WO2011162281A1

WO2011162281A1 - 通信装置および、通信装置の筐体の製造方法

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Publication number: WO2011162281A1
Application number: PCT/JP2011/064219
Authority: WO
Inventors: 正敏清水; 政博野村
Original assignee: 日本電気株式会社
Priority date: 2010-06-25
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2011-12-29
Also published as: US20130070402A1; JPWO2011162281A1; CN102960080A; EP2587902A1

Abstract

　ODUの送信部および受信部を収容した筐体において、筐体の表面に塗装を施さないでも、耐環境性を持つ筐体を提供する。本発明は、屋外に設置される通信装置（ODU）（１）であって、信号を送信する送信部と信号を受信する受信部とを収容した筐体を備えたものである。こうした装置において、ODU（１）の筐体が非鉄系金属により作られ、該非鉄系金属の外側表面は、塗装されておらず、粉体による衝突痕からなる連続した凹凸が形成されている。

Description

通信装置および、通信装置の筐体の製造方法

　本発明は、屋外に設置される通信装置に関し、特に、該通信装置を構成する送信部と受信部とを収容する筐体の態様および製造方法に関する。

　携帯電話システムに代表される移動体通信システムでは、無線基地局間をつなぐアクセスネットワークが構築されている。そうした無線基地局間のアクセスネットワークには、有線通信と無線通信が用いられる。特に無線通信を用いた場合、ネットワークの構築コストが安くでき、無線基地局の設置場所の自由度が高くなるというメリットがある。無線基地局間の無線通信には、マイクロ波を用いた無線通信装置が用いられる。そのような無線通信装置では、アンテナを障害物がない、鉄塔や建物の屋上などの高層に設置する必要がある。そのような無線通信装置は、高層に設置されたアンテナに近接して設置される屋外装置（以下、ODU）と、これと離れて設置される屋内装置（以下、IDU）とに分割されており、両者を同軸ケーブル等で接続する構成がとられている（特許文献１参照）。ODUはアンテナと共に屋外高所に設置されるために、アンテナとの信号を送受信する機能などの限られた機能だけを備えるようにして、小型軽量化が図られている。一方、IDUは信号の変復調や信号処理などのより複雑な機能を備えており、屋内に設置されることで、保守の容易性と信頼性の向上が図られている。

　上述したような基地局間の無線通信を行う無線通信装置において、ODUは、設置環境が大変厳しい屋外に、場合によっては砂漠、寒冷地、海岸の傍などにも設置され、その上、保守や点検を頻繁に行うことが困難な場所（例えば鉄塔の上の高所）に設置される。そのため耐環境性の要求が大変高い。こうした事から、ODUを構成する送信回路や受信回路などの精密電子部品は堅牢な金属筐体の中に収容されている。さらにこの金属筐体の表面には耐久性や耐食性を考慮して樹脂の塗装を施すことが通常であった。

　こうした塗装により、ODUをなす金属筐体の腐食の進行を遅らせて装置の信頼性を高めることができる。さらに、塗装色を白色とすることで、金属筐体が太陽光を吸収することを抑え、ODU内部に熱が伝播されにくくする効果もある。そのような塗装は高価であった。

　ところが、今日、通信事業の激しい国際競争の中で通信インフラについても更なる低コスト化が求められている。こうした要求に応えるべく、本出願人らはODU筐体表面に費用の高い塗装を止めることを検討した。また有機溶剤を使用する塗装作業を行わないことは、環境問題に配慮した方策でもあった。

　しかしながら、筐体が塗装されないままの状態で、上記した厳しい屋外環境の中に、長い期間設置された場合は、筐体の腐食等により、ODU内の精密電子部品に悪影響をおよぼすことが懸念される。また、ODU筐体を鋳造することで、大量生産とコスト低減を行うことができる。しかしながら、鋳造品の筐体は、金型から取り出したままの状態では、外観の表面に湯流れ模様や鋳型跡などが発生している。そのため、この外観のままでは、製品価値の観点から課題がある。

　　［特許文献１］特開２００６－１９７３４３号公報

　本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的の一例は、ODUの送信部および受信部を収容した筐体において、金属筐体の表面に塗装を施さないで、筐体の耐環境性を付加することにある。

　本発明の一つの態様は、屋外に設置される通信装置であって、信号を送信する送信部と、信号を受信する受信部と、該送信部と該受信部を収容する筐体とを備えたものに係る。こうした装置において、本発明は、該筐体が非鉄系金属により作られ、該非鉄系金属の外側表面は、塗装されておらず、粉体による衝突痕からなる連続した凹凸が形成されていることを特徴とする。

　また本発明の他の態様は、屋外に設置される通信装置の筐体の製造方法であって、前記筐体を非鉄系金属を用いてダイカスト法で成形し、成形された前記筐体の外側表面に粉体を衝突させて、前記外側表面に衝突痕からなる連続した凹凸を形成する、製造方法である。

本発明に係る屋外用無線通信装置（ODU）の一実施形態を設置した様子を示す斜視図。図１に示したODUの正面図および背面図。図１に示したODUの正面側と背面側の斜視図。本発明に係るODU筐体の表面に凹凸を形成する様子を示した図。図２のODUの筐体を形成している非鉄系金属の外側表面および内部を示す断面模式図。腐食ガス試験での１９２時間経過前と後の筐体表面を示す図。塩水噴霧試験での１２０時間経過前と後の筐体表面を示す図。図２のODUの筐体を鋳造したときの鋳造品表面の斑模様（湯流れ模様）を粉体の衝突で消して外観を向上させた筐体外側面を示す図。本発明に係る無線通信用屋外装置を備えた無線通信システムの一例を示したブロック図。図９の屋外装置内に収容される回路の例を示したブロック図である。

１　　屋外用無線通信装置（ODU）
１Ａ　　カバー
１Ｂ　　ケース
２　　非鉄系金属
２ａ　　凹凸
２ｂ　　酸化層
３　　アンテナ
４　　ポール
５　　ジョイント部
６　　取っ手
１１　　Ａ局（基地局）
１２、２２　　ＩＤＵ
１３、２３　　ＯＤＵ
１４、２４　　アンテナ
１５、２５　　同軸ケーブル
２１　　Ｂ局（基地局）
３１　　マルチプレクサ回路
３２　　送受信回路
３３　　制御回路

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

　図１は本発明に係る屋外用無線通信装置（ODU）の一実施形態を設置した様子を示す斜視図である。この図に示した本実施形態のODU１は、無線信号を送信する送信部（不図示）と、無線信号を受信する受信部（不図示）と、これらを少なくとも収容した筐体とからなる。このODU１に、図１に示すように一例としてアンテナ３が組み付けられる。アンテナ３は送信部からの無線信号を外部に送信し、かつ受信部への無線信号を外部から受信するものである。ODU１はこのアンテナ３を接続するジョイント部（図３の符号５参照）を有している。ODU１は、例えば建物屋上に立てられたポール４に対して取り付けることで固定される。

　図２はODU１を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は背面図である。また図３（ａ）はODU１の正面側を示した斜視図、図３（ｂ）はODU1の背面側を示した斜視図である。これらの図に示したODU１の筐体は、カバー１Ａとケース１Ｂを組み合わせて構成されている。さらに、筐体内部には、送信部と受信部が収容されている。またODU１は、持ち運び易く、さらには送受信方向の設定を容易にするために、取っ手６を備えている。取っ手６はケース１Ｂと一体で形成されていてもよい。筐体と取っ手６を一体で形成した場合、部品点数を少なくすることができる。

　このような筐体部分は非鉄系金属によって作られている。筐体部分は切削加工で製作してもよいが、ODU１の筐体を大量生産する場合にはダイカスト法で形成する。この筐体の材質として、非鉄系金属が用いられる。その例として、アルミニウム、アルミ合金（アルミニウム合金）、亜鉛合金などがある。これらの非鉄系金属は軽量であり、加工しやすく、特にダイカスト法によって成形しやすいため、ODU１の筐体として適している。ダイカスト法で成形することで、大量生産しやすく、コスト低減が図れる。

　こうして製造されたODU筐体の外側表面について、本発明では塗装せずに、非鉄系金属の表面に一様に粉体が高速で噴き付けられて、非鉄系金属の表面全体に渡って連続した凹凸が形成されている。該凹凸は衝突痕である。取っ手６を形成している非鉄系金属の表面においても、同様に凹凸を形成した。なお、取っ手６を筐体と一体に形成した場合、筐体と取っ手を一度に処理することができ、効率的である。このように凹凸を形成する様子を示したのが図４である。

　このときの粉体としては、ステンレス、ガラスビーズ、又は酸化アルミニウム（アルミナ）粉体を用いることができる。また粉体の噴射装置としては回転羽根式（インペラー式）またはエアーノズル式のショットピーニング装置を使用することができる。

　こうした表面への凹凸形成についてさらに詳しく説明する。

　ODU１の筐体を形成している非鉄系金属がアルミ合金であり、それに噴射させる粉体がステンレス粉体であるときの、アルミ合金の表面層への物理的作用について考察する。

　例えば、ステンレス粉体の粒径を０．５ｍｍ（比重：ρ＝７．８ｇ／ｃｍ^３）とし、この粉体のアルミ合金への衝突速度Ｖを５０ｍ／ｓとした場合、その１個の粉体の衝突時のエネルギーは、E＝１／２mＶ^２（但し、ｍ＝ρ×４/３×πｒ^３）　であることから、４．７８６×１０^－４[Ｊ]　となる。そのような衝突エネルギーがアルミ合金の表面に加わることで、アルミ合金の表面温度が瞬間的には１０００℃近くまで上昇することが予想される。

　このような高温が、融点が７００℃前後であるアルミ合金の表面に瞬間的に加わることで、アルミ合金の表面層では微細な再溶融が起こることが予想される。また、アルミニウム(融点６６０℃)や亜鉛合金（６００℃前後）などの融点が１０００℃以下の非鉄系金属でも同様のことが起こることが予想される。

　こうしたアルミ合金の表面層への物理的作用、すなわち瞬間的な加熱および冷却と圧縮応力により、アルミ合金の外側表面層は緻密な金属組織と酸化皮膜とを有した状態に改質される。図５は、このように凹凸が形成された非鉄系金属の外側表面および内部を模式的に表した断面図である。この図のように非鉄系金属２の外側表面に凹凸２ａが形成され、その外側表面は再溶融により、酸化層２ｂに改質されている。

　具体的には、微粒子の粉体が高速で非鉄系金属の表面に衝突したときの熱により、その表面層に対して、再溶解、急冷および固化という一連の作用が瞬時に繰り返される。このとき、空気中の酸素と表面層の金属とが反応して酸化物が形成される。こうした酸化物は直径がφ０．２～１．２ｍｍ程度のステンレス粉体を毎秒５０～１００ｍの高速でアルミ合金に衝突させたときに形成されることが、本発明者らにより確認されている。

　なお、ODU筐体を形成している非鉄系金属がアルミ合金である場合、粉体の衝突によって再溶解が生じると、アルミ合金の外側表面には酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）を主に含む酸化皮膜が形成される。このような酸化物はそれ自体が高耐食性を有する。また、この粉体衝突によって表面に形成される酸化皮膜は、表面が自然に酸化されることで形成される酸化皮膜より厚い。

　さらに、アルミ合金の外側表面層については急熱および急冷の作用によって微細化が行なわれ、これによって、アルミ合金内部と比べて金属組織が緻密となるため、ODU１の筐体の耐腐食性が向上する。また、母材表面に形成された酸化合金は母材より硬度が高いため、耐摩耗性や耐傷性も向上することが期待できる。

　また、ステンレス粉体の噴射により、筐体の表面全体にわたって連続した衝突痕からなる凹凸が形成される。それらの凹凸による表面粗さは、金属筐体表面への指紋の付着を防止するためにＲａ（中心線平均粗さ）が数～十数μｍの範囲であることが好ましい。この範囲の表面粗さとなる凹みの平均直径はφ数百μｍ程度である。

　以上に、ステンレス粉体をアルミ合金表面に衝突させた例を説明した。しかし、粉体にステンレス以外の硬くて脆いアルミナやガラスビーズを高速で衝突させた場合は、ステンレス粉体のときと同じような酸化物が形成されるだけでなく、粉体が更に粉砕されてアルミ合金表面層に食い込み融着する。このため、ステンレス粉体を使用した場合のアルミ以外に他の金属元素も表層に酸化合金として点在することとなり、耐腐食性についてステンレス粉体を噴射したときと同等以上の効果が期待できる。

　以上のように本発明では、非鉄系金属の筐体の外側表面に硬く、細かい粉体が高速で衝突し、その時に発生する熱を利用して非鉄系金属の筐体の外側表面層が改質されている。したがって、アルミ合金以外でも融点が比較的低い（例えば、１０００℃程度以下）他の非鉄系金属でも、同様な作用により表面に金属酸化物が形成されることが期待でき、ODU１の筐体の材料に使用できる。

　改質された筐体表面は、上でも述べたとおり、筐体２を形成している非鉄系金属の内部の金属組織と比べて緻密であり、かつ酸化皮膜が自然皮膜より厚く形成されている。そのため、表面未処理の非鉄系金属に比べて耐食性および耐久性が向上した（図６および図７参照）。したがって、設置環境が大変厳しい屋外に設置されるODU１の送受信回路を収容する筐体２は優れた耐環境性を持つものになる。

　図６は腐食ガス試験での１９２時間経過前と後の筐体表面を示す。この腐食ガス試験の仕様はＩＥＣ 61587-1 の規格に準拠する。図６（ａ）に示すように試験者はODU１の筐体の表面に、粉体を衝突させた面と衝突させていない面を形成し、このような筐体表面に二酸化硫黄ガス（ＳＯ_２　濃度：２５ｐｐｍ）を９６時間連続噴霧後、さらに、硫化水素ガス（Ｈ_２Ｓ濃度：１０ｐｐｍ）を９６時間連続噴霧した。この試験での環境温度は４０℃、環境湿度は８０％ＲＨである。こうした腐食ガス試験での１９２時間後において、粉体衝突面は粉体非衝突面と比べて殆ど変色していなかった（図６（ｂ）参照）。

　図７は塩水噴霧試験での１２０時間経過前と後の筐体表面を示す。この塩水噴霧試験の仕様はＩＥＣ 60068-2-11 に準拠する。図７（ａ）に示すように試験者はODU１の筐体の表面に、粉体を衝突させた面と衝突させていない面を形成し、このような筐体表面に、濃度５％の塩水を塩水温度３５℃で１２０時間連続的に噴霧した。こうした塩水噴霧試験での１２０時間後においても、粉体衝突面は粉体非衝突面と比べて殆ど変色していなかった（図７（ｂ）参照）。

　以上のように、本発明によって耐食性および耐久性が向上することが腐食ガス試験と塩水噴霧試験にて確認されている。

　こうした優れた耐食性と耐久性を筐体表面が備えているため、筐体表面への高価な塗装が要らなくなる。有機溶剤を使用する塗装作業が無くなるため、環境問題に配慮された筐体を提供できる。

　さらに、衝突させる粉体の粒径および材質、衝突速度などを選択することにより、筐体表面を指紋が付着しにくい表面粗さＲａにすることができる。

　また、粉体の衝突によって筐体表面に凹凸が形成されて表面積が拡大すると同時に、筐体表面が樹脂の塗装で被覆しないで剥き出しであるため、筐体の放熱性も向上することが期待できる。

　なお、筐体をダイカスト法（鋳造）で成形した場合、金型から取り出した状態での外観の表面に湯流れ模様（図８（ａ）参照）が発生する。この外観のままでは製品としての美観が低い。本発明では筐体表面に一様に微粒子の粉体を衝突させるという表面処理を実施するため、上記のような鋳造品表面の湯流れ模様が消えると同時に、衝突痕による微小な凹凸が一様に形成された筐体表面（図８（ｂ）、図８（ｃ）参照）が実現される。なお、図８（ａ）は湯流れ模様を生じた鋳造品の筐体表面の写真を示し、図８（ｂ）は該筐体表面に一様に衝突痕による微小な凹凸を形成したときの該筐体表面の写真（図８（ａ）と同じ倍率）を示す。図８（ｃ）は図８（ｂ）の丸で囲んだ部分の拡大写真（５０倍）を示している。

　以上説明したように本発明によれば、非鉄系金属の筐体の外側表面に全体に渡って連続した凹凸を形成することにより、受信部および送信部を収容した屋外用無線通信装置の筐体は、表面に塗装がされなくても、耐環境性を持つことができる。

　（適用例）
　図９は本発明に係る無線通信用屋外装置（ODU）を備えた無線通信システムの一例を示したブロック図であり、図１０は図９の屋外装置内に収容される回路の例を示したブロック図である。

　図９において、Ａ局１１（Ｂ局２１）は、１系統のベースバンド信号を入出力するとともに該ベースバンド信号の変復調を行うＩＤＵ１２（２２）と、無線送受信器であるＯＤＵ１３（２３）と、ＩＤＵ１２（２２）とＯＤＵ１３（２３）間をインターフェースする１本の同軸ケーブル１５（２５）と、ＯＤＵ１３（２３）に接続され対向局との間で無線による送受信を行うアンテナ１４（２４）と、を備える。

　Ａ局１１（Ｂ局２１）のＯＤＵ１３（２３）は、図１０に示すように、マルチプレクサ回路３１と、送受信回路３２と、制御回路３３とを備える。なお、図１０の構成では、送信回路と受信回路が一体化された送受信回路３２を搭載しているが、送信回路と受信回路が別々に設けられていても構わない。

　ＯＤＵ１３（２３）のマルチプレクサ回路３１は、同軸ケーブル１５（２５）を介してＩＤＵ側から入力される多重信号を分離して、ＤＣ電源を各回路に供給し、制御信号を制御回路３３へ出力する機能を備える。マルチプレクサ回路３１はさらに、変調波を分離抽出して送受信回路３２へ出力する機能と、送受信回路３２から入力される復調用中間周波数信号をＩＤＵへ出力する機能を備えている。

　ＯＤＵ１３（２３）の送受信回路３２は、マルチプレクサ回路３１から入力された変調波を無線周波数信号に変換してアンテナ１４（２４）から送信する機能と、アンテナ１４（２４）で受信された無線周波数信号を復調用中間周波数信号に変換してマルチプレクサ回路３１へ出力する機能を備えている。

　ＯＤＵ１３（２３）の制御回路３３は、ＩＤＵ－ＯＤＵ間の通信制御を行う機能と、ＯＤＵ１３（２３）の制御を監視する機能を備えている。

　このような構成の無線通信システムにおいて、ＩＤＵ１２（２２）からＯＤＵ１３（２３）に入力された多重信号は、マルチプレクサ回路３１でＤＣ電源、制御信号、および変調波に分離され、変調波は送受信回路３２へ出力される。送受信回路３２に入力された変調波は送受信回路３２で無線周波数信号（ＲＦ信号）に変換され、アンテナ１４（２４）を介して対向局へ送信される。一方、アンテナ１４（２４）により対向局から受信したＲＦ信号は、送受信回路３２で復調用中間周波信号に変換され、マルチプレクサ回路３１、同軸ケーブル１５（２５）経由でＩＤＵ１２（２２）へ出力される。なお、図７に示した例は一の基地局においてＩＤＵとＯＤＵが分離されている構成であるが、本発明はＩＤＵとＯＤＵが一体化されている場合にも、適用できる。

　以上のような動作を可能にするマルチプレクサ回路３１、送受信回路３２、制御回路３３等の精密電子部品が、図１ないし図３に示したＯＤＵ１の筐体内に収容されている。前述したように本発明によるＯＤＵ１の筐体は、塗装されていなくても、耐環境性に優れた外側表面を備えている。そのため、上記のような電子回路を過酷な屋外環境の中でしっかりと保護することができる。

　なお、屋外用無線通信装置（ODU）の例で本発明を説明しているが、無線通信ではなく有線通信装置の筐体に対しても本願発明を適用することができる。

　以上本発明の実施例について詳述したが、本願発明は上記の実施例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変更して実施することが可能であることは言うまでもない。

　この出願は、2010年6月25日に出願された日本出願特願2010-144879を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

Claims

　屋外に設置される通信装置であって、
　信号を送信する送信部と、信号を受信する受信部と、該送信部と該受信部を収容する筐体と、を備えており、
　該筐体は非鉄系金属により作られ、該非鉄系金属の外側表面は、塗装されておらず、粉体による衝突痕からなる連続した凹凸が形成されている、通信装置。
　前記外側表面は、前記非鉄系金属の酸化物で被覆されている、請求項１に記載の通信装置。
　前記非鉄系金属の外側表面が前記非鉄系金属の内部と比べて緻密な金属組織となっている、請求項１または２に記載の通信装置。
　前記外側表面は再溶融により、酸化層に改質されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の通信装置。
　前記非鉄系金属はダイカストで形成されている、請求項１から４のいずれか１項に記載の通信装置。
　前記非鉄系金属はアルミ合金である、請求項１から５のいずれか１項に記載の通信装置。
　前記非鉄系金属の酸化物は、酸化アルミニウムである、請求項２に記載の通信装置。
　前記凹凸の凹みは平均直径がφ数百μｍである、請求項１から７のいずれか１項に記載の通信装置。
　前記非鉄系金属の外側表面の粗さは、Ｒａ（中心線平均粗さ）が数～十数μｍの範囲である、請求項１から８のいずれか１項に記載の通信装置。
　前記凹凸が前記筐体の外側表面の全体に渡って形成されている、請求項１から９のいずれか１項に記載の通信装置。
　前記筐体は、取っ手を備え、該取っ手も非鉄系金属により作られ、該非鉄系金属の外側表面は、塗装されておらず、粉体による衝突痕からなる連続した凹凸が形成されている、請求項１から１０のいずれか１項に記載の通信装置。
　前記筐体は、前記送信部からの信号を外部に送信し、前記受信部への信号を外部から受信するアンテナを接続するジョイント部を有する、請求項１から１１のいずれか１項に記載の通信装置。
　前記外側表面の凹凸は、粉体を衝突させて形成されている、請求項１から１２のいずれか１項に記載の通信装置。
　前記再溶融は、粉体が前記外側表面に衝突した時に発生する熱で起こっている、請求項４に記載の通信装置。
　前記粉体は、ガラスビーズ、ステンレス、又は酸化アルミニウムの粉体である、請求項１３または１４に記載の通信装置。
　前記粉体の直径はφ０．２～１．２μｍの範囲である、請求項１３から１５のいずれか１項に記載の通信装置。
　前記粉体は毎秒５０～１００ｍの速度で衝突されている、請求項１３から１６のいずれか１項に記載の通信装置。
　屋外に設置される通信装置の筐体の製造方法であって、
　前記筐体を非鉄系金属を用いてダイカスト法で成形し、
　成形された前記筐体の外側表面に粉体を衝突させて、
　前記外側表面に粉体による衝突痕からなる連続した凹凸を形成する、製造方法。
　前記外側表面は、前記凹凸の形成によって前記非鉄系金属の酸化物で被覆される、請求項１８に記載の製造方法。
　前記外側表面は、酸化層に改質されている、請求項１８または１９に記載の製造方法。
　前記粉体は、ガラスビーズ、ステンレス、又は酸化アルミニウムの粉体である、請求項１８から２０のいずれか１項に記載の製造方法。
　前記粉体の直径はφ０．２～１．２μｍの範囲である、請求項１８から２１のいずれか１項に記載の製造方法。
　前記粉体は毎秒５０～１００ｍの速度で衝突されている、請求項１８から２２のいずれか１項に記載の製造方法。