JP6157683B1 - 波動エネルギー放射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型化が可能となる波動エネルギー放射装置の提供。【解決手段】この波動エネルギー放射装置は、放射方向変化・保持手段は、波動エネルギー放射手段２の波動エネルギーが放射される面と反対側に設けられ、波動エネルギー放射手段２の放射方向を変化させるのに必要な動力を波動エネルギー放射手段２に沿って直線状に発生させる直線運動発生体８、１０と、この直線運動発生体８、１０と対向して設けられ、直線運動発生体８、１０で発生した前記動力の方向を波動エネルギー放射手段２側に変換して波動エネルギー放射手段２を回動する方向変換体１３と、前記動力による波動エネルギー放射手段２の前記回動に対して抗する方向に波動エネルギー放射手段２に力を付与する力付与体９と、を有する。【選択図】図２

Description

この発明は、例えばアンテナ高周波基板の放射方向の角度が調整される波動エネルギー放射装置に関する。

従来、レーダーアンテナの揺動芯とモータ軸とが異なるようにリンク機構を設けて、モータが１回動するとアンテナが１揺動サイクルするレーダーアンテナ揺動装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２０００−１６５１３０号公報

しかしながら、上記レーダーアンテナ揺動装置では、アンテナの角度を調整するのに、リンク機構を用いており、装置が大型化するという問題点があった。

この発明は、かかる問題点を解決することを課題とするものであって、装置の小型化が可能な波動エネルギー放射装置を提供するものである。

上述した目的を達成するための本発明は、波動エネルギーを空間に放射する波動エネルギー放射手段と、この波動エネルギー放射手段を回動して前記波動エネルギー放射手段の放射方向を変化させるとともに、変化した前記波動エネルギー放射手段の姿勢を保持する放射方向変化・保持手段と、を備え、前記放射方向変化・保持手段は、前記波動エネルギー放射手段の前記波動エネルギーが放射される面と反対側に設けられ、前記波動エネルギー放射手段の前記放射方向を変化させるのに必要な動力を前記波動エネルギー放射手段に沿って直線状に発生させる直線運動発生体と、この直線運動発生体と対向して設けられ、前記直線運動発生体で発生した前記動力の方向を前記波動エネルギー放射手段側に変換して前記波動エネルギー放射手段を回動する方向変換体と、前記動力による前記波動エネルギー放射手段の前記回動に対して抗する方向に前記波動エネルギー放射手段に力を付与する力付与体と、を有し、前記直線運動発生体は、モータと、このモータのロータの回動運動を直線運動に変換する機構を介して直線状に往復動するシャフトと、このシャフトの先端部に設けられた可動部と、を有し、前記可動部は、Ｃ字型の断面に形成された円筒体であり、前記シャフトの先端部には、切欠き溝が形成されており、前記シャフトは、前記切欠き溝が、前記円筒体のＣ字型の断面の両端部の間に生じる隙間に挟み込まれる形で該隙間に引っ掛けられている、波動エネルギー放射装置である。

この発明に係る波動エネルギー放射装置によれば、直線運動発生体は、波動エネルギー放射手段の放射方向を変化させるのに必要な動力を波動エネルギー放射手段に沿って直線状に発生させるようになっているので、装置の小型化が可能となる。

この発明の実施の形態１の車載用の電波レーダ装置の要部を示す斜視図である。 図１の側断面図である。 図１に示す軸調整機構に関し、モータシャフト軸の引っ掛け前の状態を示す図である。 図１に示す軸調整機構に関し、モータシャフト軸の引っ掛け後の状態を示す図である。 図１に示す軸調整機構に関し、可動部品の正面図であり、紙面左側の引っ掛け前の状態と、紙面右側の引っ掛け後の状態との比較を示す図である。 第１参考例としての電波レーダ装置の要部を示す斜視図である。 第２参考例としての電波レーダ装置の側断面図である。 本実施の形態１に関し、図１の基板ケースに加わる荷重を示す図である。

以下、この発明の各実施の形態の車載用の電波レーダ装置について図に基いて説明するが、各図において、同一、または相当部材、部位については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１の車載用の電波レーダ装置の要部を示す斜視図である。図２は、図１の側断面図である。
電波レーダ装置に関しては、対象物に対する検知エリアの拡大を図る場合、電波を放射するアンテナの開口径を拡大するなどして電波の放射パターンを絞り、より急峻なビームを形成することによって、アンテナの高感度化を実現する必要がある。
特に、車載用の電波レーダ装置に関しては、先行車や歩行者などターゲットを検知するのに障害となり得る路面などからの反射波を検出しないよう、路面が存在する下方向のアンテナ利得を抑制すると同時に、本来検出すべきターゲットの存在する正面方向のアンテナ利得を高く確保する必要があるため、垂直面内での放射指向性を鋭くしてこれを実現するのが一般的である。
したがって、高い検出信頼性が要求される車載用の電波レーダ装置においては、電波の最大放射方向、いわゆるビーム方向を、検知すべきターゲット（先行車、歩行者）の存在する方向に、常時向けている必要があり、レーダ取付時の誤差だけでなく、取付後の車体への衝撃等による誤差が生じた場合に、電波の最大放射方向を求められる正面方向に向ける修正機能、すなわち軸調整機構が必要となる。

この実施の形態１の車載用の電波レーダ装置では、アンテナ１は、波動エネルギー放射手段であるアンテナ高周波基板２の基板表層にエッチング加工等を用いて形成され、アンテナ高周波基板２は、電子回路が実装された一般的なプリント基板３に貼りあわせられている。また、アンテナ高周波基板２が貼り合わされているプリント基板３は、プリント基板３を保持・収納し、基板３の角度を変化、駆動させるために構成された矩形状の基板ケース１２に固定されている。
電波の放射源であるアンテナ１は、アンテナ高周波基板２の基板表層上に、アレー状に配置された複数のアンテナ素子により構成されており、それぞれのアンテナ素子が電気的に励振されることによって、電波が空間に放射される。
このため、アンテナ１が放射する電波の最大放射方向、すなわちビーム方向は、アンテナ高周波基板２、プリント基板３の両基板法線方向と概ね合致することとなる。
レーダ装置筐体１４及びフロント樹脂カバー１５に形成された空間内に収納された基板ケース１２にプリント基板３を固定する方法は、ネジ留めが一般的であるが、接着剤を使用して貼りあわせてもよいし、その手段は上記に限定されるものではない。

この実施の形態１の車載用の電波レーダ装置は、アンテナ１が放射する電波の最大放射方向、すなわちビーム方向が、アンテナ高周波基板２、プリント基板３の両基板法線方向と概ね合致することとなるため、アンテナ高周波基板２のプリント基板３への貼り合わせ誤差、プリント基板３の基板ケース１２への組み付け誤差、或いは電波レーダ装置の自動車への取り付け誤差等の影響によって、電波のビーム方向は軸ズレを起こしてしまう。

上記発生してしまった軸ズレを解消する手段として、車載用電波レーダ装置を車両に取り付けるブラケット機構そのものに、軸調整機構を持たせることも可能であるが、レーダを車両搭載した後、作業者がレーダの取付ブラケットに直接触れ、調整ツールを使って調整する必要性がある。
このことから、車両搭載できる場所が制限されるうえ作業者の調整を含めた取付工数も多く掛かるため、取り付けコストが高くなってしまう。
したがって、この実施の形態１の車載用の電波レーダ装置では、車両取付後の軸調整が容易で、軸調整を含めた取付コストを安価に抑えることのできる、軸調整機構が電波レーダ装置の内部に構成されている。
この軸調整機構として、この実施の形態１の車載用の電波レーダ装置では、アンテナ高周波基板２を回動してアンテナ高周波基板２の放射方向を変化させるとともに、変化したアンテナ高周波基板２の姿勢を保持する放射方向変化・保持手段を備えている。

前記放射方向変化・保持手段は、アンテナ高周波基板２の波動エネルギーが放射される面と反対側に設けられ、アンテナ高周波基板２の姿勢を変化させるのに必要な動力をアンテナ高周波基板２に沿って直線状に発生させる直線運動発生体と、この直線運動発生体と対向して設けられ、この直線運動発生体で発生した前記動力の方向をアンテナ高周波基板２側に変換してアンテナ高周波基板２を回動する方向変換体と、前記動力によるアンテナ高周波基板２の前記回動に対して抗する方向にアンテナ高周波基板２に力を付与する力付与体である圧縮バネ９と、を有している。
前記直線運動発生体は、ステッピングモータ８と、このステッピングモータ８のロータの回動運動を直線運動に変換する機構を介して直線状に往復動するシャフト１０と、このシャフト１０の先端部に設けられた可動部である円筒体１１と、を有している。
前記方向変換体は、基板ケース１２の一端部に設けられ、円筒体１１を介してシャフト１０を通じての前記動力を基板ケース１２の回動中心部７を中心に基板ケース１２を回動させる方向に変換する方向変換部である突起部１３であり、この突起部１３は、円筒体１１に対向した斜面１６を有している。

なお、図１及び２では概念的な説明に留めるため図示しないが、回動中心部７は、レーダ装置筐体１４に一体的に設けられた孔部と、基板ケース１２に設けられた孔部とが互いに向き合うように配置し、双方の孔部に同一のピン部材を挿入することで構成してもよいし、回動中心部７は、レーダ装置筐体１４の表面上に設けられた突起部に基板ケース１２を載置することによって構成してもよい。
よって、回動中心部７は、基板ケース１２の一組の対辺に設けられており、両方の回動中心部７を結ぶライン（図１における破線部）を回動軸にして、基板ケース１２、しいてはアンテナ高周波基板２の姿勢は角度変位することとなる。
また、基板ケース１２は、回動中心部７を介してレーダ装置筐体１４に固定、或いは接触しており、ステッピングモータ８は、ブラケット機構を用いるなどして、レーダ装置筐体１４に固定される。

上記車載用の電波レーダ装置では、ステッピングモータ８からシャフト１０を介して出力されるモータ動力は、円筒体１１を介して基板ケース１２に設けられた突起部１３に入力され、基板ケース１２を回動させようとする。
また、一方で基板ケース１２において、回動中心部７を挟んで突起部１３の反対側には、先述したように、圧縮バネ９が配置されており、この圧縮バネ９におけるバネ荷重の反力が基板ケース１２側に入力され、モータ動力とは逆向きに基板ケース１２を回動させようとする。
これにより、基板ケース１２に対して入力される上記２つの荷重によって、それぞれ逆方向に基板ケース１２を回動させようとするが、その量は釣り合うため、基板ケース１２は軸調整後の姿勢状態・回動方向角度を保持することができる。
また、ステッピングモータ８がシャフト１０を介して出力したモータ動力によって、円筒体１１は、シャフト１０のスラスト方向に押し出され、これにより、円筒体１１は、基板ケース１２の突起部１３を斜面１６を介して押圧する。この円筒体１１から基板ケース１２へと加えられる荷重は、斜面１６によって、基板ケース１２を回動させようとする荷重ベクトルに変換される。

よって、この実施の形態の車載用の電波レーダ装置では、図２に示すように、ステッピングモータ８の設置向きが、基板ケース１２と平行で、基板ケース１２を直接回動させることの出来ない向きに配置されているものの、前述したように、モータ動力が突起部１３の斜面１６によって基板ケース１２を回動させることができる方向の荷重に変換され、基板ケース１２の姿勢を変位させることができる。
したがって、ステッピングモータ８の設置向きが、基板ケース１２と平行でありながら、基板ケース１２の姿勢を変位させることができるので、製品の小型化が可能となる。

次に、参考例を説明し、それら参考例との対比を行いながら、本実施の形態１の軸調整機構に関する優れた特徴を説明する。
図６は、第１参考例としての電波レーダ装置の要部を示す斜視図である。

この参考例では、アンテナ高周波基板２が貼り合されたプリント基板３は、基板ケース１２に収納、保持されている。この基板ケース１２のプリント基板３と反対側であって、基板ケース１２の一端部にステッピングモータ８が設けられている。このステッピングモータ８のシャフト１１０は、基板ケース１２の面に対して垂直方向に延びており、その先端部が基板ケース１２に固定されている。基板ケース１２とレーダ装置筐体１４との間には一対の圧縮バネ９が設けられている。
ステッピングモータ８は、そのシャフト１１０の先端部が基板ケース１２を介し間接的に基板３と接触し押圧する状態となる。また、回動中心部７を挟んで反対側には、基板３の姿勢を保持するための圧縮バネ９が配置されており、これにより、基板３、基板ケース１２に対して入力される荷重が釣り合うため、静止状態が維持される。

この参考例では、ステッピングモータ８が作動してシャフト１１０が伸長すると、シャフト１１０から受ける荷重により、プリント基板３は回動中心部７から下側が電波の放射方向側に変位し、プリント基板３の姿勢は、上向きへと角度変位することとなる。
また、逆にステッピングモータ８が逆方向に作動してシャフト１１０が短縮すると、シャフト１１０はプリント基板３から離れるため、圧縮バネ９から受ける荷重によって、基板３は回動中心部７から上方が電波の放射方向側に変位し、プリント基板３の姿勢は下向きへと角度変位することとなる。
このようにして、シャフト１１０の直線運動は、回動中心部７を回動中心としたプリント基板３の回動運動、すなわち、アンテナ１の姿勢変化へと変換される。
したがって、この軸調整機構においては、ステッピングモータ８の駆動により、プリント基板３の姿勢は必要量だけ角度オフセットされ、アンテナ１が放射する電波のビーム方向４は、所望の方向へと軸調整が実現される。
なお、図４において、符号４は電波のビーム方向、符号５は軸ズレを起こした状態のプリント基板５、符号６は軸ズレを起こした電波のビーム方向を示す。

上記参考例である車載用の電波レーダ装置は、ステッピングモータ８のシャフト１１０の先端をプリント基板３の背面側から当てがい、プリント基板３の角度を直接駆動しており、簡易な構成で電波の軸調整が実現できるというメリットを享受できるものの、ステッピングモータ８で直接駆動する方式であるが故に、下記（Ａ）〜（Ｃ）のような問題がある。
（Ａ）ステッピングモータ８をプリント基板３に対して垂直に配置せざるを得ないため、ステッピングモータ８の長手方向がレーダ筐体の厚み方向に配置され、筐体サイズが大型化してしまう。
（Ｂ）プリント基板３の角度の変位量がステッピングモータ８の仕様（１ステップ当たりの送り量）だけで決まってしまうため、ステッピングモータ８の性能以上に分解能を高くできない。
（Ｃ）圧縮バネ９のバネ反力がステッピングモータ８に直接入力されるため、ステッピングモータ８に加わる負荷が大きくなってしまう。

続いて、２つ目の参考例について説明する。図７は、第２参考例としての電波レーダ装置の側断面図である。
この参考例では、本実施の形態１と同様な突起部１３が設けられ、その突起部１３とシャフト２１０との間にボール２１１（鋼球、またはＳＵＳ球）が配置され、そのボール２１１を介して突起部１３が押圧される。

しかしながら、第２参考例のようにボールを用いて間接的に基板を駆動する方式においては、鋼球やＳＵＳ球などの汎用部品を用いて簡易な構成で電波の軸調整が実現できるというメリットを享受できるものの、ボールがモータと分離独立しているが故に、以下の（Ｄ）および（Ｅ）のような問題がある。
（Ｄ）モータシャフトが短縮する場合のボールの運動は、バネの戻し力だけに依存しており、異物の噛み込みや部品表面（ボールやボールの相手側部品の表面）に生じた傷が原因となって、ステッピングモータのシャフト長の短縮に応じてボールが戻らない場合がある（ボールの追従性不良）。
（Ｅ）ボールはモータシャフトに締結されておらず、バネの力を受けて部品間（基板ケースとモータシャフトの間）に挟まれ保持されているだけなので、レーダ筐体が強い衝撃を受けた際、ボールが所定位置から脱落してしまう恐れがある（ボールの脱落）。

このような問題に対する本実施の形態１の優位点を含み、本実施の形態１の軸調整機構について、さらに説明する。本実施の形態１は、第２参考例と同様に軸調整機構を電波レーダ装置に内蔵させる場合ではあるが、異物噛み込みや、表面に傷が生じたとしても追従不良が生じず、レーダ筐体が強い衝撃を受けた場合においても可動部品が所定位置から脱落してしまう恐れがない軸調整機構として構成されている。

圧縮バネ９は基板ケース１２とレーダ装置筐体１４によって挟持固定されており、前記した回転軸（図１における破線部）から同一側（本紙面において左側）の基板ケースの両角部に圧縮バネ９が１個ずつ計２個設けられる（本紙面において手前側と奥側）。

また、図１において、ステッピングモータ８は、そのシャフト１０の先端が、円筒状にプレス加工された可動部品としての円筒体１１に接触しており、さらに、円筒状にプレス加工された円筒体１１は、基板ケース１２の裏面側に設けられ、基板ケース１２と一体的に形成された突起部１３に接触している。また、突起部１３の円筒体１１と接する表面には、斜面１６が設けられており、この斜面１６は、基板ケース１２の面に対して一定の角度を為すように形成されている。

次に、円筒体１１とシャフト１０との関係について説明する。図３は、図１に示す軸調整機構に関し、モータシャフト軸の引っ掛け前の状態を示す図である。図４は、図１に示す軸調整機構に関し、モータシャフト軸の引っ掛け後の状態を示す図である。図５は、図１に示す軸調整機構に関し、可動部品の正面図であり、紙面左側の引っ掛け前の状態と、紙面右側の引っ掛け後の状態との比較を示す図である。

まず、円筒状にプレス加工された円筒体１１は、所定の板厚（ｔ１．２ｍｍ程度）の亜鉛メッキ鋼板（ＳＥＣＣ）等の金属板を所定の幅を有したストリップ形状にプレス加工（抜き）し、これをプレス加工（曲げ）することにより円筒状の部品として形成される。

ここで、円筒状にプレス加工された円筒体１１は、ストリップ形状を円筒状に曲げられる（プレス加工される）ことから図３に示すように、Ｃ字型の断面構造が形成され、円筒体１１の両端部は互いに近接する状態となり、ここにある一定の隙間１８が形成されることとなる。

一方、ステッピングモータ８のシャフト１０の先端部には、図３に示すように、切欠き溝１７が形成されている。切欠き溝１７は、シャフト１０の先端部付近に、同軸状に所定の幅（少なくとも円筒状にプレス加工された円筒体１１の板厚以上が必要）を持たせるよう機械加工によって形成される。

次に、本実施の形態１では、円筒体１１とシャフト１０とを完全に締結するのではなく、引っ掛けた状態とする。図４に示されるように、ステッピングモータ８のシャフト１０は、切欠き溝１７の部分が円筒体１１の両端部で生じる隙間１８により、挟み込まれる形で引っ掛けられる状態となる。

本実施の形態１の軸調整機構は、ステッピングモータ８のシャフト１０と、円筒状にプレス加工された円筒体１１とが図４に示すような締結（引っ掛け）状態を有しているため、ステッピングモータ８が駆動し、シャフト１０の長さが伸長した場合、シャフト１０の先端部に設けられた切欠き１７の位置がモータシャフト軸の伸長方向に変位するため、円筒体１１の両端部の挟み込みによりシャフト１０に締結され（引っ掛けられ）ている円筒体１１は、隙間１８の切欠き１７に対する引っ掛かりによって発生する推進力により、モータシャフト軸の伸長方向（紙面に向かって右側）に変位することとなる。

また、ステッピングモータ８が逆方向に駆動し、シャフト１０の長さが短縮した場合、シャフト１０の先端部に設けられた切欠き１７の位置がモータシャフト軸の短縮方向に変位するため、円筒体１１の両端部の挟み込みによりシャフト１０に締結されている円筒体１１は、隙間１８の切欠き１７に対する引っ掛かりによって発生する推進力により、モータシャフト軸の短縮方向（紙面に向かって左側）に変位することとなる。これにより、シャフト１０の伸縮に伴って円筒体１１が追従性よく変位するため、図７で示したボール方式のように追従不良が生じることなく、モータ駆動に伴って、基板ケース、しいてはアンテナ基板が確実に駆動されることとなる。

従って本実施の形態１で示す軸調整機構（図３、図４）においては、例え異物の噛み込みや、表面に傷が生じたとしても、ステッピングモータシャフトの推力によって強制的に駆動することができるため、従来例の締結されていないボールのように追従不良を起こすことがなく、モータシャフトの変位に応じて確実に円筒体１１が動くため、ステッピングモータのシャフト長の短縮に応じてボールが戻らない（ボールの追従性不良）ということがなくなる。

図５に示されるように、円筒状にプレス加工された円筒体１１は、その両端部の間に前述したような隙間１８が形成されている。また、円筒体１１の両端部に形成された隙間１８の周囲には、シャフト１０の切欠き溝１７を安定的に固定するための凹部１９、また、一度組み付けた（挟み込んだ）シャフト１０を脱落させないよう保持する為の凸部２０が、形成されている。

ここで、凹部１９における隙間量をＡ、シャフト１０の切欠き溝１７部における直径（切欠き溝の底部における直径）をＢ、凸部２０における隙間量をＣとすると、各値（Ａ、Ｂ、Ｃ）の大小関係は以下の通りとなるように製造するのが好適である。
Ａ ＞ Ｂ ＞ Ｃ

図５の右側の図に示されるように、シャフト１０を隙間１８に組み付ける（挟み込む）には、シャフト１０の切欠き溝１７部分が、円筒体１１の両端部に形成された隙間１８に嵌り込む様、片側からオフセットさせてゆき、凸部２０における隙間量Ｃを広がるように十分な荷重を印加しながら圧入して、凹部１９まで誘導させていく。
このため、円筒状にプレス加工された円筒体１１の両端部には、それぞれ開口部２１を設け、円筒体１１の両端部の弾性を高めることで、シャフト１０を隙間１８に圧入する際、より少ない荷重を加えることにより凸部２０における隙間量Ｃが拡がるようにしてある。これにより、より簡便に組付けができるようになり、シャフト１０を円筒状にプレス加工された円筒体１１の両端部（隙間部）に組み付ける際の組み付け性を向上させることができる。

従って本実施の形態１で示す軸調整機構（図５）においては、大きな衝撃がレーダ筐体に及んだ場合においても、円筒体１１がモータシャフトに締結されている（外れない）ため、円筒体１１が脱落してしまうことはない。

以上、本実施の形態１で示す軸調整機構においては、図３、図４（側面視）においても、図５（正面視）においても、円筒体１１とシャフト１０との間にはガタ（隙間）が存在する。このため、各部品の製造誤差、及び組付け誤差が生じていたとしても、それらは前記したガタ（隙間）により吸収される。このため、生産工程において、より高い加工精度、組付け精度が要求されることがなくなり、より高い信頼性を有した生産設備をより低コストに実現することができるようになる。

また、前述した円筒状にプレス加工された円筒体１１と、シャフト１０との締結部（引っ掛け部）が単一の場合について述べたが、締結箇所（引っ掛け箇所）が単一箇所のみの場合、締結部のガタにより円筒体１６が首振りするなど、駆動が不安定化する可能性があるため、締結箇所は複数箇所設ける方がよい。

次に、前述した放射方向変化・保持手段である軸調整機構の動作メカニズムにおいて、基板ケース１２の裏面に設けられた突起部１３の端部に形成された斜面１６の役割・効果について図８を用いて定量的に説明する。
まず、図８に示す力Ｆ_１は、圧縮バネ９が基板ケース１２を押す力であり、Ｆ_１[Ｎ]の値は、下式に示す通り、バネ定数k[Ｎ/ｍｍ]とバネ縮み量δ[ｍｍ]で決まるバネ反力である。

Ｆ_１＝ｋ・δ・・・・（式１）

また、上述の通りバネ反力Ｆ_１は、回動中心部７を中心にして基板ケース１２を回動させようとする力であり、このモーメントＭ_１[Ｎ・ｍｍ]は、下式で示されるように、力Ｆ_１と、力Ｆ_１が基板ケース１２に加えられる力点から回動中心部７迄の距離ｒ_１[ｍｍ]との積で表される。

Ｍ_１＝Ｆ_１・ｒ_１・・・・（式２）

一方、図８に示すように、基板ケース１２の回動中心部７を挟んで圧縮バネ９とは逆側には、円筒体１１が、基板ケース１２に設けられた突起部１３に接するように配置されており、圧縮バネ９のバネ荷重により生み出された基板ケース１２を回動させようとするモーメントＭ_１は、回動中心部７を介して基板ケース１２の反対側にも伝わり、突起部１３によって、円筒体１１を動かそうとする荷重Ｆ_２を生み出すこととなる。
この突起部１３から円筒体１１に対して発生する荷重Ｆ_２は、図８に示すように、突起部１３の斜面１６の垂直（法線）方向に発生することとなるため、この荷重Ｆ_２は、基板ケース１２の基板面１７に対して垂直な方向の分力Ｆ_２Ｖであると、基板面１７に対して平行な方向の分力であるＦ_２Ｈに分解することができる。
まず、荷重Ｆ_２の基板面１７に対して垂直方向分力Ｆ_２Ｖであるの大きさは、突起部１３の斜面と基板面１７とでなされる角度をθ[ｄｅｇ]とした場合、荷重Ｆ_２の大きさに対して、以下の式３で表される。

Ｆ_２Ｖ＝Ｆ_２・cosθ・・・・（式３）

上式で表されるＦ_２Ｖは、基板ケース１２から円筒体１１に対して加えられる荷重の基板面１７に垂直な方向の成分であるが、この荷重Ｆ_２Ｖの反作用として、円筒体１１から基板ケース１２を押し返す荷重Ｆ_２Ｖ’が存在し、このＦ_２Ｖ ^’は、圧縮バネ９のバネ荷重によって生み出された力Ｆ_１とは逆方向に基板ケース１２を回動させようとする力である。
これによるモーメントＭ_２[Ｎ・ｍｍ]は、下式で示されるように、力Ｆ_２Ｖ ^’と、力Ｆ_２Ｖ ^’が基板ケース１２に加えられる力点から回動中心部７迄の距離ｒ_２[ｍｍ]との積で表される。

Ｍ_２＝Ｆ_２Ｖ ^’・r_２・・・・（式４）

そして、圧縮バネ９のバネ反力によって生み出される荷重Ｆ_１により基板ケース１２を回動させようとするモーメントＭ_１と、円筒体１１から基板ケース１２を押し返す荷重Ｆ_２Ｖ ^’により基板ケース１２を回動させようとするモーメントＭ_２とは、方向が逆であるが、その大きさが一致するため、基板ケース１２の姿勢・角度方向は静止状態を保持することができる。

一方、荷重Ｆ_２の基板面１７に対して平行方向分力Ｆ_２Ｈの大きさは、上述したように、圧縮バネ９のバネ反力Ｆ_１の増加に伴って増加する荷重Ｆ_２Ｖの大きさに対して、突起部１３に形成されている斜面１６と基板面１７とでなされる角度θ[ｄｅｇ]を下式で表すことができる。

Ｆ_２Ｈ＝Ｆ_２Ｖ・ｔａｎθ・・・・（式５）

したがって、式（５）より、圧縮バネ９のバネ反力によって生み出される力Ｆ_２Ｈは、基板ケース１２の突起部１３に斜面１６が形成されていることによって低減されることとなり、基板ケース１２の突起部１３の斜面１６の角度が小さいほど低減されて円筒体１１に印加されることを意味する。
式（５）で表される荷重Ｆ_２Ｈは、基板ケース１２の突起部１３によって、円筒体１１を基板面１７と平行な方向に動かそうとする荷重であり、この荷重は、ステッピングモータ８のシャフト１０に伝達され、このシャフト１０に入力された荷重Ｆ_２Ｈは、モータへのスラスト荷重（或いはアキシャル荷重）と呼ばれる。
ここで、ステッピングモータ８は、モータが発生する本来の回動運動を直線運動に変換する機能を実現するネジ送り機構を構成している。また、ネジ送り機構は、ロータ（めねじ）とシャフト（おねじ）により構成される。
このため、ステッピングモータ８が電気的に駆動されておらず、モータ内部の電磁石が励磁されていない場合においては、モータ内部で電磁力が発生しないため、上記スラスト荷重となるＦ_２Ｈは、ステッピングモータ８内部のロータ（めねじ）部だけで荷重を受けとめ、ネジ送り量（シャフト長）を保持しなくてはならない。
しかしながら、スラスト荷重が大き過ぎると、ロータ（めねじ）部を形成する材料がクリープし、ネジ送り量（シャフト長）が変化してしまう恐れがある。
従って、スラスト荷重はステッピングモータ８内部の、材料のクリープ性能で決まるスラスト荷重耐性に比べて十分に小さいことが望ましい。

ここで、この実施の形態においては、基板ケース１２の突起部１３と、突起部１３の斜面１６によって、シャフト１０に入力された荷重Ｆ_２Ｈは、式（５）に示す通り、斜面１６の角度によって分解・低減された成分として、モータのスラスト荷重としてステッピングモータ８のシャフト１０に入力されるため、圧縮バネ９によるバネ反力Ｆ_１は、基板ケース１２の斜面１６によって低減されることとなり、基板ケース１２の姿勢安定化のために大きなバネ係数の圧縮バネを使用したとしても、実際にステッピングモータ８に加えられる負荷を低減することができる。

次に、ステッピングモータ８が電気的に駆動され、内部電磁石が励磁されモータ動力が発生した場合において、ステッピングモータ８が生成したシャフト１０の変位量が、どのように基板ケース１２の角度変化量に変換されるかについて定量的に説明する。
まず、ステッピングモータ８のシャフト１０の長さが伸長した場合、その伸長量をδＸ_１とすると、シャフト１０が伸長することにより、円筒体１１はδＸ_１だけ斜面１６側に変位することとなる。この円筒体１１の運動により、円筒体１１の斜面１６上での接触点を力点として、基板ケース１２は、突起部１３側が上方に押し上げられる。これにより、基板ケース１２は、回動中心部７を回動中心とした反時計回りの回動運動を起こすこととなる。
ここで、円筒体１１の斜面１６上での接触点を基準として、基板ケース１２が上方へ変位する量をδＹ_１とすると、
δＹ_１とδＸ_１の関係は、式（６）で表される。

δＹ_１＝δＸ_１・ｔａｎθ・・・・（式６）

式（６）で表されるように、基板ケース１２が上方へ変位する量δＹ_１は、シャフト１０の伸長量δＸ_１に比べて、基板ケース１２に設けられた斜面１６によって縮小される。
また、式（６）は、斜面１６の角度が小さい程、基板ケース１２が上方へ変位する量δＹ_１は縮小されることを意味する。
したがって、シャフト１０がδＸ_１だけ伸長することによって得られる基板ケース１２の角度変化量δθは、式（７）で表される。

δθ＝ｔａｎ^-1(δＹ_１/ｒ_２)・・・・（式７）

式（７）で示すように、基板ケース１２の角度変化量δθは、シャフト１０の伸長量δＸ_１ではなく、斜面１６によって縮小されたδＹ_１によって決まるため、ステッピングモータ８の持つシャフト１０の１ステップ当たりの伸長δＸ_１量、即ちステッピングモータ８の分解能よりも、高い分解能の角度変化を斜面１６によって得ることを意味する。

このように、この実施の形態の例においては、基板ケース１２に設けた斜面１６によって、ステッピングモータ８のもつ分解能よりも高い分解能で基板の角度を駆動することができる。方向変換体は、直線運動発生体で発生した動力の方向を波動エネルギー放射手段側に変換するようになっているので、高い分解能で波動エネルギー放射手段の角度を駆動することができる。また、力付与体の荷重は、方向変換体を介して直線運動発生体に伝達されるので、直線運動発生体の負荷が軽減される。

以上に説明したことから、本実施の形態１の波動エネルギー放射装置によれば、次のような優れた作用効果が得られている。
（Ａ１）ステッピングモータ８をプリント基板３に平行な向きに設置できるので、製品の小型化が可能となる。
（Ｂ１）ステッピングモータ８の分解能よりも高い分解能でプリント基板３の角度を駆動することができる。
（Ｃ１）基板ケース１２の姿勢安定化のために大きなバネ係数の圧縮バネ９を使用したとしても、実際にステッピングモータ８に加えられる負荷を低減することができる。
（Ｄ１）ステッピングモータのシャフトと可動部品が締結されている（或いは引っ掛けられている）ため、例え異物の噛み込みや、表面に傷が生じたとしても、ステッピングモータシャフトの推力によって強制的に駆動されるため、ボール方式のように追従不良が生じることはない。
（Ｅ１）ステッピングモータのシャフトと可動部品が締結されている（或いは引っ掛けられている）ため、例え大きな衝撃を受けたとしても、ボール方式のようにボールの脱落が発生することはない。

なお、上記各実施の形態では、波動エネルギー放射装置として、車載用の電波レーダ装置について説明したが、この発明は、他にも例えばレーザ光線を利用することで障害物の検知を行うレーザレーダ装置、可視光を含む光線や電波などの電磁波、超音波の送信、並びに受信を行なうセンサ装置にも適用できる。

１ アンテナ、２ アンテナ高周波基板（波動エネルギー放射手段）、３ プリント基板、４ 電波のビーム方向、５ 軸ズレを起こした場合のプリント基板、６ 軸ズレを起こした電波のビーム方向、７ 回動中心部、８ ステッピングモータ、９ 圧縮バネ（力付与体）、１０ シャフト、１１ 円筒体（可動部）、１２ 基板ケース、１３ 突起部（方向変換部）、１４ レーダ装置筐体、１５ フロント樹脂カバー、１６ 斜面、１７ 基板面、２０ 球体（可動部）。

Claims (6)

1. 波動エネルギーを空間に放射する波動エネルギー放射手段と、
   この波動エネルギー放射手段を回動して前記波動エネルギー放射手段の放射方向を変化させるとともに、変化した前記波動エネルギー放射手段の姿勢を保持する放射方向変化・保持手段と、を備え、
   前記放射方向変化・保持手段は、前記波動エネルギー放射手段の前記波動エネルギーが放射される面と反対側に設けられ、前記波動エネルギー放射手段の前記放射方向を変化させるのに必要な動力を前記波動エネルギー放射手段に沿って直線状に発生させる直線運動発生体と、
   この直線運動発生体と対向して設けられ、前記直線運動発生体で発生した前記動力の方向を前記波動エネルギー放射手段側に変換して前記波動エネルギー放射手段を回動する方向変換体と、
   前記動力による前記波動エネルギー放射手段の前記回動に対して抗する方向に前記波動エネルギー放射手段に力を付与する力付与体と、
   を有し、
   前記直線運動発生体は、モータと、このモータのロータの回動運動を直線運動に変換する機構を介して直線状に往復動するシャフトと、このシャフトの先端部に設けられた可動部と、を有し、
   前記可動部は、Ｃ字型の断面に形成された円筒体であり、
   前記シャフトの先端部には、切欠き溝が形成されており、
   前記シャフトは、前記切欠き溝が、前記円筒体のＣ字型の断面の両端部の間に生じる隙間に挟み込まれる形で該隙間に引っ掛けられている、
   波動エネルギー放射装置。
2. 前記波動エネルギー放射手段は、基板ケース内に収納された、表面に複数のアンテナ素子が配列されたアンテナ高周波基板を有し、
   前記方向変換体は、前記基板ケースの一端部に設けられ、前記可動部を介して前記シャフトを通じての前記動力を前記基板ケースの回動中心部を中心にして前記基板ケースを回動させる方向に変換する方向変換部であり、
   前記力付与体は、前記基板ケースの他端部に設けられた圧縮バネである
   請求項１の波動エネルギー放射装置。
3. 前記モータは、ステッピングモータである請求項２の波動エネルギー放射装置。
4. 前記方向変換部は、前記基板ケースに設けられた斜面を有する突起部である請求項２または３の波動エネルギー放射装置。
5. 前記円筒体は、前記両端部に相対して形成され、前記切欠き溝を嵌め込んで、前記シャフトの前記切欠き溝を安定的に固定するための一対の凹部と、前記両端部の前記一対の凹部の両側に形成され、前記シャフトを脱落させないよう保持する為の凸部と、を有する、
   請求項１〜４の何れか一項の波動エネルギー放射装置。
6. 前記波動エネルギー放射装置は、車載用の電波レーダ装置である請求項１〜５の何れか１項の波動エネルギー放射装置。

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