板の面方向にそって、上下2つの部材に分けた構成としても差し支えない。また、キャップの方が、筐体より、幅方向や厚み方向の寸法が小さい構成としても良い。
上記実施例の無線通信機器は、無線LANのクライアントとなるUSB無線LANアダプター10としたが、ブルートゥース(登録商標)ようの通信機器やコードレスホンの通信機器として用いることも可能である。また無線LANのクライアントとしては、2.4GHzのみならず、5G帯域の無線通信機器、あるいは更に異なる帯域の無線通信機器としても使用可能である。接続するコネクターとしても、実施例では、USBを用いたが、その他のコネクター、例えばUSB3.0、IEEE1394、HDMIなどのコネクターに装着する構成としても良い。
10…USB無線LANアダプター
20…筐体
21…端部
23…端部
25…開口
30…基板(電子基板)
31,32…切欠部
33…端部
35…電子部材
37…スルーホール
38…端子
39…端部
40…アンテナ
43a,43b…終端部
45a,45b…突起
46…センター部
47a,47b…立上部
48a,48b…上方部
49a,49b…立下部
50…キャップ
51,53,55,57…リブ

Claims (9)

  1. アンテナを収納した無線通信機器であって、
    無線通信用電子部品を搭載した基板を内部に収容する収容体の一端に、前記アンテナを弾性を用いて保持する保持部材を形成し、
    前記収容体を、組み合わせ可能な2つの部材により構成し、該2つの部材の一方を、前記基板を収容する筒状の筐体とし、他方を、前記保持部材を内部に形成した蓋体とし、
    前記基板の一端部を前記アンテナに接触する部位に位置させることにより、前記保持部材によって、前記アンテナが、前記基板の所定の位置に弾性により押圧されて固定される
    無線通信機器。
  2. アンテナを収納した無線通信機器であって、
    無線通信用電子部品を搭載した基板を内部に収容する収容体の一端に、前記アンテナを弾性を用いて保持する保持部材を形成し、
    前記基板の一端部を前記アンテナに接触する部位に位置させることにより、前記保持部材によって、前記アンテナが、前記基板の所定の位置に弾性により押圧されて固定され、
    前記アンテナは、アンテナ長を確保するために葛折りされた形状をなし、
    該アンテナの両端が前記基板の所定の位置に当接し、かつ前記アンテナは、前記両端をつなぐ線上の両側に亘って前記葛折りされた部分が存在する形状とされた
    無線通信機器。
  3. 請求項1記載の無線通信機器であって、
    前記蓋体の内部には、前記筐体が挿入される凹所が形成されており、
    該凹所の隅部には、前記保持部材としての弾性部材が形成され、
    前記アンテナが、前記凹所の前記弾性部材に接する位置に配置され、
    前記基板を、前記一端部が前記アンテナと前記弾性部材の間に位置するよう挿入すると、前記弾性部材によって、前記アンテナが前記基板に押圧される
    無線通信機器。
  4. 請求項1記載の無線通信機器であって、
    前記アンテナは、アンテナ長を確保するために葛折りされた形状をなし、
    該アンテナの両端が前記基板の所定の位置に当接し、かつ前記アンテナは、前記両端をつなぐ線上の両側に亘って前記葛折りされた部分が存在する形状とされた
    無線通信機器。
  5. 前記基板の前記アンテナが固定される側の端部には、前記葛折りされたアンテナの部分と干渉しないように、該基板を切り欠いた切欠部を形成した請求項4記載の無線通信機器。
  6. 前記基板の前記アンテナが固定される側とは反対側の端部に、外部との接続用端子部が形成された請求項1ないし請求項5のいずれか記載の無線通信機器。
  7. 前記接続用端子部は、USB規格の端子部である請求項6記載の無線通信機器。
  8. 無線通信機器の収容体にアンテナを収容する構造であって、
    無線通信用電子部品を搭載した基板を内部に収容する収容体の一端に、前記アンテナを弾性を用いて保持する保持部材を形成し、
    前記収容体を、組み合わせ可能な2つの部材により構成し、該2つの部材の一方を、前記基板を収容する筒状の筐体とし、他方を、前記保持部材を内部に形成した蓋体とし、
    前記基板の一端部を前記アンテナに接触する部位に位置させることにより、前記保持部材によって、前記アンテナが、前記基板の所定の位置に弾性により押圧されて固定される
    アンテナ構造。
  9. 収容体内に無線通信用のアンテナを収容した無線通信機器の製造方法であって、
    無線通信用電子部品を搭載した基板を内部に収容する収容体の一端に、前記アンテナを弾性を用いて保持する保持部材を形成し、
    前記収容体を、組み合わせ可能な2つの部材により構成し、該2つの部材の一方を、前記基板を収容する筒状の筐体とし、他方を、内部に凹所を形成した蓋体とし、
    該凹所の隅部には、前記保持部材としての弾性部材を形成し、
    前記アンテナを、前記凹所の前記弾性部材に接する位置に配置し、
    前記基板の一端部を、前記アンテナに接触する部位に位置させ、かつ前記アンテナと前記弾性部材の間に位置するよう挿入することにより、前記弾性部材によって、前記アンテナを前記基板に押圧して固定する
    無線通信機器の製造方法。
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