JP7129333B2 - アンテナ装置 - Google Patents

Description

本発明は、主に車載用として使用されるアンテナ装置に関する。

特許文献１にキーレスエントリー受信機に関する発明が記載されている。
このキーレスエントリー受信機は、共に合成樹脂材料で形成された上ケースと下ケースを有し、上ケースの内壁面に所定パターンを有するアンテナが一体に形成されている。上ケースと下ケースの内部にプリント基板が収納されており、プリント基板の表面に電極が設けられ、アンテナの端部と電極とが接触して導通している。

特許文献２にルーフモジュールに関する発明が記載されている。
このルーフモジュールは、筐体を構成するベースとカバーが合成樹脂材料で形成されており、筐体の内部に、アンテナと金属パネルおよびモジュール基板が収納されている。アンテナは平面アンテナであり、絶縁基板の表面に印刷回路体によってアンテナパターンが形成されたものである。モジュール基板には電子部品が実装されている。金属パネルは、銀、銅、アルミニウムなどの板であり、アンテナとモジュール基板との間に設けられて、シールド効果を発揮する。

特許文献３にアンテナシステムに関する発明が記載されている。
このアンテナシステムは、基板の上面に送受信機を構成する電子部品が実装されている。基板の上に電子部品を覆う保護部材が設置されており、保護部材の外面にアンテナが形成されている。

特開２００５－４５６２５号公報 特開２０１７－２０００８６号公報 特許第６３６５６７６号公報

特許文献１に記載されたキーレスエントリー受信機は、上ケースの内壁面にアンテナが一体に形成された構造であるため、上ケースの構造が複雑になり上ケースの製造コストが高くなる。また、プリント基板は、合成樹脂材料で形成された上ケースと下ケースの内部に収納された構造であるため、全体として強度が低く、大きな外力で内部の回路が破壊されやすい欠点がある。

特許文献２に記載されたルーフモジュールは、筐体の内部に、アンテナと金属パネルおよびモジュール基板がそれぞれ独立した部品として収納されているため、全体に部品点数が多くなる。また筐体が合成樹脂材料で形成されて強度が低く、筐体の内部に位置するアンテナも、絶縁基板の表面にアンテナパターンが形成された平面アンテナであるために強度が低くなっている。そのため、全体として強度が低く、例えばＴＣＵ（Telematics Control Unit）などの緊急通報システムとして使用したときに、車両事故発生時に平面アンテナと内部回路が破損するおそれがある。

特許文献３にアンテナシステムは、保護部材の外面にアンテナが形成された構造であるため、外力によってアンテナが損傷しやすく、緊急通報システムなどに使用するのが難しい。

本発明は上記従来の課題を解決するものであり、全体として強度を高くでき、アンテナの支持部の強度も高くすることでき、組立も容易に行うことができるアンテナ装置を提供することを目的としている。

本発明は、合成樹脂製のケースの内部に、電子部品が実装された回路基板と、外部との通信のためのアンテナ素子と、が収納されているアンテナ装置において、
前記ケースの内部に、少なくとも一方向において前記回路基板の対向する一対の辺の距離よりも幅寸法が大きく、前記回路基板の板厚方向である高さ方向の寸法が、前記回路基板の板厚寸法よりも大きい合成樹脂製の内側部材が設けられ、
前記回路基板が前記内側部材に支持され、前記内側部材に前記アンテナ素子が固定されており、
前記アンテナ素子の素子表面が、前記回路基板の基板表面と交差する方向に向けられて、前記回路基板が、前記素子表面の高さ方向の寸法の範囲内に位置していることを特徴とするものである。

本発明のアンテナ装置は、前記回路基板が、前記内側部材の高さ方向の寸法の範囲内で、前記内側部材に収納されていることが好ましい。

本発明のアンテナ装置は、前記アンテナ素子が、前記内側部材の高さ方向に延びる外側面に固定されていることが好ましい。

本発明のアンテナ装置は、前記アンテナ素子が、前記回路基板の基板表面と平行な接合部を有し、前記基板表面に電極部が設けられており、前記接合部を前記電極部に圧接させる圧接機構が設けられているものとして構成できる。

本発明のアンテナ装置は、例えば、前記圧接機構が、前記接合部と前記電極部を通過して、前記回路基板の一部と前記ケースの一部とを締結するねじ部材である。

本発明のアンテナ装置は、前記内側部材に高さ方向に向けて窪む凹部と高さ方向に貫通する穴部の少なくとも一方が形成されており、前記回路基板に実装された前記電子部品が、前記凹部と前記穴部の少なくとも一方の内部に位置しているものである。

本発明のアンテナ装置は、前記ケースの内部で、複数の内側部材によって、前記回路基板が高さ方向の上下から挟まれていることが好ましい。

本発明のアンテナ装置は、少なくとも一方向において回路基板よりも幅寸法が大きく且つ回路基板の板厚寸法よりも高さ寸法が大きい内側部材が設けられ、回路基板が内側部材に支持されているため、外力が作用したときに、回路基板を保護することができる。また、アンテナ素子が、内側部材に固定されているため、内側部材の強度を高めておくことによって、アンテナの固定強度も高めることができる。本発明は、内側部材が回路基板を支持する保護部材または補強部材として機能し、さらにアンテナ支持体として機能しているため、部品数を少なくでき、組立作業も容易である。

特に、アンテナ素子を内側部材の外側面に固定するなどして、回路基板をアンテナ素子の高さ方向の寸法の範囲内に配置することで、内側部材で十分な強度を確保し、さらにアンテナ装置を薄型に構成することができる。

本発明の実施形態のアンテナ装置の全体構造を示す斜視図、 図１に示すアンテナ装置の分解斜視図、 図１に示すアンテナ装置をＩＩＩ－ＩＩＩ線で切断した断面図、 図１に示すアンテナ装置をＩＶ－ＩＶ線で切断した断面図、 図２に示すアンテナ装置のＶ矢視部分を拡大して示す拡大分解斜視図、 図２に示すＶ矢視部分の構成部材の一部を示す部分拡大斜視図、 図２に示すＶ矢視部分において、回路基板とアンテナ素子以外の構成部材を省略した拡大分解斜視図、 図５に示すアンテナ装置をＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線で切断した切断分解斜視図、 アンテナ装置が組み立てられた状態をＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線を含む面で切断した切断面を示す断面図、

図１に、本発明の実施形態のアンテナ装置１が示されている。図２に示すように、アンテナ装置１は、電子部品が実装された回路基板１０と複数のアンテナ素子２０を内蔵している。
実施形態のアンテナ装置１は、回路基板１０に実装された電子部品とアンテナ素子２０とで通信装置が構成されており、アンテナ装置１で単独に外部と通信することが可能である。あるいは本発明のアンテナ装置１は、単独で通信装置を構成せずに、別個に設けられた通信装置と連携して外部と通信するものであってもよい。

実施形態のアンテナ装置１は車載用であり、複数のアンテナ素子２０を使用して、ワイヤレスＷＡＮ、ワイヤレスＬＡＮ、衛星測位システム、携帯電話用の無線通信、衛星通信などの各種通信が行われる。また、回路基板１０にＴＣＵ（Telematics Control Unit）やｅＣａｌｌなどの緊急通報システムが搭載されている。そのため、車両事故などによって外力や衝撃が与えられたときに損傷しない強度が求められる。

アンテナ装置１は、直交座標においてＺ方向が高さ方向、Ｘ方向が横幅方向、Ｙ方向が縦幅方向である。図１に示すように、アンテナ装置１はケース２を有している。ケース２は、横幅方向（Ｘ方向）および縦幅方向（Ｙ方向）の寸法が高さ方向（Ｚ方向）の寸法よりも大きく、縦幅方向（Ｙ方向）の寸法が、横幅方向（Ｘ方向）の寸法よりも大きい。図２に示すように、ケース２は、上部ケース３と下部ケース４を有しており、両ケース３，４はいずれも合成樹脂製である。

図３と図４の断面図に示すように、上部ケース３は立方体の箱形状で内部に収納空間５を有している。下部ケース４は、上部ケース３の収納空間５の下部に入り込むようにして、上部ケース３と下部ケース４とが組み合わされる。図２に示すように、下部ケース４には複数か所に固定穴４ｂが開口し、回路基板１０には、前記固定穴４ｂに対応する位置に貫通穴１０ｂが形成されている。図３に示すように、上部ケース３の内部では、収納空間５に向けて下向きに突出する複数の固定ボス３ｂが一体に形成されている。図３に示すように、収納空間５の内部において、回路基板１０が、下部ケース４と固定ボス３ｂの間に挟まれ、固定ねじ６が、下部ケース４の固定穴４ｂに挿入され、この固定ねじ６が回路基板１０の貫通穴１０ｂを通過し、上部ケース３の固定ボス３ｂに形成された雌ねじ穴３ｃに螺着される。これにより、回路基板１０は上部ケース３と下部ケース４とで挟まれて収納空間５の内部に固定される。

図２に示すように、上部ケース３の４か所の角部に固定用突出部３ａが一体に形成され、下部ケース４の４か所の角部にも固定用突出部４ａが一体に形成されている。上部ケース３の固定用突出部３ａの内部構造は下方に開口部が向けられた凹部となっており、図１と図３および図４に示すように、上部ケース３と下部ケース４とが組み合わされて互いに固定されたときに、下部ケース４の固定用突出部４ａが上部ケース３の固定用突出部３ａの凹部内に嵌め込まれる。この固定用突出部３ａ，４ａが車体の一部にねじ止めされるなどして、アンテナ装置１が車両に搭載される。

図２に示すように、回路基板１０の図示上向きの上面には、大型の電子部品１１，１２や小型の電子部品１３が複数実装されている。また回路基板１０にはコネクタ１４が固定されている。上部ケース３の１つの側面には切欠き部３ｇが形成されており、図１に示すように、回路基板１０がケース２の内部に収納されると、コネクタ１４が切欠き部３ｇから外部に向けて突出する。

図２に示すように、回路基板１０と上部ケース３の天井部との間に内側部材３０が収納されている。内側部材３０は合成樹脂製である。ケース２の内部に収納される各種電子部品からの発せられる熱をケース２の外部に効果的に放出できるように、内側部材３０とケース２は、空気よりも熱伝導率の高い合成樹脂材料で形成されることが好ましい。例えば、内側部材３０とケース２はエポキシ系樹脂材料で形成される。

図３と図４に示すように、内側部材３０は、上部ケース３の収納空間５に収納されて、上部ケース３の天井部と回路基板１０とに挟まれている。図２に示すように、内側部材３０には、複数か所に高さ方向（Ｚ方向）に貫通する嵌合穴３０ａが形成されている。上部ケース３には、収納空間５に向けて下向きに突出する図３に示した複数の前記固定ボス３ｂと、さらに図４に示す複数の固定ボス３ｄが一体に形成されており、それぞれの固定ボス３ｂ，３ｄが嵌合穴３０ａに挿入されて、内側部材３０が上部ケース３の内部に位置決めされて収納されている。

図３に示すように、内側部材３０の高さ方向（Ｚ方向）の寸法Ｈは、回路基板１０の高さ方向（Ｚ方向）での板厚寸法よりも十分に大きく、回路基板１０は、内側部材３０の高さ寸法Ｈの範囲内に収納されている。図３に示すように、回路基板１０の横幅方向（Ｘ方向）で対向する一対の辺１７，１７の距離Ｘ１０よりも、内側部材３０の横幅方向（Ｘ方向）の幅寸法Ｘ３０の方が大きく、図４に示すように、回路基板１０の縦幅方向（Ｙ方向）で対向する一対の辺１８，１８の距離Ｙ１０よりも、内側部材３０の縦幅方向（Ｙ方向）の幅寸法Ｙ３０の方が大きくなっている。本発明では、幅寸法Ｘ３０とＹ３０の少なくとも一方が、距離Ｘ１０または距離Ｙ１０よりも大きい。すなわち、少なくとも一方向において、回路基板１０の対向する一対の辺の距離よりも内側部材３０の同方向での幅寸法が大きくなっている。

図２および図３と図４に示すように、内側部材３０に高さ方向に貫通する穴部３１と、下方に向けて解放された凹部３２とが形成されている。アンテナ装置１が組み立てられた状態では、回路基板１０に実装された大型の電子部品１１，１２が穴部３１の内部に収納され、回路基板１０に実装された小型の電子部品１３が凹部３２の内部に収められている。本発明では、内側部材３０に、穴部３１と凹部３２の少なくとも一方が形成され、穴部３１または凹部３２の内部に電子部品が位置して、電子部品が内側部材３０によって保護される。すなわち、内側部材３０に高さ方向に向けて窪む凹部３２と高さ方向に貫通する穴部３１の少なくとも一方が形成され、回路基板１０に実装された電子部品が、凹部と前記穴部の少なくとも一方の内部に位置している構造である。

内側部材３０は、高さ方向の寸法Ｈが回路基板１０の板厚寸法よりも大きく、少なくとも一方向において回路基板１０の対向する一対の辺の距離よりも内側部材３０の同方向での幅寸法の方が大きい。そして、内側部材３０に高さ方向に向けて窪む凹部３２と高さ方向に貫通する穴部３１の少なくとも一方が形成され、回路基板１０に実装された電子部品が、凹部３２と前記穴部３１の少なくとも一方の内部に位置している。そのため、内側部材３０によって回路基板１０および電子部品１１，１２，１３を保持でき、ケース２が合成樹脂製であっても、全体の強度を高く維持でき、車両の衝突事故など大きな衝撃が与えられても、内部の回路を保護することが可能である。さらに、内側部材３０とケース２を、空気よりも熱伝導率の高い合成樹脂材料で形成することで、電子部品から発せられた熱の放熱も可能になる。

図２に示すように、下部ケース４の底部と回路基板１０の間に下方内側部材４０が設けられている。下方内側部材４０は内側部材３０と同じ合成樹脂材料で形成されている。図２に示すように、下方内側部材４０の上面には、高さ方向（Ｚ方向）に向けて突出する隆起部４１が一体に形成されており、図３と図４に示すように、回路基板１０が隆起部４１によって下側から支えられている。内側部材３０と共に下方内側部材４０を設け、内側部材３０と下方内側部材４０とで回路基板１０を上下から挟み込むことによって、さらに回路基板１０と電子部品１１，１２，１３を外部からの衝撃から保護できるようになる。

図２に示すように、内側部材３０は横幅方向（Ｘ方向）に向く２つの外側面３３，３３と、縦幅方向（Ｙ方向）に向く２つの外側面３３，３３を有しており、それぞれの外側面３３に、それぞれ１組のアンテナ素子２０が固定されている。図５ないし図９には、図２のＶ矢視部分に設けられた１組のアンテナ素子２０の取付け構造の詳細が示されている。なお、他の３か所の外側面３３に対するアンテナ素子２０の取付け構造は、Ｖ矢視部分で示したアンテナ素子２０の取付け構造と同じである。

図５ないし図７に示すように、１組のアンテナ素子２０は、第１アンテナ２１と第２アンテナ２２を有している。第１アンテナ２１と第２アンテナ２２は、導電性の金属板の表面にニッケルメッキおよび金メッキが重ねられて形成されたものである。第１アンテナ２１と第２アンテナ２２は、その素子表面が、回路基板１０の基板表面と交差する（直交する）Ｘ－Ｚ平面と平行に配置されている。第１アンテナ２１の素子表面の形状はミアンダ形状である。第１アンテナ２１の一部には、Ｙ方向に向けて直角に折り曲げられた接合部２１ａが形成され、接合部２１ａに穴部２１ｂが形成されている。第２アンテナ２２は、素子表面が四角形である。第２アンテナ２２の一部には、Ｙ方向に向けて直角に折り曲げられた接合部２２ａが形成されており、接合部２２ａに穴部２２ｂが形成されている。

図５に示すように、内側部材３０の外側面３３には、第１設置凹部３４ａと第２設置凹部３４ｂが形成されている。図６に示すように、第１アンテナ２１は、素子表面が第１設置凹部３４ａの表面に密着するように設置され、第２アンテナ２２は、素子表面が第２設置凹部３４ｂの表面に密着するように設置される。好ましくは、第１アンテナ２１が第１設置凹部３４ａの表面に接着されて固定され、第２アンテナ２２が第２設置凹部３４ｂの表面に接着されて固定される。

図８と図９に、上部ケース３の天井部から収納空間５に向けて下向きに一体に形成された前記固定ボス３ｄが拡大して示されている。この固定ボス３ｄは、図４の断面図に現れているものと同じである。固定ボス３ｄの下端部には小径部３ｅが形成されており、固定ボス３ｄの中心部には雌ねじ穴３ｆが形成されている。固定ボス３ｄが内側部材３０に形成された嵌合穴３０ａに挿入されることで、上部ケース３の収納空間５内で内側部材３０が位置決めされている。

図７ないし図９に示すように、回路基板１０には高さ方向（Ｚ方向）に貫通する穴部１５が形成されており、回路基板１０の基板表面には、穴部１５を囲むようにリング状の電極部１６が形成されている。電極部１６は、基板表面に形成された配線パターンの一部であり銅箔などで形成されている。第１アンテナ２１に形成されている接合部２１ａと第２アンテナ２２に形成されている接合部２２ａは、基板表面のそれぞれの電極部１６に重ねられて設置される。図９に示すように、上部ケース３に形成された固定ボス３ｄの下端面が、それぞれのアンテナ２１，２２の接合部２１ａ，２２ａの上面に設置され、固定ボス３ｄの下端の小径部３ｅが、接合部２１ａ，２２ａに形成された穴部２１ｂ，２２ｂおよび、回路基板１０に形成された穴部１５，１５の内部に挿入される。

図８と図９に示すように、回路基板１０の下面にワッシャ２４が設置され、圧接機構を構成するねじ部材２５がワッシャ２４の内部に挿入されて、固定ボス３ｄの雌ねじ穴３ｆに螺着されている。このねじ部材２５の締め付け力により、回路基板１０が、ねじ部材２５およびワッシャ２４と、上部ケース３の固定ボス３ｄとの間に挟まれて、回路基板１０が内側部材３０に支持される。また、それぞれのアンテナ２１，２２の接合部２１ａ，２２ａと電極部１６とが圧接されて個別に導通され、アンテナ２１，２２が、回路基板１０に実装された電子回路に導通させられる。図９に示すように、固定ボス３ｄの下端部の小径部３ｅが、接合部２１ａ，２２ａの穴部２１ｂ，２２ｂと回路基板１０の穴部１５の内部に入り込んでいるので、金属製のねじ部材２５が、アンテナ２１，２２と電極部１６に触れることがない。

アンテナ素子２０を構成する第１アンテナ２１と第２アンテナ２２は、保護部材または補強部材としての機能を発揮する内側部材３０の外側面３３に固定されているため、外部から衝撃や大きな力が与えられたとしてもアンテナ素子２０が損傷しにくい。また、図８と図９に示すように、第１アンテナ２１の素子面の高さ方向（Ｚ方向）の幅寸法ｈａは、内側部材３０の外側面３３の高さ寸法の幅寸法とほぼ一致しているため、内側部材３０の外側面３３を有効に利用してアンテナ素子２０を設置できる。また、回路基板１０が第１アンテナ２１の素子面の高さ方向（Ｚ方向）の幅寸法ｈａの範囲内に収められているので、アンテナ素子２０の素子面を広く確保でき、しかも、アンテナ装置１の全体を薄型化することが可能になる。

実施形態のアンテナ装置１は、合成樹脂製のケース２の内部に回路基板１０とアンテナ素子２０が収納されているが、ケース２の内部の収納空間５に収まる内側部材３０によって、回路基板１０に実装された電子部品１１，１２，１３が保護され、また内側部材３０にアンテナ素子２０が固定されているため、強度が高く、しかもケース内に各部品を効果的に収納できるようになる。

前記実施形態では、アンテナ素子２０を構成する第１アンテナ２１と第２アンテナ２２が、板金材料で形成されているが、それぞれのアンテナが、内側部材３０の外側面３３において、銅箔、導電性塗料、蒸着膜などによってパターン成形されていてもよい。

１ アンテナ装置
２ ケース
３ 上部ケース
３ｂ，３ｄ 固定用ボス
４ 下部ケース
１０ 回路基板
１１，１２，１３ 電子部品
１５ 穴部
１６ 電極部
１７，１８ 辺
２０ アンテナ素子
２１ 第１アンテナ
２１ａ 接合部
２１ｂ 穴部
２２ 第２アンテナ
２２ａ 接合部
２２ｂ 穴部
２５ ねじ部材（圧接機構）
３０ 内側部材
３１ 穴部
３２ 凹部
３３ 外側面
４０ 下方内側部材

Claims (7)

1. 合成樹脂製のケースの内部に、電子部品が実装された回路基板と、外部との通信のためのアンテナ素子と、が収納されているアンテナ装置において、
   前記ケースの内部に、少なくとも一方向において前記回路基板の対向する一対の辺の距離よりも幅寸法が大きく、前記回路基板の板厚方向である高さ方向の寸法が、前記回路基板の板厚寸法よりも大きい合成樹脂製の内側部材が設けられ、
   前記回路基板が前記内側部材に支持され、前記内側部材に前記アンテナ素子が固定されており、
   前記アンテナ素子の素子表面が、前記回路基板の基板表面と交差する方向に向けられて、前記回路基板が、前記素子表面の高さ方向の寸法の範囲内に位置していることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記回路基板は、前記内側部材の高さ方向の寸法の範囲内で、前記内側部材に収納されている請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記アンテナ素子は、前記内側部材の高さ方向に延びる外側面に固定されている請求項１または２記載のアンテナ装置。
4. 前記アンテナ素子は、前記回路基板の基板表面と平行な接合部を有し、前記基板表面に電極部が設けられており、前記接合部を前記電極部に圧接させる圧接機構が設けられている請求項１ないし３のいずれかに記載のアンテナ装置。
5. 前記圧接機構は、前記接合部と前記電極部を通過して、前記回路基板の一部と前記ケースの一部とを締結するねじ部材である請求項４記載のアンテナ装置。
6. 前記内側部材に高さ方向に向けて窪む凹部と高さ方向に貫通する穴部の少なくとも一方が形成されており、前記回路基板に実装された前記電子部品が、前記凹部と前記穴部の少なくとも一方の内部に位置している請求項１ないし５のいずれかに記載のアンテナ装置。
7. 前記ケースの内部では、複数の内側部材によって、前記回路基板が高さ方向の上下から挟まれている請求項１ないし６のいずれかに記載のアンテナ装置。

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