JP6534472B2 - アンテナ装置 - Google Patents

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第１エレメントと第２エレメントが介在し、前記第１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形成されており、前記第２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形成されており、前記第１エレメントが、前記第２エレメントの前方に配置されることを特徴とする。

本発明のアンテナ装置は、インナーケースの外表面とアウターケースとの間に第１エレメントと第２エレメントが介在する。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、複数の周波数帯の電磁波を受信することができる。

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１３１，１３２・・・窪み部、１３３・・・側壁部、１７・・・弾性パッド、Ｓ・・・収容空間Ｓ、１８・・・コネクタ機構。

Claims (3)

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第１エレメントと第２エレメントが介在し、
   前記第１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形成されており、
   前記第２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形成されており、
   前記第１エレメントが、前記第２エレメントの前方に配置される、アンテナ装置。
2. 前記第１エレメントが、前記インナーケースの内側における前記収容空間の水密性を維持しながら前記電子部品と電気的に接続されており、
   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、前記収容空間の水密性を維持しながら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が埋設されており、
   さらに、モジュール化された第３エレメントを有し、前記内側端子が前記第３エレメントの一端部の取付機構を兼ね、
   前記第３エレメントの他端部と前記電子部品とがＵ字片により導通する、
   請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記電子部品と電気的に接続された導電端子を有する回路基板をさらに有し、
   前記回路基板の前記インナーケースを向く面には導電性のターミナルが設けられ、
   前記ターミナルは、前記Ｕ字片を弾性的に支持しつつ、前記Ｕ字片と前記導電端子とを電気的に接続する、
   請求項２記載のアンテナ装置。