説明

アンテナ装置

【課題】ゲートに設けられた路側アンテナとの間で確実に双方向通信を行うことが可能なアンテナ装置(ETC用アンテナ)を提供すること。
【解決手段】回路基板51の主面51e上に搭載されるアンテナ装置30は、回路基板の主面51eに対して前方へ23°の角度だけ傾斜して配置されている。アンテナ装置30は、アンテナ素子31と、このアンテナ素子と平行に配置されたグランド板32とを備える。グランド板32は、その周端縁からアンテナ素子31の方向へアンテナ素子31を囲むように立設して延びる壁部32aを有する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、アンテナ装置に関し、特に、複数種のアンテナを搭載した複合アンテナ装置に使用されるETC用アンテナに関する。
【背景技術】
【0002】
この技術分野において周知のように、現在、車両には種々のアンテナが搭載される。例えば、そのようなアンテナとしては、GPS(全地球測位システム)用アンテナや、ETC(自動料金収受システム)用アンテナ、VICS(道路交通情報通信システム)用アンテナ、電話用アンテナ等がある。
【0003】
GPS(Global Positioning System)は、人工衛星を用いた衛星測位システムである。GPSは、地球を周回している18個の人工衛星のうちの4個の人工衛星からの電波(GPS信号)を受信し、この受信した電波から移動体と人工衛星との位置関係および時間誤差を測定して三角測量の原理に基づいて、移動体の地図上における位置や高度を高精度で算出することを可能としたものである。
【0004】
GPSは、近年では、走行する自動車の位置を検出するカーナビゲーションシステム等に利用され、広く普及している。カーナビゲーション装置は、このGPS信号を受信するためのGPS用アンテナと、このGPS用アンテナが受信したGPS信号を処理して車両の現在位置を検出する処理装置と、この処理装置で検出された位置を地図上に表示するための表示装置等から構成される。
【0005】
一方、ETC(Electronic toll Collection)は、高速道路等の有料道路の通行料を支払うための料金所における渋滞を緩和するための方策として開発されたシステムである。すなわち、ETCとは、高速道路料金所において、無線通信を利用して自動的に通行料金の支払いを行うシステムである。ETCでは、料金所に設置されているゲートに設けられた路側アンテナと、ETC用アンテナを有する車載通信機器を搭載した通行車両との間で双方向通信を行い、通行車両の車両情報等を取得し、通行車両を停止させることなく高速道路通行料金の支払い業務を行うことを可能としたものである。
【0006】
従来、GPS用アンテナとETC用アンテナとを併設した複合アンテナ装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。
【0007】
また、VICS(Vehicle Information and Communication System)は、車両を運転する運転者に対して渋滞や通行止め等の交通情報を提供するために、道路に沿って所定の間隔で設けられた路上局(いわゆるビーコン)と車両との間で通信を行う路車間通信システムである。車両に搭載するVICS車載機は、VICS用アンテナと、このVICS用アンテナにケーブルを介して接続された別体の信号処理装置とから構成されている。VICS用アンテナとして、光ビーコン用の送受信アンテナと電波ビーコン用の受信アンテナとをアンテナ基板上に搭載した路車間通信用車載アンテナ装置が知られている(例えば、特許文献2参照)。
【0008】
さらに、GPS用アンテナ、VICS用アンテナ及びETC用アンテナを備えた複合アンテナ装置も知られている(例えば、特許文献3参照)。この特許文献3に開示された複合アンテナ装置では、ETC用アンテナを、GPS用アンテナ及びVICS用アンテナを実装する回路基板とは別のサブアッセンブリとして実装している。すなわち、ETC用アンテナは、GPS用アンテナ及びVICS用アンテナと指向性が大きく異なるので、ETC用アンテナだけ独立して取り付け方向を調整できるようにしている。
【0009】
一方、車載用セルラーアンテナのような周波数帯域の広い広帯域アンテナとして、給電素子である逆L素子と無給電素子である寄生素子とを近接して配置した電話用アンテナも知られている。
【0010】
上述したETC用アンテナとしては、例えば、平面アンテナ素子と、この平面アンテナ素子と平行に配置されたグランド板とを備えた平面アンテナを使用することができる(例えば、特許文献4参照)。
【0011】
しかしながら、このような平面板により放射面パターン(平面アンテナ素子)とグランド面パターン(グランド板)とを形成しただけでは、ETC用アンテナとして必要とされるビーム幅を得ることはできない。
【0012】
一方、ビーム幅を拡張するアンテナは従来から種々提案されている。例えば、グランド板上に配置した板状ループ素子の周囲に導体壁を設けて、ビーム幅を拡張した直線偏波ループアンテナが知られている(例えば、特許文献5参照)。また、平板状放射素子を誘電体基板の中央部に閉じ込め、誘電体基板の周囲で、放射素子の厚さ方向に形成された側面と、この側面から表面の端部近傍に張り出す複数の庇状部分とを有する導体壁を備えたアンテナ装置が知られている(例えば、特許文献6参照)。ループアンテナ素子の周囲に導体壁を設けて、水平面に対する低仰角範囲における指向性を改善したループアンテナも知られている(例えば、特許文献7参照)。アース板上に、放射素子の周端縁から側方に全周にわたって放射素子を囲むように内側アース壁体及び外側アース壁体とを凸設して、放射特性を改善した平面アンテナが知られている(例えば、特許文献8参照)。さらに、放射素子とアース板とを非平行に配置して、正面方向の放射特性を改善した平面アンテナも知られている(例えば、特許文献9参照)。
【0013】
【特許文献1】特開2002−111377号公報
【特許文献2】特開2000−307320号公報
【特許文献3】特開2004−56773号公報
【特許文献4】特開2001−24428号公報
【特許文献5】特開2003−23611号公報
【特許文献6】特開2004−304621号公報
【特許文献7】特開2005−64775号公報(図9)
【特許文献8】特開2003−198238号公報
【特許文献9】特開2003−273639号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0014】
前述したように、ETC用アンテナは、料金所に設置されているゲートに設けられた路側アンテナとの間で双方向通信を行う必要がある。したがって、上述した特許文献5〜8に開示されているような、単にアンテナ素子の周囲に導体壁を設けただけでは、路側アンテナとの間で確実に双方向通信を行えない。換言すれば、ETC用アンテナの指向性特性のピーク位置を路側アンテナへ向けることができない。一方、特許文献9は、アンテナの正面方向(放射素子面の垂直方向)の放射特性を改善しているだけであって、ゲートに設けられた路側アンテナとの間の配置関係については何等考慮されていない。
【0015】
したがって、本発明の課題は、ゲートに設けられた路側アンテナとの間で確実に双方向通信を行うことが可能なアンテナ装置(ETC用アンテナ)を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0016】
本発明によれば、設置面(51e)に対して前方へ所定角度だけ傾斜して配置されており、アンテナ素子(31)と、該アンテナ素子と平行に配置されたグランド板(32)とを備え、前記グランド板(32)はその周端縁から前記アンテナ素子の方向へ前記アンテナ素子を囲むように立設して延びる壁部(32a)を有する、ことを特徴とするアンテナ装置が得られる。
【0017】
上記本発明に係るアンテナ装置(30)において、前記所定角度は、実質的に23°に等しいことが好ましい。前記アンテナ装置(30)は、前記アンテナ素子と前記グランド板との間に介在する、給電導体を持つスペーサを更に有して良い。前記アンテナ素子(31)は、矩形の金属板からなり、対角方向に長孔(31a)を持つもので良い。前記アンテナ装置(30)は、中心導体と外部導体とを有する同軸ケーブル(62)を更に備えて良い。この場合、前記中心導体は前記給電導体の一端に接続され、前記外部導体は前記グランド板(32)に接続される。前記アンテナ装置(30)はETC用アンテナであって良い。
【0018】
また、上記本発明に係るアンテナ装置(30A)において、前記所定角度だけ傾斜した傾斜面(34a)を持つベース(34)を備え、該ベース上に前記グランド板(32)と前記アンテナ素子(31)とが搭載されるようにしても良い。前記所定角度は、実質的に23°に等しいことが好ましい。前記アンテナ装置(30A)は、前記アンテナ素子(31)と前記グランド板(32)との間に介在するスペーサ(35)を更に備え、前記アンテナ素子(31)は前記スペーサ及び前記グランド板を介して下方へ延在する給電導体(312)を持つようにしても良い。前記アンテナ素子(31)は、矩形の金属板からなり、対角方向に長孔(31a)を持つもので良い。前記アンテナ装置(30A)は、中心導体と外部導体とを持つ同軸ケーブル(62)を更に備えてよい。この場合、前記中心導体は前記給電導体(312)の一端に接続され、前記外部導体は前記グランド板(32)に接続され、前記アンテナ装置(30A)はETC用アンテナであって良い。
【0019】
尚、上記括弧内の符号は、本発明の理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、これらに限定されないのは勿論である。
【発明の効果】
【0020】
本発明に係るアンテナ装置は、回路基板の主面に対して前方へ所定角度だけ傾斜して配置されているので、ゲートに設けられた路側アンテナとの間で確実に双方向通信を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0021】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【0022】
図1及び図2を参照して、本発明の第1の実施の形態に係るアンテナ装置30について説明する。図1はアンテナ装置(ETC用アンテナ)30を斜め前方から見た拡大斜視図である。図2はアンテナ装置(ETC用アンテナ)30を前方から見た拡大斜視図である。
【0023】
アンテナ装置(ETC用アンテナ)30は、回路基板51の主面51e上に配置されている。アンテナ装置30は、回路基板51の主面51eに対して前方へ所定角度傾斜して配置されている。換言すれば、アンテナ装置30は、水平面である回路基板51の主面51eに対して前方へ所定角度だけ傾斜して配置されている。図示の例では、この傾斜角度はほぼ23°である。
【0024】
アンテナ装置30は、アンテナ素子31と、このアンテナ素子31と平行に配置されたグランド板32とを備える。グランド板32は、その周端縁からアンテナ素子31の方向へアンテナ素子31を囲むように立設して延びる壁部32aを有する。アンテナ素子31とグランド板32との間には給電導体(図示せず)を持つスペーサ(図示せず)が介在している。アンテナ素子31は、矩形の金属板からなり、対角方向に長孔31aを持つ。
【0025】
尚、壁部32aの高さは、アンテナ素子31とグランド板32との間の離間距離に実質的に等しいか、或いはそれよりも低い。
【0026】
アンテナ素子31で受信された信号は、同軸型の出力ケーブル62を介して外部回路(図示せず)へ伝達される。詳述すると、出力ケーブル62の中心導体は給電導体の一端に接続され、出力ケーブル62の外部導体はグランド板32に接続されている。
【0027】
図3に図1及び図2に示された本発明による「壁あり」のアンテナ装置(ETC用アンテナ)30と、従来の「壁なし」のアンテナ装置(ETC用アンテナ)とのアンテナ放射パターンを示す。図3において、「壁あり」の実線は、本発明に係るアンテナ装置(ETC用アンテナ)30のアンテナ放射パターンであり、「壁なし」の鎖線が、従来のアンテナ装置(ETC用アンテナ)のアンテナ放射パターンを示す。図3は周波数が5.825GHzのときのアンテナ放射パターンを示している。
【0028】
図3から明らかなように、本発明の第1の実施の形態に係るアンテナ装置30のように、グランド板32の周縁を直角に折り曲げて壁部32aを形成することにより、アンテナ放射パターンを低仰角側へ引っ張り、ビーム幅を広げることができる。したがって、ETC用アンテナとして求められるビーム幅を確保することができる。また、グランド板が平面板である、すなわち、従来の「壁なし」のETC用アンテナの場合と比べて、投影面積が小さくとも、アンテナ前面(第3のアンテナ素子31の法線方向)へアンテナ利得を集めることができる。その為、アンテナ利得の向上も狙える。
【0029】
また、本発明の第1の実施の形態によるアンテナ装置(ETC用アンテナ)30は、回路基板51の主面51eに対して前方へ約23°の角度だけ傾けて配置されているので、ゲートに設けられた路側アンテナとの間で確実に双方向通信を行うことが可能となる。
【0030】
図4乃至図8を参照して、本発明の第2の実施の形態に係るアンテナ装置30Aについて説明する。図4はアンテナ装置(ETCアンテナ)30Aの分解斜視図である。図5はアンテナ装置(ETCアンテナ)30Aに使用されるアンテナ素子31を示す図で、(A)はアンテナ素子31の平面図、(B)はアンテナ素子31の正面図である。図6はグランド板32を示す図で、(A)はグランド板32の平面図、(B)はグランド板32の正面図、(C)はグランド板32の側面図である。図7はベース34を示す図で、(A)はベース34の斜視図、(B)はベース34の平面図、(C)はベース34の前面図(正面図)、(D)はベース34の左側面図、(E)はベース34の右側面図、(F)はベース34の後面図(背面図)、(G)はベース34の底面図である。図8はスペーサ35を示す図で、(A)はスペーサ35の斜視図、(B)はスペーサ35の平面図、(C)はスペーサ35の前面図(正面図)、(D)はスペーサ35の左側面図、(E)はスペーサ35の右側面図、(F)はスペーサ35の後面図(背面図)、(G)はスペーサ35の底面図である。
【0031】
図4に示されるように、アンテナ装置30Aでは、ベース34の傾斜面34a上にグランド板32が搭載され、このグランド板32上にスペーサ35が搭載され、このスペーサ35上にアンテナ素子31である放射板が搭載される。換言すれば、アンテナ素子31とグランド板32との間にスペーサ35が介在している。
【0032】
図5を参照して、アンテナ素子31は、矩形の金属板からなり、対角方向に長孔31aを持つ。第3のアンテナ素子31は、更に、当該第3のアンテナ素子31をスペーサ35上に位置決めするために、その四隅に後述するスペーサ35の4本の上方位置決め突起35bと係合する4個の位置決め孔31bを持つ。
【0033】
尚、図5では図示していないが、アンテナ素子31は、下方へ延在する棒状の給電導体312(図4参照)を備えている。すなわち、この給電導体312は、スペーサ35及びグランド板32を介して下方へ延在している。
【0034】
図6を参照して、グランド板32は、後述するスペーサ35を介してアンテナ素子31と平行に配置される。グランド板32は、アンテナ素子31と平行に配置されるグランド板部322と、このグランド板部322の周端縁からアンテナ素子31の方向へアンテナ素子31を囲むように立設して延びる壁部32aとを有する。壁部32aの高さは、アンテナ素子31とグランド板32との間の離間距離に実質的に等しいか、或いはそれよりも低い。グランド板32のグランド板部322は、後述するスペーサ35の4本の下方位置決め突起35eを挿通するために、その四隅に4個の貫通孔32bを持つ。グランド板32は、その前縁および後縁で、後述するスペーサ35の一対の下方フック部35cを挿通するためのL字形状の一対の開口部32cを持つ。グランド板32のグランド板部322は、更に、上記棒状の給電導体312を挿通するための貫通孔32dを持つ。
【0035】
図7を参照して、ベース34は、回路基板51の主面51e(図1及び図2参照)に対して前方へ所定角度(例えば、23°)だけ傾斜した傾斜面34a上の四隅に、上記スペーサ35の4本の下方位置決め突起35dと係合するための4個の係合孔34bを持つ。ベース34は、その傾斜面34aの前辺および後辺近傍に、上記スペーサ35の一対の下方フック部35cと係合するための一対の係合孔34cを持つ。ベース34は、その傾斜面34aの右上隅および左下隅にスペーサ24を位置決めするための、上方に突出する位置決め壁341を持つ。
【0036】
ベース34は、その右辺の前方から水平方向右側へ延在する取付板342を備える。この取付板342は、その前縁から上方へ突出するフック部342aを有する。また、この取付板342は、ネジにより当該ベース34を回路基板51に取り付けるためのネジ孔342bを持つ。一方、回路基板51は、フック部342aが係合する係合孔と、ネジ孔342bと対応する位置に設けられて上記ネジのネジ部が挿通する貫通孔とを持つ。ベース34は、その後縁下端から水平方向後方へ延在する舌片部343を備える。この舌片部343は、その後縁から上方へ突出するフック部343aを有する。回路基板51は、このフック部343aが係合する係合孔を持つ。したがって、取付板342のフック部342aと舌片部343のフック部343aとを回路基板51の係合孔に係合して、ベース34を回路基板51に対して取り付けた後、ネジを回路基板51の貫通孔を通して取付部342のネジ孔342bに螺合することによって、ベース34は回路基板51に固定される。
【0037】
ベース34は、また、出力ケーブル62を挿通するための挿通孔34dを持つ。
【0038】
図8を参照して、スペーサ35は、内部に開口35aを持つ実質的に矩形板の形状をしている。スペーサ35は、上記アンテナ素子31の4個の位置決め孔31bと係合するために、その四隅で上昇へ突出した上記4本の上方位置決め突起35bを持つ。
【0039】
スペーサ35は、その前縁および後縁で、下方へ延在する上記一対の下方フック部35cを備える。一方、スペーサ35は、上記グランド板32の4個の貫通孔32bを貫通して上記ベース34の4個の係合孔34bと係合するために、その四隅で下方へ突出した上記下方位置決め突起35dを持つ。したがって、一対のフック部35cを、グランド板32の一対の開口部32cを介してベース34の一対の係合孔34cと係合することによって、グランド板32はベース34の傾斜面34a上に取付けられる。
【0040】
スペーサ35は、又、その両側縁で、上方へ延在する上記一対の上方フック部35eを持つ。したがって、4本の上方位置決め突起35dをアンテナ素子31の4個の位置決め孔31bに係合させて、アンテナ素子31をスペーサ35上に位置決めした状態で、一対の上方フック部35eをアンテナ素子31の両側縁と係合することにより、アンテナ素子31はスペーサ35上に取り付けられる。
【0041】
尚、上記実施の形態では、スペーサ35は、4本の上方位置決め突起35bと4本の下方位置決め突起35dとを持っているが、その代わりに4個の貫通孔を持っても良い。この場合には、4本の位置決めピンを通すことにより、第3のアンテナ素子31、スペーサ35、グランド板32、及びベース34が互いに位置決めされる。
【0042】
本第2の実施の形態に係るアンテナ装置30Aにおいても、グランド板32の周縁を直角に折り曲げて壁部32aを形成しているので、アンテナ放射パターンを低仰角側へ引っ張り、ビーム幅を広げることができる。したがって、ETC用アンテナとして求められるビーム幅を確保することができる。また、グランド板が平面板である従来のETC用アンテナと比較して、アンテナ利得の向上も狙える。
【0043】
また、本第2の実施の形態に係るアンテナ装置(ETC用アンテナ)30Aは、回路基板51の主面51eに対して前方へ約23°の角度だけ傾けて配置されているので、ゲートに設けられた路側アンテナとの間で確実に双方向通信を行なうことができる。
【0044】
さらに、本第2の実施の形態に係るアンテナ装置30Aでは、アンテナ素子31とグランド板32との間にスペーサ35を設ける構造を採用したので、組み付け状態を目で確認することができ、組み付け作業の間違いを少なくすることができる。
【0045】
以上、本発明について好ましい実施の形態によって説明してきたが、本発明は上述した実施の形態に限定しないのは勿論である。例えば、上述した実施の形態では、本発明に係るアンテナ装置をETC用アンテナに適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明に係るアンテナ装置は、北米において実用化されているデジタルラジオ放送受信用のXMアンテナやシリウスアンテナにも流用できるのは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】本発明の第1の実施の形態に係るアンテナ装置(ETC用アンテナ)を斜め前方から見た拡大斜視図である。
【図2】図1に示したアンテナ装置(ETC用アンテナ)を前方から見た拡大斜視図である。
【図3】図1及び図2に示した本発明に係る「壁あり」のアンテナ装置(ETC用アンテナ)と、従来の「壁なし」のアンテナ装置(ETC用アンテナ)とのアンテナ放射パターンを示す図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態に係るアンテナ装置(ETCアンテナ)の分解斜視図である。
【図5】図4に示すアンテナ装置(ETCアンテナ)に使用されるアンテナ素子を示す図で、(A)は平面図、(B)は正面図である。
【図6】図4に示すアンテナ装置(ETCアンテナ)に使用されるグランド板を示す図で、(A)は平面図、(B)は正面図、(C)は側面図である。
【図7】図4に示すアンテナ装置(ETCアンテナ)に使用されるベースを示す図で、(A)は斜視図、(B)は平面図、(C)は前面図(正面図)、(D)は左側面図、(E)は右側面図、(F)は後面図(背面図)、(G)は底面図である。
【図8】図4に示すアンテナ装置(ETCアンテナ)に使用されるスペーサを示す図で、(A)は斜視図、(B)は平面図、(C)は前面図(正面図)、(D)は左側面図、(E)は右側面図、(F)は後面図(背面図)、(G)は底面図である。
【符号の説明】
【0047】
30、30A アンテナ装置(ETC用アンテナ)
31 アンテナ素子
31a 長孔
32 グランド板
32a 壁部
34 ベース
35 スペーサ
51 回路基板
51e 主面
62 出力ケーブル(同軸ケーブル)

【特許請求の範囲】
【請求項1】
設置面に対して前方へ所定角度だけ傾斜して配置されており、
アンテナ素子と、該アンテナ素子と平行に配置されたグランド板とを備え、
前記グランド板はその周端縁から前記アンテナ素子の方向へ前記アンテナ素子を囲むように立設して延びる壁部を有する、ことを特徴とするアンテナ装置。
【請求項2】
前記所定角度は、実質的に23°に等しいことを特徴とする、請求項1に記載のアンテナ装置。
【請求項3】
前記アンテナ素子と前記グランド板との間に介在する、給電導体を持つスペーサを更に有する、請求項1又は請求項2に記載のアンテナ装置。
【請求項4】
前記アンテナ素子は、矩形の金属板からなり、対角方向に長孔を持つ、請求項1乃至3のいずれか1つに記載のアンテナ装置。
【請求項5】
中心導体と外部導体とを持つ同軸ケーブルを更に備え、前記中心導体は前記給電導体の一端に接続され、前記外部導体は前記グランド板に接続されている、請求項3又は請求項4に記載のアンテナ装置。
【請求項6】
前記アンテナ装置がETC用アンテナである、請求項1乃至5のいずれか1つに記載のアンテナ装置。
【請求項7】
前記所定角度だけ傾斜した傾斜面を持つベースを備え、該ベース上に前記グランド板と前記アンテナ素子とが搭載されていることを特徴とする、請求項1に記載のアンテナ装置。
【請求項8】
前記所定角度は、実質的に23°に等しいことを特徴とする、請求項7に記載のアンテナ装置。
【請求項9】
前記アンテナ素子と前記グランド板との間に介在するスペーサを更に有し、前記アンテナ素子は前記スペーサ及び前記グランド板を介して下方へ延在する給電導体を持つ、請求項7又は請求項8に記載のアンテナ装置。
【請求項10】
前記アンテナ素子は、矩形の金属板からなり、対角方向に長孔を持つ、請求項7乃至9のいずれか1つに記載のアンテナ装置。
【請求項11】
中心導体と外部導体とを持つ同軸ケーブルを更に備え、前記中心導体は前記給電導体の一端に接続され、前記外部導体は前記グランド板に接続されている、請求項9又は請求項10に記載のアンテナ装置。
【請求項12】
前記アンテナ装置がETC用アンテナである、請求項7乃至11のいずれか1つに記載のアンテナ装置。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【公開番号】特開2007−13921(P2007−13921A)
【公開日】平成19年1月18日(2007.1.18)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2006−30830(P2006−30830)
【出願日】平成18年2月8日(2006.2.8)
【公序良俗違反の表示】
(特許庁注:以下のものは登録商標)
1.VICS
【出願人】(000006220)ミツミ電機株式会社 (1,651)
【Fターム(参考)】