特許 7330580 量水器ボックスの無線アンテナ装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-14

(45)【発行日】2023-08-22

(54)【発明の名称】量水器ボックスの無線アンテナ装置

(51)【国際特許分類】

   H01Q 1/22 20060101AFI20230815BHJP

   G08C 17/00 20060101ALN20230815BHJP

【ＦＩ】

H01Q1/22 Z

G08C17/00

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023034580

(22)【出願日】2023-03-07

【審査請求日】2023-03-17

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】523082989

【氏名又は名称】ＭＯＫ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097043

【弁理士】

【氏名又は名称】浅川 哲

(74)【代理人】

【識別番号】100197996

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 武彦

(72)【発明者】

【氏名】宮崎 勝己

【審査官】佐藤 当秀

(56)【参考文献】

【文献】特開平０７－０１９９２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１９５５５９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｑ １／００－ １／５２

Ｇ０８Ｃ １７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

量水器内に配置された無線モジュールを量水器の蓋の裏面に取り付ける導電性の固定部材と、
前記固定部材に接続されたアンテナ部と、
前記アンテナ部を収容して量水器の蓋に設けられた取付孔を塞ぐアンテナカバーと、を備える量水器ボックスの無線アンテナ装置。

【請求項2】

前記アンテナカバーは、前記取付孔に嵌り込む筒体と、筒体と一体に設けられ前記取付孔の周囲に載置されるつば部とを有し、前記筒体には前記アンテナ部の収容部が設けられる請求項１に記載の無線アンテナ装置。

【請求項3】

前記収容部は所定の深さを有する一方、前記アンテナ部は前記収容部の深さに対応する所定の長さを有する導電部材によって形成されている請求項２に記載の無線アンテナ装置。

【請求項4】

前記アンテナカバーは、前記取付孔内で量水器の蓋に固定された固定部材の上からアンテナ部材を介して前記量水器の蓋に固定される請求項１に記載の無線アンテナ装置。

【請求項5】

前記アンテナカバーは、前記固定部材が一体に形成されたアンダーケースを備え、前記アンテナ部を収納した状態で前記アンダーケースに固定され、アンダーケースと一体に前記取付孔に装着される請求項１に記載の無線アンテナ装置。

【請求項6】

前記アンテナカバーは、前記筒体の外周面に前記取付孔の内周面に固定される締結手段を有する請求項２に記載の無線アンテナ装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、量水器ボックス内の情報を取得し、取得した情報を外部に送信可能な量水器ボックスの無線アンテナ装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来からマンホール蓋にアンテナを収容することにより、アンテナの利得性能や指向性能を損失させることなく、アンテナによる無線通信を確実に行なうことができる装置が知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４ー２５３９２８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、特許文献１に記載された無線アンテナ装置にあっては、通信装置がマンホール内部の低い位置に配置されているため、マンホール内部に水が浸入した場合に通信装置が水没するおそれがあった。

【0005】

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであり、アンテナおよび無線モジュールをできるだけ量水器内の高い位置に配置して、アンテナの利得性能や指向性能を良好に維持するとともに、無線モジュールの水没を防ぐ量水器ボックスの無線アンテナ装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の量水器ボックスの無線アンテナ装置は、量水器内に配置された無線モジュールを量水器の蓋の裏面に取り付ける導電性の固定部材と、固定部材に接続されたアンテナ部と、アンテナ部を収容して量水器の蓋に設けられた取付孔を塞ぐアンテナカバーと、を備える。

【発明の効果】

【0007】

本発明の無線アンテナ装置によれば、アンテナ部を収容したアンテナカバーが量水器の蓋に固定されるので、アンテナが地表に近くに配置され、アンテナの利得性能や指向性能が良好に維持される。また、アンテナ部に接続された固定部材により、無線モジュールが蓋の裏面に取り付けられるため、無線モジュールの位置が地表に近くなり、量水器内に水が浸入したとしても無線モジュールの水没を防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の第１実施形態に係る無線アンテナ装置が装着された状態の量水器ボックスの斜視図である。

【図2】上記実施形態に係る無線アンテナ装置の断面斜視図である。

【図3】本発明の第２実施形態に係る無線アンテナ装置の断面斜視図である。

【図4】本発明の第１実施形態に係る無線アンテナ装置の組付手段を示す分解斜視断面図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る無線アンテナ装置の組立手段を示す分解斜視断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の無線アンテナ装置について、図面を参照しながら実施形態に基づいて説明する。なお、図面は、無線アンテナ装置の構成部材、無線アンテナ装置の周辺部材を模式的に表したものであり、これらの実物の寸法および寸法比は、図面上の寸法および寸法比と必ずしも一致していない。また、重複説明は適宜省略する。

【0010】

（第１実施形態）
図１に示されるように無線アンテナ装置１０は、量水器ボックス１の蓋２に取り付けられて使用される。無線アンテナ装置１０は、電気式水道メータ３と無線モジュール４とがケーブル４ｃで接続されている。電気式水道メータ３から収集したデータは、有線接続を介して無線モジュール４に送信され、無線モジュール４が外部のサーバに送信する。無線モジュール４には無線通信制御部（図示せず）や電源部（図示せず）が設けられており、この電源部には主に電池が使用される。

【0011】

図２及び図４に示されるように、本発明の第１実施形態に係る無線アンテナ装置１０は、量水器ボックス１内に配置された無線モジュール４を蓋２の裏面に取り付ける導電性の固定部材７と、固定部材７に接続されたアンテナ部６と、アンテナ部６を収容して量水器ボックス１の蓋２に設けられた取付孔１５を塞ぐアンテナカバー５とを備えている。

【0012】

蓋２の裏面である内側面２ｂには、量水器ボックス１の底方向に突出した固定スペーサ部２ｃが蓋２と一体に設けられている。本実施形態においては、蓋２と無線モジュール４との間に断熱材１６を介在させており、固定スペーサ部２ｃは断熱材１６に形成された貫通孔により蓋２の内側面２ｂから下方に突出している。

【0013】

本実施形態において、前記固定部材７にはボルトが用いられており、ボルト７の頭部である上部固定部７ａがアンテナ部６と導通する一方、ボルトの軸部である下部固定部７ｂが無線モジュール４の無線通信制御部（図示せず）と導通する。

【0014】

下部固定部７ｂの先端部は、固定スペーサ部２ｃおよび断熱材１６よりも下方に突出しており、外周面には締結用の雄ねじ７ｅが形成されている。無線モジュール４には、蓋２と対向する面に取付孔４ａが形成されており、内周面には締結用の雌ねじ４ｂが形成されている。無線モジュール４は、下部固定部７ｂと取付孔４ａとの互いの軸線を合わせた状態で、下部固定部７ｂに対して回転させることにより固定スペーサ部２ｃに締結される。また、取付孔４ａの内周面には前記雌ねじ４ｂとともに無線通信制御部からの導通用の接点（図示せず）が下部固定部７ｂと接触するように配置されている。このため、下部固定部７ｂと無線モジュール４とは互に締結されるとともに電気的にも接続される。

【0015】

このように、無線モジュール４は、固定スペーサ部２ｃに設けられた固定部材７を用いて蓋２の裏面に固定されているため、量水器ボックス１の内部に水が浸入したとしても水没する恐れが少ない。

【0016】

上部固定部７ａの上面にはアンテナ部６と接続するための導電溝７ｃが形成されている。導電溝７ｃは、上部固定部７ａの直径方向の全長に亘って形成されている。このため導電溝７ｃは、上部固定部７ａの外周面に２か所の開口部７ｄを有している。２か所の開口部７ｄには両側からアンテナ部６を挿入できるので、無線アンテナ装置１０を組み立てやすくなる。また前述のように導電溝７ｃは、上部固定部７ａの直径方向の全長に亘って形成されているので、導電溝７ｃに挿入されるアンテナ部６との接触面積が大きくなり、導電性を増すことができる。固定部材７は全体が導電性を有しているため、導電溝７ｃとアンテナ部６とが導通することにより、アンテナ部６と無線モジュール４の無線通信制御部（図示せず）とを導通させることができる。このように固定部材７は、１回の作業で無線モジュール４を固定スペーサ部２ｃに締結させるとともに、無線モジュール４とアンテナ部６とを導通させている。なお、固定部材７の材質は導電性であれば特に特定されず、銅、アルミニウム、銀等が用いられる。また、固定部材７がボルトに限られないことは勿論である。

【0017】

アンテナ部６は、アンテナ線により螺旋状に巻かれ垂直方向に軸を有するコイル部６ａと、コイル部６ａと固定部材７の導電溝７ｃとを電気的に接続するためのリード部６ｂとを備えている。

【0018】

コイル部６ａは、アンテナカバー５と同軸上に伸びるように配置されている。コイル部６ａは姿勢が上下方向に維持され、さらにコイル部６ａの上端が蓋２の外側面２ａ付近まで延びている。このように地表に近く配置されたアンテナ部６は、利得性能や指向性能が良好に維持される。コイル部６ａの両端までの長さは、例えば後述するアンテナカバー５の収容部１３の深さに対応したものとなっている。

【0019】

なお、アンテナ部６の形状は上記のものに限定されない。アンテナ部６は、上下方向に所定の長さを有するフィルム状としてアンテナカバー５の収容部１３に配置してもよい。フィルム状アンテナは、柔軟なフィルム上に導電性材料を用いて形成された平面状のアンテナである。フィルム状アンテナは、一般的には柔軟なポリイミドフィルムやポリエステルフィルムなどの基板上に形成され、その柔軟性から、様々な形状での使用が可能である。本実施形態においては、アンテナカバー５の内部形状に合わせた形状に加工されて用いられる。フィルム状アンテナの基板上には、導電性の金属パターンが形成され、導電性の金属パターンには、銅、アルミニウム、または銀などの金属が使用されている。導電性の金属パターンは、アンテナの周波数特性を調整するために設計され、多様な形状やサイズ、周波数特性を持つことが可能である。

【0020】

上記のように無線アンテナ装置１０は、アンテナ部６を地表に近い蓋２の上面である外側面２ａ近くに配置されているため、地中深くに配置した場合と比較して微弱な電波でも通信可能である。このため、無線モジュール４に内蔵された電池（図示せず）の消耗を少なくすることができ、メンテナンスの期間を長くできるメリットがある。

【0021】

リード部６ｂは、上部固定部７ａの外周の外側から固定部材７の軸心方向に向かって伸びている。リード部６ｂは、導電溝７ｃに接続するために上部固定部７ａの上面よりも低く配置されており、導電溝７ｃの内部を固定部材７の軸心に向かって伸びている。リード部６ｂは、導電溝７ｃの底部、または側面と接触することによりアンテナ部６と無線モジュール４とを導通させるが、さらにリード部６ｂは導電溝７ｃ内ではんだ付けされることにより、アンテナ部６と無線モジュール４とを確実に導通させることができる。

【0022】

アンテナカバー５は、量水器ボックス１の蓋２に設けられた取付孔１５に嵌り込む筒体９と、筒体９と一体に設けられて取付孔１５の周囲に載置されるつば部８と、を備えている。蓋２の外側面２ａには、つば部８を収容するザグリ部１４が設けられており、ザグリ部１４の中央には、内周面に締結用の雌ねじ部１４ｂが形成された取付孔１５が設けられている。

【0023】

筒体９には、アンテナカバー５の裏面から突出する中央突出部９ｃと、中央突出部９ｃの外周面側であって中央突出部９ｃと同軸上に突出するパイプ状の外周円筒部９ｄと、中央突出部９ｃと外周円筒部９ｄとの間に形成される環状の溝部である収容部１３とが設けられている。

【0024】

中央突出部９ｃは、前記固定部材７の導電溝７ｃを上方から塞ぐように、上部固定部７ａの上面付近まで突出している。中央突出部９ｃの底面が上部固定部７ａの上面と近接する位置にあるので、無線アンテナ装置１０の組立後は、中央突出部９ｃがアンテナ部６や固定部材７の抜け止めを防止する機能を持つ。

【0025】

外周円筒部９ｄは、内径がコイル部６ａの外径よりも大きく、外径がつば部８の外径よりも小さく形成されている。外周円筒部９ｄの外周面には、取付孔１５の雌ねじ部にねじ止めされる雄ねじ部９ａが設けられている。

【0026】

収容部１３は、前述のように環状の溝形状をしている。収容部１３は、半径方向の溝幅がアンテナ線の直径よりも大きく設定されており、螺旋状のアンテナ部６を収容することができる。また、収容部１３は、筒体９の底面からつば部８の下面８ｂまで達する深さを有している。このようにアンテナカバー５の下端に開口した収容部１３は、アンテナカバー５の上端付近まで所定の深さを有して形成されているため、アンテナ部６を蓋２に近いボックス内部の高い位置に配置することができる。

【0027】

所定の深さを有する収容部１３は容積も大きく形成されるため、収容部１３の深さに対応する所定の長さを有するアンテナ部６を、余裕を持って収容することができる。また、収容部１３にはコイル部６ａの長さの相違により固有周波数が異なる複数種類のアンテナを収容することができるので、無線アンテナ装置１０の仕様バリエーションを増やすことができる。

【0028】

なお、収容部１３は筒体９に垂直な方向に形成されている溝であり、アンテナ部６と同軸に形成されているので、アンテナカバー５を取付孔１５に固定する際に、アンテナ部６を収容部１３内に収容することができる。

【0029】

つば部８は筒体９よりも大径であり、ザグリ部１４に収容される。アンテナカバー５は、つば部８を回転させることで蓋２の取付孔１５にねじ止め固定され、取付孔１５を塞ぐ。蓋２に固定された後のつば部８は、外側面２ａと略面一になるように設定されている。つば部８の下面８ｂとザグリ部１４との間にはＯリング１７等のシール材を配置させることもできる。Ｏリング１７を用いることにより、アンテナ部６および固定部材７への浸水を防ぐことができる。

【0030】

上記のように無線アンテナ装置１０は、無線モジュール４を量水器ボックス１の内部において蓋２に近い高い位置に固定されるため、量水器ボックス１の内部に水が浸入したとしても無線モジュールの水没を防ぐことができる。さらに無線アンテナ装置１０は、アンテナ部６を地表近くに配置できるため、アンテナの利得性能や指向性能が良好に維持される。

【0031】

次に、無線アンテナ装置１０の組付手段について説明する。図４に示されるように、先ず固定部材７を蓋２の取付孔１５内に設けられた固定スペーサ部２ｃにねじ止め固定する。次に固定部材７の上にアンテナ部６を載置して、導電溝７ｃにリード部６ｂをはんだ付けする。

【0032】

アンテナ部６を固定部材７に固定した後に、アンテナカバー５と取付孔１５との互いの軸線を合わせた状態で、アンテナカバー５を取付孔１５に固定する。その際、アンテナカバー５のつば部８の上面中央に設けられた六角穴１２にレンチを差し込み、アンテナカバー５を回転させることで、アンテナカバー５を蓋２に締結させることができると同時に、アンテナ部６が収容部１３に収容される。

【0033】

無線モジュール４の固定は、蓋２を上下逆にした状態で、蓋２の内側面２ｂから突出する固定部材７に無線モジュール４の取付孔４ａを位置合わせし、無線モジュール４を回転させながら固定部材７に締結する。無線モジュール４は手のひらに載る程度のコンパクトな形状をしているので、容易に取付けることができる。無線モジュール４が固定部材７により蓋２と一体に形成された固定スペーサ部２ｃに固定されることで、無線モジュール４とアンテナ部６と間も同時に導通される。

【0034】

（第２実施形態）
図３及び図５には本発明の第２実施形態に係る無線アンテナ装置２０が示されている。この無線アンテナ装置２０は、以下に説明する点で第１実施形態に係る無線アンテナ装置１０と相違し、その他の点では、第１実施形態に係る無線アンテナ装置１０と同一の構成からなる。したがって、同一の構成には同一の符号を用いることで詳細な説明を省略する。

【0035】

図３に示されるように、蓋２には、外側面２ａから内側面２ｂまで貫通する貫通孔２２が設けられている。本発明の第２実施形態に係る無線アンテナ装置２０は、貫通孔２２に装着されるアンテナカバー２５と、アンテナカバー２５と一体となって貫通孔２２に装着されるアンダーケース２１とを備えている。

【0036】

アンテナカバー２５は、第１実施形態と同様、アンテナ部６を収容する収容部１３が形成される筒体９を備えると共に、筒体９の下半部の外周面にはアンダーケース２１を装着するための雄ねじ９ｂが設けられている。雄ねじ９ｂは、収容部１３と同軸上に形成されているため、アンテナ部６を収容した状態でアンダーケース２１を装着することができる。

【0037】

アンダーケース２１は、アンテナカバー２５の筒体９と同一面上にある外周面を形成する側部２１ａと、固定部材７を固定する底部２１ｂとを備えている

【0038】

側部２１ａの内周面には、アンテナカバー２５に装着するための雌ねじ２１ｃが設けられている。アンテナカバー２５の雄ねじ９ｂをアンダーケース２１の雌ねじ２１ｃに螺合することで、アンテナカバー２５がアンダーケース２１に装着され、両者の外周面には同一面上に円筒面２６が形成される。

【0039】

底部２１ｂには、ボルトなどからなる固定部材７が固定されている。固定部材７の固定方法は特に限定されない。例えば、アンダーケース２１の底部２１ｂにインサート成形によって一体に形成されていてもよいし、ねじ止めなどの締結手段によって一体に固定されてもよい。

【0040】

アンダーケース２１にインサート成形された固定部材７にアンテナ部６を半田固定し、その上からアンテナカバー２５を被せて両者を一体に結合することで、アンテナカバー２５の収容部１３にアンテナ部６が収容された状態で、無線アンテナ装置２０が構成される。この無線アンテナ装置２０は、蓋２に設けられた取付孔としての貫通孔２２に嵌め込んで装着される。貫通孔２２の内径寸法は無線アンテナ装置２０の円筒面２６の外形寸法よりわずかに大きい。そのため、無線アンテナ装置２０を貫通孔２２に嵌め込む際には、アンテナカバー２５のつば部８の上面中央に設けた六角穴１２にレンチを差し込み、無線アンテナ装置２０を左右に回転させながら押し込むことで、両者間に隙間がない状態で装着される。

【0041】

無線アンテナ装置２０は、蓋２の貫通孔２２に装着された状態で、その底部から固定部材７が突出している。第１実施形態と同様、この固定部材７に無線モジュール４を締結することで、無線モジュール４を固定することができると共に両者が電気的に接続される。なお、無線アンテナ装置２０のアンダーケース２１は、蓋２の内側面２ｂより僅かに上方に配置されている。そのため、無線モジュール４は固定部材７に締結されたときに、内側面２ｂに当接することになり、アンダーケース２１と無線モジュール４との間に隙間が形成される。なお、アンテナカバー２５の下面とアンダーケース２１との間にＯリング２７を配置させて防水機構を持たせてもよい。

【0042】

上記のように、無線アンテナ装置２０を一体構造のものとして構成し、そのまま蓋２に設けた貫通孔２２に装着可能としたので、無線アンテナ機能を持たない従来の量水器ボックスの蓋に貫通孔２２を後加工するだけで、簡易に無線アンテナ装置２０を装着することができる。

【0043】

次に、無線アンテナ装置２０の組付手段について説明する。図５に示されるように、蓋２には後加工により貫通孔２２が設けられている。アンテナ部６を組付けたアンダーケース２１にアンテナカバー２５を一体に固定することで無線アンテナ装置２０が構成される。こうして構成された無線アンテナ装置２０を、蓋２の貫通孔２２に嵌め込んで装着する。

【0044】

無線アンテナ装置２０が装着された蓋２を上下逆にして、無線アンテナ装置２０の底部から突出する固定部材７を、無線モジュール４の取付孔に無線モジュール４を回転させながら締結する。無線モジュール４は、無線アンテナ装置２０との間で蓋２を挟み込むようにして固定されるので、例えば無線モジュール４を蓋２の内側面２ｂに貼り付ける方法などと比較して、取り付けが確実になる。

【0045】

このように、無線アンテナ機能を持たない従来の量水器ボックスの蓋にも、貫通孔２２を後加工することにより、無線アンテナ装置２０を簡易に装着することができる。

【符号の説明】

【0046】

１ 量水器ボックス
２ 蓋
２ａ 外側面
２ｂ 内側面
２ｃ 固定スペーサ部
３ 電気式水道メータ
４ 無線モジュール
４ａ 取付孔
４ｂ 雌ねじ
４ｃ ケーブル
５ アンテナカバー
６ アンテナ部
６ａ コイル部
６ｂ リード部
７ 固定部材
７ａ 上部固定部
７ｂ 下部固定部
７ｃ 導電溝
７ｄ 開口部
７ｅ 雄ねじ
８ つば部
８ｂ 下面
９ 筒体
９ａ 雄ねじ部
９ｂ 雄ねじ
９ｃ 中央突出部
９ｄ 外周円筒部
１０ 無線アンテナ装置
１２ 六角穴
１３ 収容部
１４ ザグリ部
１４ｂ 雌ねじ部
１５ 取付孔
１６ 断熱材
１７ Ｏリング
２０ 無線アンテナ装置
２１ アンダーケース
２１ａ 側部
２１ｂ 底部
２１ｃ 雌ねじ
２２ 貫通孔
２５ アンテナカバー
２６ 円筒面

【要約】

【課題】アンテナおよび無線モジュールをできるだけ量水器内の高い位置に配置して、アンテナの利得性能や指向性能を良好に維持するとともに、無線モジュールの水没を防ぐ量水器ボックスの無線アンテナ装置を提供する。
【解決手段】本発明の無線アンテナ装置１０は、量水器ボックス１内に配置された無線モジュール４を量水器ボックス１の蓋２の裏面に取り付ける導電性の固定部材７と、固定部材７に接続されたアンテナ部６と、アンテナ部６を収容して量水器ボックス１の蓋２に設けられた取付孔１５を塞ぐアンテナカバー５とを備える。
【選択図】図２

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】