(57)【要約】【課題】通信時に生じる伝送損失が少なく、電波の伝送効率に優れた誘電体アンテナを提供する。【解決手段】非多孔質の樹脂材料で形成された基体２、および基体２の外表面に沿って設けられたアンテナエレメント４を有する中空立体形状の外側部材５と、外側部材５の中空部３に、外側部材５と密着した状態で配設された樹脂発泡体１０とを備える誘電体アンテナ１である。【選択図】図２
2020048026.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
非多孔質の樹脂材料で形成された基体、および該基体の外表面に沿って設けられたアンテナエレメントを有する中空立体形状の外側部材と、
前記外側部材の中空部に、前記外側部材と密着した状態で配設された樹脂発泡体と、を備える誘電体アンテナ。
【請求項２】
前記樹脂発泡体が硬質の合成樹脂発泡体である請求項１に記載の誘電体アンテナ。
【請求項３】
前記外側部材は、それぞれが、前記基体の一部を構成する基体形成部、および前記アンテナエレメントの一部を構成するエレメント形成部を有する複数の第１分割片の結合体である請求項１又は２に記載の誘電体アンテナ。
【請求項４】
前記外側部材は、前記基体の一部を構成する基体形成部、および前記アンテナエレメントの一部を構成するエレメント形成部を有する第１分割片と、前記基体形成部のみからなる第２分割片との結合体である請求項１又は２に記載の誘電体アンテナ。
【請求項５】
前記第１分割片は、前記エレメント形成部を構成する導電部材をインサート部品として前記基体形成部を射出成形したインサート成形品である請求項３又は４に記載の誘電体アンテナ。
【請求項６】
前記第１分割片は、前記エレメント形成部がめっき皮膜で構成されると共に、前記基体形成部が、外表面に前記めっき皮膜が形成された外側層と、該外側層を固定的に保持し、前記外側層を形成する樹脂材料とは特性の異なる樹脂材料で形成された内側層とで構成されたものである請求項３又は４に記載の誘電体アンテナ。
【請求項７】
前記外側部材は、前記アンテナエレメントを構成する導電部材をインサート部品として前記基体をブロー成形したブロー成形品である請求項１又は２に記載の誘電体アンテナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電体アンテナに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば下記の特許文献１には、誘電体アンテナの一種であるチップアンテナが開示されている。このチップアンテナは、導電板を立体形状に折り曲げてなるアンテナエレメント（アンテナパターン）と、このアンテナエレメントをインサート部品として樹脂で射出成形された基体とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−７４８３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
通信時（アンテナへの通電時）に電波が熱変換されることで誘電体アンテナ内で発生する伝送損失の量は、電波の周波数、誘電体で形成された部分（基体）の誘電率（比誘電率）および誘電正接の積として表されることが知られている。そのため、通信時における誘電体アンテナ内での伝送損失を少なくするには、基体をどのような材料で作製するかが重要になる。特許文献１のチップアンテナは、基体が、セラミックスに比べて誘電率の低い樹脂材料で形成されているため、通信時の伝送損失が比較的少なく、電波の伝送効率に優れたアンテナであると言える。しかしながら、送受信されるデータの大容量化等に伴って高周波帯域の電波が利用され、かつ送受信されるデータの一層の大容量化が見込まれる昨今の実情に鑑みると、通信時の伝送損失量を一層低減可能であることが望まれる。
【０００５】
上記の実情に鑑み、本発明の主な目的は、通信時に生じる伝送損失が少なく、電波の伝送効率に優れた誘電体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】
【０００６】
上記の目的を達成するため、本発明では、非多孔質の樹脂材料で形成された基体、および基体の外表面に沿って設けられたアンテナエレメントを有する中空立体形状の外側部材と、外側部材の中空部に、外側部材と密着した状態で配設された樹脂発泡体と、を備える誘電体アンテナを提供する。
【０００７】
本発明に係る誘電体アンテナは、非多孔質の樹脂材料で中実の立体形状に形成された従来のアンテナの基体の一部が樹脂発泡体に置き換えられた構成に相当する。発泡樹脂（多孔質の樹脂材料）の誘電率は、非多孔質の樹脂材料の誘電率よりも格段に低く、空気の誘電率に近似する程度にまで低くすることができる。そのため、本発明に係る誘電体アンテナ全体としての誘電率は、特許文献１に記載のチップアンテナの誘電率よりも低くすることができる。これにより、誘電体損失が少なく電波の伝送効率に優れた誘電体アンテナを実現することができる。
【０００８】
樹脂発泡体は、軟質の合成樹脂発泡体で構成しても構わないが、アンテナエレメントを有する外側部材の保形性を確保する観点から、硬質の合成樹脂発泡体で構成するのが好ましい。
【０００９】
外側部材は、複数の分割片の結合体とすることができる。例えば、アンテナエレメントが外側部材の全面に亘って設けられる場合、外側部材は、それぞれが、基体の一部を構成する基体形成部、およびアンテナエレメントの一部を構成するエレメント形成部を有する複数の第１分割片の結合体とすることができる。また、アンテナエレメントが、外側部材の一部領域に設けられる場合、外側部材は、基体の一部を構成する基体形成部、およびアンテナエレメントの一部を構成するエレメント形成部を有する（一又は複数の）第１分割片と、基体形成部のみからなる（一又は複数の）第２分割片との結合体とすることができる。
【００１０】
第１分割片は、エレメント形成部としての導電部材をインサート部品として基体形成部を射出成形したインサート成形品とすることができる。このようにすれば、高精度の第１分割片を容易にかつ低コストに得ることができる。
【００１１】
また、第１分割片は、エレメント形成部がめっき皮膜で構成されると共に、基体形成部が、外表面に上記めっき皮膜が形成された外側層と、この外側層を固定的に保持し、外側層を形成する樹脂材料とは特性の異なる樹脂材料で形成された内側層とで構成されたものとすることができる。このとき、例えば、外側層を易めっき性の樹脂材料で形成し、内側層を難めっき性の樹脂材料で形成すれば、外側層と内側層とを結合一体化した後、外側層の外表面にめっき皮膜を形成する場合、マスキング処理を必要とすることなく、外側層の外表面のみにめっき皮膜を形成することができる。
【００１２】
外側部材は、アンテナエレメントを構成する導電部材をインサート部品として基体をブロー成形したブロー成形品とすることもできる。
【発明の効果】
【００１３】
以上より、本発明によれば、通信（通電）時における伝送損失が少なく、電波の伝送効率に優れた誘電体アンテナを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１実施形態に係る誘電体アンテナの斜視図である。
【図２】図１に示す誘電体アンテナの部分概略断面図である。
【図３】図１に示す誘電体アンテナを構成する外側部材の展開図である。
【図４】本発明の第２実施形態に係る誘電体アンテナの外側部材の展開図である。
【図５】（ａ）図は、本発明の第３実施形態に係る誘電体アンテナを構成する基体の部分拡大断面図、（ｂ）図は、同誘電体アンテナの部分概略断面図である。
【図６】本発明の第４実施形態に係る誘電体アンテナの部分概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る誘電体アンテナ１の斜視図であり、図２は同アンテナ１の部分概略断面図である。図１および図２に示す誘電体アンテナ１は、樹脂製の基体２、および基体２の外表面に沿って設けられたアンテナエレメント４を有し、全体として中空の立体形状（ここでは立方体形状）に形成された外側部材５と、外側部材５（基体２）の中空部３に配設された樹脂発泡体１０とを備える。この誘電体アンテナ１は、図示外の回路基板に実装された状態、より詳細には、アンテナエレメント４に設けられた端子部４ａと回路基板に設けられた導体配線とを電気的に接続した状態で使用される。
【００１７】
基体２は、非多孔質（ソリッド）の樹脂材料で形成される。この樹脂材料としては、例えば、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ＡＢＳ樹脂、ポリアミド（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリサルフォン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、フッ素樹脂などの熱可塑性樹脂をベース樹脂としたものを使用することができる。通電時に生じる伝送損失を低減可能なアンテナ１を実現する観点から言うと、上述した樹脂のうち、ポリエチレンやポリプロピレンは誘電率および誘電正接の値がともに低く、好適である。上記の樹脂材料には、基体２に種々の特性を付与するための充填材を一種又は二種以上配合することができる。
【００１８】
本実施形態のアンテナエレメント４は、基体２とは別体の導電部材、例えば、導電性を有する金属板（銅板、鋼板、ＳＵＳ板等）、あるいは上記金属板にめっき処理が施されたもので構成される。図３に示すように、本実施形態では、基体２の外表面全域（六面全て）に跨るようにアンテナエレメント４を設けている。
【００１９】
図２および図３に示すように、本実施形態の外側部材５は、それぞれが基体２の一部を構成する平板状の基体形成部２Ａ、およびアンテナエレメント４の一部を構成するエレメント形成部４Ａを有する複数（６つ）の分割片（第１分割片）１１を結合することで形成される。各分割片１１は、中空の立方体形状をなしたからなる外側部材５の一面を構成するものであり、エレメント形成部４Ａ（ここでは、ミアンダ形状の金属板）をインサート部品として基体形成部２Ａを射出成形することにより形成されたインサート成形品とされる。
【００２０】
分割片１１同士の結合方法に制約はなく、接着、溶着、凹凸嵌合、ねじ等の締結部材を用いた締結などの適宜の方法で基体形成部２Ａ同士を結合することにより、分割片１１同士が結合される。但し、エレメント形成部４Ａ同士が電気的に接続されていなければ、所望のアンテナ性能を発揮することができなくなる。そのため、エレメント形成部４Ａ同士ははんだ付けするのが好ましい。
【００２１】
樹脂発泡体１０は、基体２（外側部材５）の内壁面に密着した状態で外側部材５の中空部３に配設されている。樹脂発泡体１０は、例えば発泡ウレタン、発泡スチレン、発泡オレフィン等、硬質（独立気泡タイプ）の合成樹脂発泡体で構成される。
【００２２】
外側部材５の中空部３に樹脂発泡体１０を配設する方法（誘電体アンテナ１の製造手順）としては、例えば、下記の（１）又は（２）を採ることができる。
（１）所定形状に形成された樹脂発泡体１０を取り囲むようにして外側部材５を組み立てる（分割片１１同士を結合する）。
（２）分割片１１同士を結合して外側部材５を組み立てた後、外側部材５に設けられた孔部（図示省略）を介して外側部材５の中空部３に発泡樹脂を注入（充填）する。
【００２３】
以上で説明した本発明の実施形態に係る誘電体アンテナ１は、特許文献１に開示された誘電体アンテナとしてのチップアンテナを構成する基体（非多孔質の樹脂材料で中実に形成された部分）の一部が、多孔質の発泡樹脂（樹脂発泡体１０）に置き換えられた構成に相当する。発泡樹脂の誘電率は、非多孔質の樹脂材料の誘電率よりも格段に低くすることができ、空気の誘電率に近似する程度にまで低くすることもできる。そのため、本実施形態に係る誘電体アンテナ１において、アンテナエレメント４を除く部分全体の誘電率は、特許文献１のチップアンテナの基体の誘電率よりも低くすることができる。また、樹脂発泡体１０は、硬質の合成樹脂発泡体で構成され、外側部材５と密着した状態で外側部材５の中空部３に配設されていることから、アンテナエレメント４を有する外側部材５の保形成を確保することができる。以上のことから、誘電体損失が少なく電波の伝送効率に優れ、かつ所望のアンテナ特性を長期間に亘って安定的に発揮することのできる誘電体アンテナ１を実現することができる。
【００２４】
以上、本発明の一実施形態に係る誘電体アンテナ１について説明したが、本発明の実施の形態はこれに限定されない。以下、本発明の他の実施形態に係る誘電体アンテナ１について簡単に説明する。
【００２５】
図４は、本発明の第２実施形態に係る誘電体アンテナ１を構成する外側部材５の展開図である。この実施形態の誘電体アンテナ１が、以上で説明した第１実施形態に係る誘電体アンテナ１と異なる点は、アンテナエレメント４が設けられていない面を有する点にある。図４に示す外側部材５は、図３に示した外側部材５を構成する六面のうちの一面を基体形成部２Ａのみからなる第２分割片１２に置き換えている。
【００２６】
アンテナエレメント４の形成領域（形成面）は、必要とされるアンテナ性能に応じて適宜変更される。このとき、以上で説明した実施形態のように、外側部材５を複数の分割片の結合体で構成しておけば、このような仕様変更の要請にも容易にかつ柔軟に対応することができる。
【００２７】
図５（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係る誘電体アンテナ１の部分拡大断面図である。図示例の誘電体アンテナ１が以上で説明した誘電体アンテナ１と異なる主な点は、
（Ａ）アンテナエレメント４（エレメント形成部４Ａ）を基体２の外表面に形成しためっき皮膜（例えば、銅皮膜）９で構成した点、および、
（Ｂ）基体２（基体形成部２Ａ）を、外表面にめっき皮膜９が形成された外側層７と、外側層７を固定的に保持した内側層８とを有する二層構造とし、かつ外側層７および内側層８を、互いに異なる特性を有する樹脂材料で形成した点、にある。
上記の相違点（Ｂ）に関し、本実施形態では、外側層７を形成する樹脂材料として易めっき性の樹脂材料（例えば、ＡＢＳ樹脂をベース樹脂とした樹脂材料）を採用すると共に、内側層９を形成する樹脂材料として難めっき性の樹脂材料（例えば、ナイロンをベース樹脂とした樹脂材料）を採用している。
【００２８】
上記の構成を採用すれば、図５（ａ）に示すように、外側層７と内側層８とを適宜の手段（例えば、接着、溶着、嵌合、インサート成形等）で一体化することによって基体形成部２Ａを作製した後、この基体形成部２Ａにマスキング処理を施すことなくめっき処理を施すことにより、外側層７の外表面にエレメント形成部４Ａとして機能するめっき皮膜９を形成することができる。従って、アンテナエレメント４としてめっき皮膜９を採用した誘電体アンテナ１を低コストに作製することができる。
【００２９】
図６は、本発明の第４実施形態に係る誘電体アンテナ１の部分概略断面図である。同図に示す誘電体アンテナ１が、以上で説明した誘電体アンテナ１と異なる主な点は、基体２およびアンテナエレメント４を、それぞれ、単一の部材で構成し、外側部材５を、単一の基体２およびアンテナエレメント４のアセンブリで構成した点にある。
【００３０】
図示は省略するが、上記の外側部材５は、例えば、アンテナエレメント４として機能する導電部材、および中空状の基体２となるパリソンを金型内に配置した後、パリソン内に圧縮空気を送り込み、パリソンを金型の内壁面に押し付けることによって得ることができる。すなわち、外側部材５は、アンテナエレメント４としての導電部材をインサート部品として基体２がブロー成形されたブロー成形品とすることができる。このようにすれば、中空の立体形状をなす外側部材５を容易に得ることができる。
【００３１】
以上で説明した実施形態では、基体２（外側部材５）を中空の立方体形状に形成したが、中空形態である限りにおいて基体２の形状は任意に変更することができる。すなわち、基体２は、中空状の球体や六面体以外の多面体に形成することもできる。
【００３２】
また、以上で説明した実施形態では、アンテナエレメント４を基体２の外部に露出させているが、電波の送受信が可能であれば、アンテナエレメント４の一部又は全部を基体２の外表面付近に埋設しても構わない（図示省略）。このようにすれば、アンテナエレメント４を樹脂製の基体２で保護することができるので、アンテナエレメント４に錆び、欠け、キズ等の不具合が発生するのを防止することができる。
【００３３】
本発明に係る誘電体アンテナ１は、基体２（外側部材５）の全域にアンテナエレメント４を配置することができるので、全方向に対して同等の送信強度や受信感度をもついわゆる無指向性アンテナとすることができる。そのため、本発明に係る誘電体アンテナ１は、アンテナエレメント４に対して通電可能であれば、回路基板に実装せずとも独立して電波の送受信が可能なアンテナとして使用することもできる。
【００３４】
具体的には、例えば、パッシブタイプのＲＦタグ（ＩＣチップ）を樹脂発泡体１０で保持すると共に、上記ＲＦタグとアンテナエレメント４とを電気的に接続しておけば、誘電体アンテナ１とは別に設けられたリーダ（リーダライタ）から発信された電波をエネルギー源としてＲＦタグが動作したとき、アンテナエレメント４が電波を送受信する。このようなアンテナは、レイアウトに制約がないので、レイアウトの自由度が高く、様々な用途（例えば、容器内に収容した液体の残量管理）に適用することができる。
【００３５】
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得る。すなわち、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【００３６】
１        誘電体アンテナ
２        基体
２Ａ      基体形成部
３        中空部
４        アンテナエレメント
４Ａ      エレメント形成部
５        外側部材
７        外側層
８        内側層
９        めっき皮膜
１０      樹脂発泡体
１１      第１分割片
１２      第２分割片
【図１】
2020048026.tif 000003
【図２】
2020048026.tif 000004
【図３】
2020048026.tif 000005
【図４】
2020048026.tif 000006
【図５】
2020048026.tif 000007
【図６】
2020048026.tif 000008