JP6877178B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両に適用されるアンテナ装置などに関する。

従来、特許文献１のように、容量装荷素子とヘリカル素子とを有するアンテナが提案されている。

特開２０１６−２５４７７号公報

しかしながら、容量装荷素子とヘリカル素子との電気的な接続や取り付けの関係上、ヘリカル素子を容量装荷素子の直下に配置する必要があった。

したがって本発明の目的は、容量装荷素子に対してヘリカル素子を自由に配置出来るアンテナ装置を提供することである。

本発明に係るアンテナ装置は、容量装荷素子と、導線が螺旋状に巻かれた螺旋部と、一方が螺旋部に接続され、他方が容量装荷素子の接続点に接続された接続線と、接続線を保護する導線保護部とを備える。

螺旋部と容量装荷素子との電気的な接続は、接続線を介して行われる。
このため、容量装荷素子の直下から離れた位置に螺旋部を配置することが可能になり、容量装荷素子の下部の領域を有効活用出来、アンテナ装置の設計自由度を高めることが可能になる。
また、導線保護部により接続線が保護されるため、当該接続線の破損を防ぐことが可能になる。

好ましくは、アンテナケースと、容量装荷素子と螺旋部を保持し、アンテナケースに固定されるための取り付け穴を有するホルダーとを更に備え、導線保護部は、接続線を取り付け穴近傍に位置させない。

接続線を取り付け穴近傍に位置させないことで、ネジ止めなどの組み立て作業時にドライバーなどの工具が当該接続線に接触する可能性を低くすることが出来、当該接続線の破損を防いだり、組み立て作業の効率性を上げたりすることが可能になる。

以上のように本発明によれば、容量装荷素子に対してヘリカル素子を自由に配置出来るアンテナ装置を提供することができる。

本実施形態におけるアンテナ装置の各部が組みあげられる前の状態を示す上方から見た斜視図である。 アンテナ装置を構成する部品であって、容量装荷素子ホルダーの周辺に位置するものの上方から見た分解斜視図である。 ヘリカル素子ホルダーにヘリカル素子と接続金具が取り付けられたものの上方から見た斜視図である。 アンテナ装置の上方から見た斜視図で、アウターケースとインナーケースを省略したものである。 アンテナ装置の内部構造を示す構成図である。 図５のヘリカル素子の周辺を拡大した構成図である。 ヘリカル素子部と接続金具が取り付けられたヘリカル素子ホルダーが、容量装荷素子が取り付けられた容量装荷素子ホルダーに取り付けられる前の状態を示す斜視図で、下方からみたものである。 ヘリカル素子部と接続金具が取り付けられたヘリカル素子ホルダーが、容量装荷素子が取り付けられた容量装荷素子ホルダーに取り付けられた後の状態を示す斜視図で、下方からみたものである。 アンテナ装置における容量装荷素子、容量装荷素子ホルダー、ヘリカル素子、ヘリカル素子ホルダー、接続金具を下から見た平面図である。 アンテナ装置における容量装荷素子、容量装荷素子ホルダー、ヘリカル素子、ヘリカル素子ホルダー、接続金具を下から見た平面図で、接続点がｘ方向の中間に配置された変形例を示す平面図である。 アンテナ装置における容量装荷素子、容量装荷素子ホルダー、ヘリカル素子、ヘリカル素子ホルダー、接続金具を下から見た平面図で、接続点がｘ方向の後方に配置された変形例を示す平面図である。

以下、本実施形態について、図を用いて説明する。本実施形態におけるアンテナ装置１は、ルーフなど車両の上面に取り付けられ、ケース１０、容量装荷素子１１、容量装荷素子ホルダー１２、ヘリカル素子部１３、ヘリカル素子ホルダー１４、接続金具１５、基板１６、ベース１７、パッチアンテナ１８、導線保護部１９、及びシール部材２１を備える（図１〜図９参照）。

方向を説明するために、アンテナ装置１が取り付けられる車両の前後方向をｘ方向、ｘ方向と垂直な左右方向をｙ方向、ｘ方向とｙ方向に垂直な略鉛直方向をｚ方向として説明する。図１において、ｘｙｚ軸のそれぞれの矢印が指し示す方向をそれぞれ前方向、右方向、上方向と定義する。

ケース１０は、ヘリカル素子部１３などアンテナ装置１を構成する部材を覆う部材で、アウターケース１０ａ、インナーケース１０ｂ、パッド１０ｃを有する。

アウターケース１０ａは、電波透過性を有する合成樹脂製であり、例えば、ｘ方向前側がｘ方向後側よりも低くなるように傾斜し、両側面が内側に湾曲したシャークフィン形状を有する。

アウターケース１０ａは、下面が開口し、アンテナ装置１を構成する部材であって、アウターケース１０ａ以外のもの（インナーケース１０ｂ、容量装荷素子１１、ヘリカル素子部１３など）を、ｚ方向上方から覆う（図１参照）。

アウターケース１０ａには、内壁からｚ方向下方に突出するように、ベース１７への取り付け用の係止爪（不図示）が設けられ、アウターケース１０ａをベース１７に固定する際に、当該係止爪が、ベース１７に係合する。

インナーケース１０ｂは、電波透過性を有する合成樹脂製であり、下面が開口し、アンテナ装置１を構成する部材であって、アウターケース１０ａやインナーケース１０ｂ以外のもの（容量装荷素子１１、ヘリカル素子部１３など）を、ｚ方向上方から覆う（図１、図２参照）。
インナーケース１０ｂは、ネジ止めなどによって、ベース１７に取り付けられる。

パッド１０ｃは、エラストマー（Elastomer）やゴムなどで形成された環状の弾性部材であり、アウターケース１０ａの下端周縁部に嵌入され、若しくはベース１７に取り付けられ、アウターケース１０ａの下端周縁部と車両との間の隙間を目隠しすると共にアウターケース１０ａ内への水の浸入を防止する。

容量装荷素子１１は、ｘ方向から見て下方が離れ上方が近づくように傾斜した２枚の金属板（第１金属板１１ａ、第２金属板１１ｂ）が、下部の接続板１１ｃで接続したものであり、当該２枚の金属板（第１金属板１１ａ、第２金属板１１ｂ）のそれぞれは、ｙ方向から見て全体として略三角形形状の外形を有し、一部がミアンダ状に加工されている。
第１金属板１１ａと第２金属板１１ｂと接続板１１ｃは、１枚の金属板を折り曲げるなどして形成されるが、別体をつなぎ合わせて形成される形態であってもよい。
容量装荷素子１１（接続板１１ｃ）における前方で且つ下面には、ｚ方向下方に延びるフック形状の接続点１１１が設けられ、当該接続点１１１で、ヘリカル素子部１３の上部接続線１３２が容量装荷素子１１と半田付けなどで電気的に接続される。
上部接続線１３２が接続点１１１におけるフック形状部分に掛けられることで電気的に接続される形態であってもよい。

容量装荷素子１１のｙ方向の対称性を保つため、第１金属板１１ａと第２金属板１１ｂは、ｘ方向から見て、第１金属板１１ａと第２金属板１１ｂを接続する下部の接続板１１ｃにおけるｙ方向の中心線ＬＸを含むｘｚ平面を挟んで対称になるように形状や位置関係が決定され、接続点１１１は、中心線ＬＸを含むｘｚ平面近傍に設けられるのが望ましい。

また、パッチアンテナ１８で受信する周波数帯において定在波が発生するのを防ぐため、上部接続線１３２が長くならないように、接続点１１１は、容量装荷素子１１における前端部から後方で、且つパッチアンテナ１８から一定距離以上だけ離れた位置に設けるのが望ましい。
なお、上部接続線１３２の長さは、パッチアンテナ１８で受信する周波数における波長をλとしたときに、λ／４以下の長さにすることが望ましい。

容量装荷素子１１は、ｘ方向から見た断面が略等脚台形形状の外形を有する容量装荷素子ホルダー１２に保持される。

容量装荷素子ホルダー１２における前方で且つｙ方向の中心には、ヘリカル素子ホルダー１４の第２領域１４ｂを嵌め込むための保持穴１２１が設けられ、容量装荷素子ホルダー１２における後方で且つｙ方向の中心には、第１取り付け穴１２２が設けられる（図７、図９参照）。
第１取り付け穴１２２を介して、下方からネジ止め若しくはスナップ止めすることにより、容量装荷素子ホルダー１２とインナーケース１０ｂが接続される。

ヘリカル素子部１３は、導体で構成されている。ヘリカル素子部１３は、波長短縮素子として機能する螺旋部（ヘリカル素子）１３１と、一方が螺旋部１３１の上端と接続され他方が容量装荷素子１１の接続点１１１に接続された上部接続線１３２と、一方が螺旋部１３１の下端に接続され他方が接続金具１５に接続された下部接続線１３３を有する。
螺旋部１３１は、容量装荷素子１１を保持する容量装荷素子ホルダー１２の下で、接続点１１１及び後述する第２取り付け穴１４１よりも後方で、且つ後方から見て容量装荷素子１１や容量装荷素子ホルダー１２のｙ方向の中心線ＬＸを含むｘｚ平面から左にずれた位置に配置される。
螺旋部１３１と上部接続線１３２と下部接続線１３３は、一体的に構成される形態であってもよいし、別体で構成される形態であってもよい。

容量装荷素子１１と螺旋部１３１が、ＦＭ波帯などの信号を受信するアンテナ素子を構成する。

螺旋部１３１と容量装荷素子１１との電気的な接続は、上部接続線１３２を介して行われる。
このため、容量装荷素子１１の（ｙ方向の中心の）直下から離れた位置に螺旋部１３１を配置することが可能になり、容量装荷素子１１の下部の領域を有効活用出来、アンテナ装置１の設計自由度を高めることが可能になる。
螺旋部１３１を接続点１１１及び第２取り付け穴１４１よりも後方に配置させることにより、螺旋部１３１をパッチアンテナ１８から離して、螺旋部１３１とパッチアンテナ１８の電気的絶縁（アイソレーション）を確保することが可能になる。
螺旋部１３１を、容量装荷素子１１のｙ方向の中心からずれた位置に配置することにより、基板１６上の部材であって、アンテナアンプなど比較的ｚ方向に長いものを、中心線ＬＸを含むｘｚ平面の近傍に配置しやすく出来る。

ヘリカル素子ホルダー１４は、合成樹脂製で、ヘリカル素子部１３の螺旋部１３１や上部接続線１３２を保持するために使用される。
ヘリカル素子ホルダー１４は、略円筒形状を有し螺旋部１３１が巻き付けられる第１領域（ボビン）１４ａと、第１領域１４ａよりも上部に位置し上端が容量装荷素子ホルダー１２の保持穴１２１に挿入される第２領域１４ｂと、第１領域１４ａよりも下部に位置し、前側先端部に接続金具１５が取り付けられる第３領域１４ｃを有する。

第２領域１４ｂにおける容量装荷素子ホルダー１２の保持穴１２１に嵌め込まれる部分には、第２取り付け穴１４１が設けられる。
第２取り付け穴１４１を介して、下方からネジ止め若しくはスナップ止めすることにより、ヘリカル素子ホルダー１４と容量装荷素子ホルダー１２とインナーケース１０ｂが接続される。
ヘリカル素子ホルダー１４をインナーケース１０ｂにネジ止め若しくはスナップ止めする部材は、導体であってもよいし、不導体であってもよい。

従って、容量装荷素子ホルダー１２は、係るネジ止め若しくはスナップ止めにより、上部では、インナーケース１０ｂと容量装荷素子ホルダー１２とに挟まれた状態で容量装荷素子１１を保持し、下部では、ヘリカル素子ホルダー１４に巻き付けられたヘリカル素子部１３を保持する。

第１取り付け穴１２２と第２取り付け穴１４１の２箇所で、容量装荷素子ホルダー１２とインナーケース１０ｂの固定が行われるため、１箇所で固定が行われる形態に比べて、振動などでずれにくく、固定された状態を維持しやすい。

第２領域１４ｂにおける第１領域１４ａに近い側には、後方から見て右方向に突出する第１突起１４３が設けられる（図５〜図８参照）。第１突起１４３の効果については後述する。
また、第２領域１４ｂにおける容量装荷素子ホルダー１２の保持穴１２１に嵌め込まれる部分の下部であって、後方から見て右側部には、導線保護部１９が設けられる。

導線保護部１９は、上部接続線１３２における少なくとも第２領域１４ｂの側面を通る領域を保護するもので、上部接続線１３２を構成する導線を保持するガイド１９ａと、当該導線におけるガイド１９ａに保持された領域を覆うカバー１９ｂとを有する。
本実施形態では、カバー１９ｂが、上部接続線１３２におけるガイド１９ａに保持された領域をｙ方向外側（ｙ方向の中心線ＬＸを含むｘｚ平面から離れた側）から覆う第１カバー１９ｂ１と、ｙ方向内側（ｙ方向の中心線ＬＸを含むｘｚ平面に近い側）から覆う第２カバー１９ｂ２を有する形態を説明するが、いずれか一方だけを有する形態であってもよい。

ガイド１９ａは、第２領域１４ｂの後方から見て右側部に設けられた鉤状突起で構成され、第１突起１４３よりも上方に配置される。
ガイド１９ａは、ヘリカル素子ホルダー１４（第２領域１４ｂ）と一体で構成されてもよいし、別体で構成されてもよい。

カバー１９ｂは、第２領域１４ｂにおけるガイド１９ａが設けられた領域と対向し、ｙ方向外側と内側から当該領域を覆う。
第１カバー１９ｂ１は、容量装荷素子ホルダー１２と一体で構成されてもよいし、別体で構成されていてもよい。また、第１カバー１９ｂ１は、ヘリカル素子ホルダー１４と一体で構成されてもよいし、別体で第２領域１４ｂにおけるガイド１９ａが設けられた領域に着脱可能な状態で取り付けられる形態であってもよい。第２カバー１９ｂ２についても同様である。
本実施形態では、容量装荷素子ホルダー１２の下面から下方に突出する壁状の第１カバー１９ｂ１と第２カバー１９ｂ２が、容量装荷素子ホルダー１２と一体で構成される例を示す。
容量装荷素子ホルダー１２にヘリカル素子ホルダー１４が取り付けられた時に、ｚ方向から見て、第２取り付け穴１４１と第１カバー１９ｂ１が第２カバー１９ｂ２を挟む位置関係でこれらの部材が配置される。

上部接続線１３２は、第１突起１４３と、導線保護部１９を介して、螺旋部１３１の上端から接続点１１１に延びる。
具体的には、上部接続線１３２は、一回り以上巻くなどして第１突起１４３に引っ掛けた状態で、且つガイド１９ａに引っ掛けた状態で、螺旋部１３１の上端から接続点１１１に延びる。

導線保護部１９のガイド１９ａに引っ掛けることにより、上部接続線１３２は、当該ガイド１９ａが設けられない形態に比べて、所定の場所から外れにくい状態に出来、第２取り付け穴１４１の近傍から半径方向外側に外れた位置（第２取り付け穴１４１を通るｚ方向の軸とガイド１９ａの鉤状突起の距離だけ外れ、第２取り付け穴１４１近傍に位置させない位置）に上部接続線１３２を配置した状態を維持することが出来る。
また、上部接続線１３２を第２取り付け穴１４１近傍に位置させないことや、導線保護部１９のカバー１９ｂに覆われることにより、外部から接触しにくい状態になり、ネジ止めなどの組み立て作業時にドライバーなどの工具が上部接続線１３２に接触する可能性を低くすることが出来、上部接続線１３２の破損を防いだり、組み立て作業の効率性を上げたりすることが可能になる。

第３領域１４ｃにおける前方の端部には、接続金具１５が取り付けられる。

接続金具１５における第３領域１４ｃと接続する領域には、後方から見て左方向に突出する第２突起１５１が設けられ、当該第２突起１５１には、螺旋部１３１の下端から延びる導線（下部接続線１３３）が半田付けなどで電気的に接続される。
接続金具１５における前端部から下方に延びる部分は、基板１６に上方に突出するように設けられた挟持用導体板バネ１６１に挟み込まれ、当該挟持により、基板１６と接続金具１５とが電気的に接続される。基板１６と接続金具１５との接続は、挟持用導体板バネ１６１に限られず、電気的に接続されるものであればどのような形態でもよい。

基板１６は、アンテナ素子（容量装荷素子１１、螺旋部１３１）の受信信号を増幅するアンテナアンプなどを実装するもので、ベース１７の上部に取り付けられる。

アンテナ素子（容量装荷素子１１、螺旋部１３１）の前方には、衛星デジタルラジオ（SDARS: Satellite Digital Audio Radio Service）、若しくは衛星測位システム（GNSS: Global Navigation Satellite System）の信号を受信するためのパッチアンテナ１８が設けられ、ベース１７の上部に取り付けられる。

ベース１７の下面には、エラストマー（Elastomer）やゴムやウレタンフォームなどで形成された環状の弾性部材であるシール部材２１が設けられ、シール部材２１によりベース１７と車両のルーフとの間であって取り付け穴が設けられた領域の周囲が水密封止される。

次に、ヘリカル素子部１３の組み立て手順について説明する。

予めヘリカル素子ホルダー１４の第３領域１４ｃには、接続金具１５が取り付けられ、容量装荷素子ホルダー１２には容量装荷素子１１が取り付けられている。

ヘリカル素子部１３（螺旋部１３１、上部接続線１３２、下部接続線１３３）を構成する導線の一端が、接続金具１５の第２突起１５１に半田付けされた状態で、第１領域１４ａの下端まで延ばし、第１領域１４ａに当該導線が螺旋状に巻き付けられる。

巻き付け後、第１領域１４ａの上端から導線が第１突起１４３に引っ掛けられ、且つ導線保護部１９のガイド１９ａに引っ掛けられた状態で、ヘリカル素子ホルダー１４の第２領域１４ｂの上端が、容量装荷素子ホルダー１２の保持穴１２１に挿入される（図７、図８参照）。
このとき、容量装荷素子ホルダー１２の下端に設けられた第１カバー１９ｂ１がガイド１９ａと対向し、第１カバー１９ｂ１が第１上部接続線１３２におけるｙ方向外側からガイド１９ａに保持された領域を覆い、第２カバー１９ｂ２がｙ方向内側から当該領域を覆う。
ヘリカル素子部１３を構成する導線を接続点１１１におけるフック形状部分に掛け、当該接続点１１１で導線の他端が半田付けされ、残った導線が切り取られる。

導線のうち、第２突起１５１と第１領域１４ａの下端の間が下部接続線１３３を構成し、第１領域１４ａの下端と上端の間が螺旋部１３１を構成し、第１領域１４ａの上端と接続点１１１の間が上部接続線１３２を構成する。

その後、第１取り付け穴１２２、及び第２取り付け穴１４１を介したネジ止めなどにより、容量装荷素子ホルダー１２がインナーケース１０ｂに取り付けられる。

これにより、インナーケース１０ｂ、容量装荷素子１１、容量装荷素子ホルダー１２、ヘリカル素子部１３、ヘリカル素子ホルダー１４、及び接続金具１５が取り付けられた状態になり、パッド１０ｃや基板１６やパッチアンテナ１８が取り付けられたベース１７の上に、容量装荷素子１１などが取り付けられたインナーケース１０ｂが係合せしめられる。

第１突起１４３に導線（上部接続線１３２）の一部を引っ掛けることで、導線の長さを調整出来、螺旋部１３１の巻き数を調整出来、導線がヘリカル素子ホルダー１４の第１領域１４ａに巻き付けられていることにより生じる導線が巻き付けられる前の状態に戻ろうとする反力を抑え込むことが出来る。

本実施形態では、容量装荷素子１１とヘリカル素子部１３の接続点１１１が前方に配置される例を説明したが、当該接続点１１１は、前方配置に限定されるものではない。
例えば、接続点１１１は、ｘ方向の中間（前方と後方の間）に配置される形態（図１０参照）であってもよいし、ｘ方向の後方に配置される形態（図１１参照）であってもよい。
接続点１１１がｘ方向の中間に配置される場合、接続点１１１は、後方から見て右側の金属板（第１金属板１１ａ）の下に設けられる。
接続点１１１がｘ方向の後方に配置される場合、接続点１１１は、後方の接続板（不図示）若しくは金属板の一方の下に設けられる。
いずれの場合も、導線保護部１９は、ヘリカル素子部１３と接続点１１１の間に設けられる。
また、本実施形態におけるパッチアンテナ１８は、平面アンテナであればどのようなものであってもよい。

１ アンテナ装置
１０ ケース
１０ａ アウターケース
１０ｂ インナーケース
１０ｃ パッド
１１ 容量装荷素子
１１ａ 第１金属板
１１ｂ 第２金属板
１１ｃ 接続板
１１１ 接続点
１２ 容量装荷素子ホルダー
１２１ 保持穴
１２２ 第１取り付け穴
１３ ヘリカル素子部
１３１ 螺旋部
１３２ 上部接続線
１３３ 下部接続線
１４ ヘリカル素子ホルダー
１４ａ 第１領域
１４ｂ 第２領域
１４ｃ 第３領域
１４１ 第２取り付け穴
１４３ 第１突起
１５ 接続金具
１５１ 第２突起
１６ 基板
１６１ 挟持用導体板バネ
１７ ベース
１８ パッチアンテナ
１９ 導線保護部
１９ａ ガイド
１９ｂ カバー
１９ｂ１ 第１カバー
１９ｂ２ 第２カバー
２１ シール部材
ＬＸ 下部の接続板におけるｙ方向の中心線

Claims (3)

1. 容量装荷素子と、
   導線が螺旋状に巻かれた螺旋部と、
   一方が前記螺旋部に接続され、他方が前記容量装荷素子の接続点に接続された接続線と、
   前記接続線を保護する導線保護部と、
   アンテナケースと、
   前記容量装荷素子と前記螺旋部を保持し、前記アンテナケースに固定されるための取り付け穴を有するホルダーとを備え、
   前記導線保護部は、前記接続線を前記取り付け穴近傍に位置させないことを特徴とするアンテナ装置。
2. 容量装荷素子と、
   導線が螺旋状に巻かれた螺旋部と、
   一方が前記螺旋部に接続され、他方が前記容量装荷素子の接続点に接続された接続線と、
   前記接続線を保護する導線保護部とを備え、
   前記導線保護部は、前記接続線を保持するガイドと、前記接続線を覆うカバーと、を有することを特徴とするアンテナ装置。
3. アンテナケースと、
   前記容量装荷素子と前記螺旋部を保持し、前記アンテナケースに固定されるための取り付け穴を有するホルダーとを更に備え、
   前記導線保護部は、前記接続線を前記取り付け穴近傍に位置させないことを特徴とする請求項２に記載のアンテナ装置。

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