JP2017009001A

JP2017009001A - 移動体通信用マーカー

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Publication number: JP2017009001A
Application number: JP2015123175A
Authority: JP
Inventors: 公俊緒方; Kimitoshi Ogata; 石塚　典男; Norio Ishizuka; 典男石塚; 美佳谷村; Mika Tanimura
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2015-06-18
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2017-01-12
Anticipated expiration: 2035-06-18
Also published as: JP6537361B2; CN106257067B; CN106257067A

Abstract

【課題】締結してから長時間経過した後であっても、締結体の軸力を保持して緩みを防止し得る移動体通信用マーカーを提案する。
【解決手段】電子基板を内部に備える筐体と、筐体を支持する台座と、筐体と台座とを締結する締結体とを備え、筐体は、温度変動に応じて膨張又は収縮する樹脂により成型され、締結体は、筐体の線膨張係数と略同一の線膨張係数を有することを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、移動体と無線通信する際に用いられる移動体通信用マーカーに関し、特に締結体により地上に固定される移動体通信用マーカーに適用して好適なものである。

移動体通信用マーカーは、例えば締結体により地上に固定され、自動車等の移動体と無線通信する際に用いられる。移動体通信用マーカーは、通信用の電子部品が搭載された電子基板と、この電子基板を固定する樹脂製の筐体とから構成される。また筐体は、締結補助用の金属材を有して構成される。この締結補助用の金属材と、地上に予め設置されている台座とをボルト等の締結体で締結することで、締結体の軸力（締結力）により、移動体通信用マーカーを地上に固定することができる。

ところで筐体の金属材は、筐体の樹脂成型時に一体固定される。このとき金属材と樹脂界面との密着力が小さいと、接着面のはく離が生じ、移動体通信用マーカーを地上（台座）に十分に固定することができない場合がある。さらに金属材を用いることで製造コストが高くなる。そこで特許文献１には、金属材を廃止して、樹脂製の筐体をボルトで直接締結する構造が開示されている。この構造によれば、製造コストを抑えて、移動体通信用マーカーを地上に安定的に固定することができるとしている。

特開２００６−１８３６７８号公報

しかし特許文献１に記載の技術では、移動体通信用マーカーを地上に固定してから長時間経過すると、ボルトの軸力が低下し、このボルトの軸力が低下した状態で移動体通信用マーカー上を移動体が通過すると、移動体通信用マーカーが振動してボルトに緩みが生じる。よって長時間、移動体通信用マーカーを安定的に固定することができないという課題がある。

なお、金属材のような締結補助体を用いずに樹脂をボルトで直接締結すると、樹脂の応力緩和によって時間経過とともにボルトの軸力は低下する。特許文献１には、ボルトの接触面積、温度、樹脂及びボルトの線膨張係数等から得られる条件式を満足するように締結することで、一定時間（例えば１０００時間）経過後も軸力を維持することができるとしているが、長時間経過後（例えば１年後）の軸力は非常に小さくなる。この場合、残存軸力が振動に対して緩みを防止可能な軸力を下回り、移動体が通過した際の振動によってボルトに緩みが生じる。

本発明は以上の点を考慮してなされたものであり、締結してから長時間経過した後であっても、締結体の軸力を保持して緩みを防止し、移動体通信用マーカーを安定的に固定し得る移動体通信用マーカーを提案するものである。

かかる課題を解決するために、本発明においては、電子基板を内部に備える筐体と、筐体を支持する台座と、筐体と台座とを締結する締結体とを備え、筐体は、温度変動に応じて膨張又は収縮する樹脂により成型され、締結体は、筐体の線膨張係数と略同一の線膨張係数を有することを特徴とする。

本発明によれば、締結してから長時間経過した後であっても、締結体の軸力を保持して緩みを防止し、移動体通信用マーカーを安定的に固定することができる。

移動体通信用マーカーの上面構成図である。移動体通信用マーカーと移動体との間で行われる無線通信の模式図である。移動体通信用マーカーの断面構成図である。軸力保持時間と軸力保持率との関係を示すグラフである。軸力保持時間と軸力保持率との関係を示すグラフである。軸力保持時間と軸力保持率との関係を示すグラフである。他の移動体通信用マーカーの断面構成図である。他の移動体通信用マーカーの拡大断面構成図である。他の移動体通信用マーカーの拡大断面構成図である。他の移動体通信用マーカーの拡大断面構成図である。他の締結方法により固定された移動体通信用マーカーの上面構成図である。

（１）全体構成
図１及び図２を参照して、移動体通信用マーカー１の概略構成について説明する。
図１は、移動体通信用マーカー１の上面構成を示し、また図２は、移動体通信用マーカー１と移動体９との間で行われる無線通信１１の模式図を示す。

移動体通信用マーカー１は、締結体２により路面３上に固定される。締結体２は、例えば、ステンレス等の金属製ボルトである。自動車等の移動体９は、路面３上を走行する。移動体９が移動体通信用マーカー１上を通過すると、この通過タイミングで、移動体９が備えるアンテナ１０と、路面３上に固定されている移動体通信用マーカー１とが無線通信１１を行う。

例えば移動体通信用マーカー１が有料道路の路面３上に固定されている場合、移動体通信用マーカー１は、移動体９（アンテナ１０）から車種や流入料金所の情報を受信する。そして移動体通信用マーカー１は、これらの情報に基づいて通行料金情報を算出し、移動体９に送信する。移動体９が備える車載器（図示省略）は、受信した通行料金情報を音声又は画像によりドライバーに通知する。

また移動体通信用マーカー１は、走行区間の制限速度情報を移動体９に送信するとしてもよい。この場合、移動体９は車載器により、制限速度と、現在速度とを比較照合し、現在速度が制限速度を超えている場合には音声情報を生成して、ドライバーに注意喚起することができる。

このように移動体通信用マーカー１における無線通信１１は、金銭授受や安全性向上に用いられることが多いため、高い信頼性が必要となる。なおここでは移動体通信用マーカー１は、路面３上に固定されるとしているが、これに限らず、例えば他の地上、壁面又は天井等に固定されるとしてもよい。

（２）断面構成
図３は、移動体通信用マーカー１の断面構成を示す。具体的には図１のＡ−Ａ断面構成を示す。移動体通信用マーカー１は、トレイ６に電子基板７を配置し、電子基板７を保護するために充填材８で封止し、更に筐体５を上方から被せて作製される。なお電子基板７上には無線通信用の電子部品が配置される。

そして移動体通信用マーカー１は、締結体２を用いて、路面３上に予め固定されている台座４に直接締結されて固定される。締結体２である金属製のボルトに軸力を印加することで移動体通信用マーカー１を地上に固定することができる。

トレイ６及び筐体５は樹脂で作製される。樹脂は、例えば強化繊維入りプラスチック（FRP : Fiber Reinforced Plastics）である。ＦＲＰにはガラス繊維又は炭素繊維が含まれる。また充填材８は、例えばポッティング樹脂やポリウレタン樹脂である。充填材８は、図３に示すように部分的に封止しても、全体的に充填するように封止してもよい。

本実施の形態においては、移動体通信用マーカー１を締結体２で台座４に直接締結している。そのため締結体２による締結を補助するための金属材を移動体通信用マーカー１に接着する必要がなく、製造コストを抑制することができる。

更に本実施の形態においては、筐体５の線膨張係数と、締結体２の線膨張係数とが略同一となるようにして移動体通信用マーカー１を作製するようにしている。この詳細については後述するが、筐体５と、筐体５に接触する締結体２との線膨張係数を略同一とすることにより、温度変動に伴い締結体２の軸力が低下することを防止することができる。よって軸力低下に伴い生じる締結体２の緩みを防止することができる。筐体５の線膨張係数と締結体２の線膨張係数との略同一とは、締結体２の線膨張係数が筐体５の線膨張係数に基づいて設定されたものであればよく、両者が完全同一である場合、又は、締結体の軸力を保持して緩みを防止し、移動体通信用マーカーを安定的に固定し得るという観点から、両者が同一性の範囲にあることを含み、例えば、前記筐体の線膨張係数（αＲ）と前記締結体の線膨張係数（αＢ）との比（αＲ／αＢ）が０．８０≦（αＲ／αＢ）≦１．２０にあることを含む。

（３）軸力保持時間と軸力保持率との関係
図４〜図６を参照して、軸力保持時間と軸力保持率との関係について説明する。
図４は、筐体５の線膨張係数α_Ｒと、締結体２の線膨張係数α_Ｂとが略同一である場合において、移動体通信用マーカー１を締結体２により台座４に直接固定した後の締結体２の軸力保持時間と、軸力保持率との関係を示す。

図４に示すように締結体２の軸力は、時間経過とともに低下するが、緩み発生軸力Ｘよりも高い軸力が保持される。移動体９が移動体通信用マーカー１を通過して、移動体通信用マーカー１が振動する場合であっても、締結体２の軸力が緩み発生軸力Ｘよりも高いため、締結体２の緩みが生じることはない。よってこの場合、締結から長時間経過した後であっても、締結体２の軸力を保持して緩みを防止することができる。

図５及び図６は、温度変動が生じた場合における軸力保持時間と、軸力保持率との関係を示す。また比較例として、筐体５の線膨張係数α_Ｒと、締結体２の線膨張係数α_Ｂとが略同一でない場合の軸力保持時間と、軸力保持率との関係を示す。移動体通信用マーカー１は、屋外に設定される場合がほとんどであるため、昼夜或いは季節の変化により温度変動を受ける。

まず図５について説明すると、図５には温度が上昇した場合において、（筐体５の線膨張係数α_Ｒ）≒（締結体２の線膨張係数α_Ｂ）である場合の軸力保持時間と、軸力保持率との関係を示す。また比較例として、（筐体５の線膨張係数α_Ｒ）＜＜（締結体２の線膨張係数α_Ｂ）である場合の軸力保持時間と、軸力保持率との関係を示す。

図５に示すように（筐体５の線膨張係数α_Ｒ）≒（締結体２の線膨張係数α_Ｂ）である場合には、温度が上昇しても温度上昇に伴う締結体２の軸力に影響はなく、締結体２の軸力は、緩み発生軸力Ｘよりも高い軸力が保持される。よってこの場合、締結から長時間経過した後であっても、締結体２の軸力を保持して緩みを防止することができる。

これに対し、（筐体５の線膨張係数α_Ｒ）＜＜（締結体２の線膨張係数α_Ｂ）である場合、温度が上昇すると、締結体２は軸力付勢方向（台座４に対して垂直方向）に膨張し、筐体５も同方向に膨張するが、この締結体２の軸力付勢方向の膨張量が筐体５の同方向の膨張量よりも大きいため軸力が低下し、緩み発生軸力を下回るまでの軸力保持時間が短くなる。

よって締結してから長時間経過している場合には、締結体２の軸力は、緩み発生軸力Ｘよりも低い軸力になる。この場合、締結してから長時間経過した後に移動体通信用マーカー１が振動すると、締結体２は振動の影響を受けて緩み、移動体通信用マーカー１を安定的に固定することができない。

次いで図６について説明する。図６には温度が上昇した場合において、（筐体５の線膨張係数α_Ｒ）≒（締結体２の線膨張係数α_Ｂ）である場合の軸力保持時間と、軸力保持率との関係を示す。また比較例として、（筐体５の線膨張係数α_Ｒ）＞＞（締結体２の線膨張係数α_Ｂ）である場合の軸力保持時間と、軸力保持率との関係を示す。

（筐体５の線膨張係数α_Ｒ）≒（締結体２の線膨張係数α_Ｂ）である場合には、上記説明した通り、温度が上昇しても温度上昇に伴う締結体２の軸力に影響はない。よって締結から長時間経過した後であっても、締結体２の軸力を保持して緩みを防止することができる。

これに対し、（筐体５の線膨張係数α_Ｒ）＞＞（締結体２の線膨張係数α_Ｂ）である場合、温度が上昇すると、締結体２は軸力付勢方向（台座４に対して垂直方向）に膨張し、筐体５も同方向に膨張する。このとき締結体２の軸力付勢方向の膨張量が筐体５の同方向の膨張量よりも小さいため、一旦は軸力が上昇する。

しかし逆に温度が低下すると、筐体５は締結体２よりも大きく収縮し、締結体２の軸力が低下する。その結果、締結体２の軸力は緩み発生軸力Ｘよりも低い軸力になり、この場合において移動体通信用マーカー１が振動すると、締結体２は振動の影響を受けて緩み、移動体通信用マーカー１を安定的に固定することができない。

（４）本実施の形態による効果
以上のように本実施の形態によれば、締結体２を用いて、移動体通信用マーカー１を台座４に直接締結する。これにより締結体２による締結を補助するための金属材を移動体通信用マーカー１に設置する必要がなく、製造コストを抑制することができる。

更に本実施の形態によれば、筐体５の線膨張係数α_Ｒと、締結体２の線膨張係数α_Ｂとを略同一にして移動体通信用マーカー１を作製するようにしたので、温度変動の影響を受けて締結体２の軸力が低下することを抑制することができる。

よって締結してから長時間経過した後であっても、締結体２の軸力を保持して緩みを防止することができる。そして移動体通信用マーカー１を安定的に固定することができる。

なお筐体５の素材としてＦＲＰを用いる場合、筐体５の成型時の樹脂の流れにより強化繊維方向が変わり、筐体５の線膨張係数α_Ｒにばらつきが生じる。このばらつきを考慮して、筐体５の線膨張係数α_Ｒと、締結体２の線膨張係数α_Ｂとの比α_Ｒ／α_Ｂを０．８０＜α_Ｒ／α_Ｂ＜１．２０とすることが望ましい。

（５）他の実施の形態
図７は、他の移動体通信用マーカー１Ａの断面構成を示す。具体的には図１のＡ−Ａ断面構成を示す。移動体通信用マーカー１Ａは、トレイ６を備えず、電子基板７を充填材８により固定している点で、図３の移動体通信用マーカー１と異なる。

このように作製された移動体通信用マーカー１Ａにおいても、上記説明してきた移動体通信用マーカー１と同様の効果を得ることができる。すなわち製造コストを抑制し、長時間、締結体２の軸力を保持して緩みを防止することができる。

図８〜図１０は、他の移動体通信用マーカー１Ａ、１Ｂ及び１Ｃの拡大断面構成を示す。また図１１は、他の締結方法により固定された移動体通信用マーカー１（１Ａ〜１Ｃ）の上面構成を示す。

図８に示す他の移動体通信用マーカー１Ａは、上記の通りトレイ６を備えず、電子基板７を充填材８により固定している点で、図３の移動体通信用マーカー１と異なる。符号１４は、筐体５の一端が他部材（ここでは締結体２）と接触する接触部分の接触面積を示す。また符号１５は、筐体５の他端が他部材（ここでは台座４）と接触する接触部分の接触面積を示す。これらの接触面積の合計の面積Ａ［ｍｍ^２］の条件については後述する。

また図９に示す他の移動体通信用マーカー１Ｂは、図８の移動体通信用マーカー１Ａの構成に加えて、筐体５と締結体２との間にスペーサー１２Ａを設置し、台座４には予めナット１３を設置し、筐体５と台座４又はナット１３との間にスペーサー１２Ｂを設置している点で、図３の移動体通信用マーカー１と異なる。

このように作製された移動体通信用マーカー１Ａにおいても、上記説明してきた移動体通信用マーカー１と同様、製造コストを抑制し、長時間、締結体２の軸力を保持して緩みを防止することができる。

なお図９における符号１４は、筐体５の一端が他部材（ここではスペーサー１２Ａ）と接触する接触部分の接触面積を示す。また符号１５は、筐体５の他端が他部材（ここではスペーサー１２Ｂ）と接触する接触部分の接触面積を示す。これらの接触面積の合計の面積Ａ［ｍｍ^２］の条件については後述する。

また図１０に示す他の移動体通信用マーカー１Ｃは、図８の移動体通信用マーカー１Ａの構成に加えて、筐体５の強化繊維１６の配向方向を締結体２の軸方向と略同一となるように作製した点で、図３の移動体通信用マーカー１と異なる。強化繊維１６の配向方向を締結体２の軸方向と略同一とすることで、樹脂の応力緩和の影響を低減することができ、時間経過に伴い低下する軸力の量を最小限に維持することができる。なお符号１４及び１５は、図８で説明したものと同様の接触面積を示す。

また図１１に示す他の締結方法は、４本の締結体２を用いて移動体通信用マーカー１（１Ａ〜１Ｃ）を締結している点で、図１の締結方法と異なる。このように２本に限らず複数の締結体２により移動体通信用マーカー１（１Ａ〜１Ｃ）を締結するようにしても、上記説明してきた移動体通信用マーカー１と同様の効果を得ることができる。すなわち製造コストを抑制し、長時間、締結体２の軸力を保持して緩みを防止することができる。

ここで、以降は接触面積Ａの条件について説明する。接触面積１４及び１５の合計面積をＡ［ｍｍ^２］、移動体通信用マーカー１（１Ａ〜１Ｃ）の質量をｍ［ｋｇ］、移動体通信用マーカー１（１Ａ〜１Ｃ）が受ける最大加速度をａ［ｍ／ｓ^２］、移動体通信用マーカー１（１Ａ〜１Ｃ）を固定するために用いる締結体２の本数をＮ［本］、筐体５の降伏応力又は０．２％耐力をσ_ｙ［ＭＰａ］、軸力低下係数をＫとした場合、移動体通信用マーカー１（１Ａ〜１Ｃ）は、下記式１を満たすように構成される。

上記式１の作用について説明する。締結体２の軸力は、時間経過とともに低下するため、初期軸力をＦ１［Ｎ］、低下後の残存軸力をＦｎ［Ｎ］、軸力低下係数をＫとすると、残存軸力Ｆｎは、ＫＦ１で表すことができる。なお軸力低下係数Ｋは、例えば１年後には０．３６、３０年後には０．２３のような値をとる。

一方で質量ｍの移動体通信用マーカー１（１Ａ〜１Ｃ）に最大加速度ａが負荷されたとき、１本の締結体２に掛かる力は、ｍａ／Ｎ［Ｎ］となる。この単位数当りの締結体２に掛かる力ｍａ／Ｎが締結体２の残存軸力ＫＦ１を上回ると、締結体２に緩みが生じることになる。よって一定期間経過後の締結体２に緩みが生じないようにするためには、ＫＦ１＞ｍａ／Ｎを満たす必要がある。

また初期軸力Ｆ１は、筐体５の強度よりも小さくなるように設定する必要がある。具体的には筐体５の降伏応力又は０．２％耐力をσ_ｙ［ＭＰａ］、筐体５に対して接触する接触面積［Ａｍｍ^２］としたとき、Ｆ１／Ａ＜σ_ｙを満たすように設定する必要がある。以上の考察により、上記式１が得られる。

上記式１を満たすように構成された移動体通信用マーカー１（１Ａ〜１Ｃ）は、筐体５の損傷を防止し、かつ、長時間、締結体２の軸力を保持して緩みを防止することができる。よって移動体通信用マーカー１（１Ａ〜１Ｃ）を安定的に固定することができる。

１移動体通信用マーカー
２締結体
３路面
４台座
５筐体
６トレイ
７電子基板
８充填材
９移動体
１０アンテナ
１１無線通信
１２スペーサー
１３ナット
１４上面側接触面積
１５下面側接触面積
１６強化繊維

Claims

電子基板を内部に備える筐体と、
前記筐体を支持する台座と、
前記筐体と前記台座とを締結する締結体とを備え、
前記筐体は、温度変動に応じて膨張又は収縮する樹脂により成型され、
前記締結体は、前記筐体の線膨張係数と略同一の線膨張係数を有する
ことを特徴とする移動体通信用マーカー。
前記締結体は、
前記筐体の線膨張係数と、前記締結体の線膨張係数との比が予め定められた一定の範囲内となる線膨張係数を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の移動体通信用マーカー。
前記締結体は、
ボルトであり、頭部が前記筐体の一端を下方に押圧するように接触し、端部が前記台座に螺合して接触することにより、前記筐体と前記台座とを直接締結する
ことを特徴とする請求項１に記載の移動体通信用マーカー。
前記筐体は、
前記締結体の本数、該筐体の降伏応力、前記移動体通信用マーカーの質量、前記締結体の軸力低下係数及び前記移動体通信用マーカーに掛かる加速度から算出される条件式に基づいて、前記締結体との接触面積及び前記台座との接触面積の合計の面積が設定される
ことを特徴とする請求項１に記載の移動体通信用マーカー。
前記条件式は、
前記締結体の本数をＮ、前記筐体の降伏応力をσ_ｙ、前記移動体通信用マーカーの質量をｍ、前記締結体の軸力低下係数をＫ及び前記移動体通信用マーカーに掛かる加速度をａ、前記筐体と前記締結体との接触面積及び前記筐体と前記台座との接触面積の合計面積をＡとしたとき、Ａ＞（ｍａ）／ＮＫσ_ｙである
ことを特徴とする請求項４に記載の移動体通信用マーカー。
前記台座は、
地上、壁面又は天井に固定される
ことを特徴とする請求項１に記載の移動体通信用マーカー。
前記筐体は、
繊維強化プラスチックにより成型されて構成される
ことを特徴とする請求項１に記載の移動体通信用マーカー。
前記繊維強化プラスチックは、
ガラス繊維又は炭素繊維を含む複合材料である
ことを特徴とする請求項７に記載の移動体通信用マーカー。
前記繊維強化プラスチックは、
前記締結体近傍の繊維の配向が前記締結体の軸方向と略同一となるように成型される
ことを特徴とする請求項７に記載の移動体通信用マーカー。
前記締結体はステンレス製のボルトである
ことを特徴とする請求項１に記載の移動体通信用マーカー。
前記筐体の線膨張係数（α_Ｒ）と前記締結体の線膨張係数（α_Ｂ）との比（α_Ｒ／α_Ｂ）が０．８０＜（α_Ｒ／α_Ｂ）＜１．２０にある
ことを特徴とする請求項１に記載の移動体通信用マーカー。