(57)【要約】【課題】  利得が向上されたアンテナパターンを有する車両用塗膜構造、車載アンテナ及び車両用アンテナパターン形成方法を提供すること。【解決手段】  塗膜内にアンテナパターン１５を有する車両用塗膜構造であって、アンテナパターン１５の下に低誘電率の誘電体層１６を有することを特徴とする。【選択図】  図１
2005150966.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
塗膜内にアンテナパターンを有する車両用塗膜構造であって、
前記アンテナパターンの下に低誘電率の誘電体層を有する、
ことを特徴とする車両用塗膜構造。
【請求項２】
請求項１記載の車両用塗膜構造であって、
前記低誘電体層は、中塗り層と混成している
ことを特徴とする車両用塗膜構造。
【請求項３】
塗膜内にアンテナエレメントが埋設された車載アンテナであって、
前記アンテナエレメントの下に低誘電率の誘電体層を有する、
ことを特徴とする車載アンテナ。
【請求項４】
請求項３記載の車載アンテナであって、
前記低誘電体層は、中塗り層と混成している、
ことを特徴とする車載アンテナ。
【請求項５】
塗膜内にアンテナパターンを形成する車両用アンテナパターン形成方法であって、
低誘電率の誘電体と混成された塗膜層を形成し、その上に前記アンテナパターンを形成する、
ことを特徴とする車両用アンテナパターン形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両用塗膜構造、車載アンテナ又は車両用アンテナパターン形成方法に係わり、特にアンテナパターン又はアンテナエレメントの下に低誘電率な誘電体の層を有する車両用塗膜構造、車載アンテナ、車両用アンテナパターン形成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来からの自動車電話の周波数に加えて、現在では利用できる周波数帯の拡大に応じて、カーナビゲーションシステムなどが実用化されている。また、今後は、ＩＴ化による車両間・路車間通信や、多マルチメディア化による多様な移動通信サービスが実現されると予想されている。
【０００３】
これら多様な通信を可能とするためには、対応したアンテナを自動車に設置する必要があるが、通信の目的によってアンテナの設置場所は限られている。
【０００４】
ルーフにアンテナが設置される場合は、自動車の外観を損ねないアンテナとして、自動車のルーフなどの塗膜内にアンテナエレメントを設置する車両用アンテナ装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１には、導電性の塗料を塗布して形成されるアンテナエレメントが塗膜内に埋め込まれた車載アンテナ装置が開示されている。
【特許文献１】特開平４−４６０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１記載の発明は、金属の自動車外板に絶縁層を設け、該絶縁層に直接アンテナエレメントを塗布するアンテナであるが、金属の自動車外板は、アンテナが電波を受けたときにアンテナ電流を打ち消すような渦電流を発生させる。特許文献１記載のアンテナにおける絶縁体層では渦電流の発生を十分に抑制できないので、アンテナの利得を向上できないという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような課題を解決するためのものであり、利得が向上されたアンテナパターンを有する車両用塗膜構造、車載アンテナ及び車両用アンテナパターン形成方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明の一態様は、塗膜内にアンテナパターンを有する車両用塗膜構造であって、アンテナパターンの下に低誘電率の誘電体層を有する車両用塗膜構造である。
【０００８】
この態様において、「低誘電率」とは、該誘電体層が所定の塗膜厚の場合にアンテナ電流を打ち消すような渦電流の発生を抑制するために適当な誘電率を意味する。渦電流の発生を抑制するための適当な誘電率は、所定の塗膜厚、アンテナ電流などに応じて変わり得る。
【０００９】
また、この態様において、「アンテナパターンの下」とは、アンテナパターンと隣接する塗膜層に限られず、自動車外板とアンテナパターンの間の層全てを含む。
【００１０】
この態様によれば、アンテナが電波を受けた時にアンテナ電流を打ち消すように発生する渦電流の発生を、低誘電率の誘電体層が抑制するので、アンテナの利得が向上し得る車両用塗膜構造を提供できる。
【００１１】
また、この態様において、低誘電率な誘電体層を新たに設けることは車両の塗装工程を増やすことになりかねないので、上記低誘電体層は、中塗り層と混成していることが望ましい。また、中塗り層に限られず、自動車外板とアンテナパターンの間の塗膜層のいずれか又はアンテナパターン以下の全ての層と混成していてもよい。「混成」とは混ざり合ってできていることをいうが、低誘電率な誘電体層が形成される程度に混ざり合っていればよい。
【００１２】
上記目的を達成するための本発明の二つ目の態様は、塗膜内にアンテナエレメントが埋設された車載アンテナであって、アンテナエレメントの下に低誘電率の誘電体層を有する車載アンテナである。
【００１３】
この態様において、「低誘電率」、「アンテナパターンの下」については上記のとおりである。
【００１４】
この態様によれば、アンテナが電波を受けた時にアンテナ電流を打ち消すように発生する渦電流の発生を、低誘電率の誘電体層が抑制するのでアンテナの利得が向上し得る車載アンテナを提供できる。
【００１５】
また、この態様によれば、低誘電率な誘電体層を新たに設けることは車両の塗装工程を増やすことになりかねないので、上記低誘電体層は、中塗り層と混成していることが望ましい。また、中塗り層に限られず、自動車外板とアンテナパターンの間の層のいずれか又は中塗り層を含む全ての層と混成していてもよい。
【００１６】
上記目的を達成するための本発明の三つ目の態様は、塗膜内にアンテナパターンを形成する車両用アンテナパターン形成方法であって、低誘電率の誘電体と混成された塗膜層を形成し、その上にアンテナパターンを塗布する車両用アンテナパターン形成方法を提供できる。
【００１７】
この態様において、「低誘電率」、「アンテナパターンの下」については上記のとおりである。
【００１８】
また、この態様によれば、アンテナが電波を受けた時にアンテナ電流を打ち消すように発生する渦電流の発生を、低誘電率の誘電体層が抑制するのでアンテナの利得が向上し得る車両用アンテナパターン形成方法を提供できる。
【発明の効果】
【００１９】
利得が向上されたアンテナパターンを有する車両用塗膜構造、車載アンテナ及び車両用アンテナパターン形成方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら実施例を挙げて説明する。なお、車両の塗装自体の基本的な内容は当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。
【００２１】
本実施例においてアンテナパターンをアンテナエレメントと称することがあるが、主に車両塗膜の構造に注目した場合にはアンテナパターンと、アンテナとしての機能に注目した場合にはアンテナエレメントと称す。
【実施例】
【００２２】
図１は、車両塗装の塗膜の概略断面図を示す。車両塗装は一般には下塗り塗装、中塗り塗装、上塗り塗装の３行程からなる。本実施例の塗膜は、鉄やアルミ又は樹脂などの自動車外板１０に下塗り塗装として得られる電着又は密着用プライマー層１１（以下、単に電着層１１という）、中塗り塗装として得られる中塗り層１２、上塗り塗装として得られるベース層１３及びクリア層１４からなる。そして、図１（ａ）では、中塗り層の上に低誘電率な誘電体１６を形成し、その上に導電性物質によるアンテナパターン１５が形成されている。図１（ｂ）では、電着層１１の上に低誘電率な誘電体層１６を形成し、その上にアンテナパターン１５が形成されている。なお、アンテナパターン１５の塗布方法については後述する。
【００２３】
導電性物質によるアンテナパターン１５は、例えば、ニッケル、銅、パラジウム、コバルト、白金、金、銀などの単体、パーマロイなどの合金、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ−Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）、ＳｎＯ２などのうちいずれか、又は、複数の組み合わせで形成される。アンテナとして機能すればこれらに限定されるものではない。アンテナパターン１５は導電性物質のみで形成されてもよいが、アクリルメラミン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリルウレタン系樹脂などに分散させて塗布してもよい。分散濃度の目安は、２０〜７０重量％である。
【００２４】
低誘電率な誘電体層１６は、フッ素化ポリイミド、非晶質パーフルオロ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル、テトラフルオロエチレンとエチレン共重合体、環状オレフィンポリマー、環状オレフィン／エチレン共重合体、シンジオタクチックポリスチレンなどで形成される。しかしながら本発明の特徴は、低誘電率な誘電体をアンテナパターンの下に形成することにあるので、誘電体の種類はこれらに限られない。なお、図１では、アンテナパターン１５の下部にのみ誘電体層１６が形成されているが、アンテナパターン１５よりも若干大きく形成してもよいし、中塗り層１２全体又は電着層１１全体を覆い隠すように一つの層をなして形成されていてもよい。また、誘電体層１６は誘電体単体で形成されていなくともよく、所定の添加物を含み得る。一例として、誘電体の濃度の目安は７０重量％以上である。
【００２５】
車両塗装の塗膜を図１（ａ）のような塗膜構造で構成することにより、アンテナパターン１５自体は車両外部に突起部を形成することがなく、また、アンテナパターン１５はベース層１３及びクリア層１４で覆われているため外観上違和感を生じさせない。アンテナエレメントは、ベース層１３及びクリア層１４のごく薄い塗膜を介するだけで電波を捕捉し、誘電体層１６が渦電流の発生を妨げるため、利得の高いアンテナエレメントが形成され得る。
【００２６】
また、図１（ｂ）のように、アンテナパターン１５が中塗り層１２の厚み分深い位置になると、より優れた外観が得られる。なお、図１（ｂ）の塗膜構造においても、図１（ａ）と同等の受信感度が得られる。電波の受信感度を検証する方法については後述する。
【００２７】
次に、もう一つの車両塗装の塗膜構造について説明する。図２は、車両塗装の塗膜の概略断面図を示す。図２において、図１と同一構成部分には同一の符号を付しその説明は省略する。図２（ａ）では中塗り層１２ａの上に、図２（ｂ）では電着層１１ａの上に、アンテナパターン１５が形成されている。
【００２８】
図２の塗膜構造では、中塗り層１２ａ及び電着層１１ａが、低誘電率な誘電体と一体化した層となっている。すなわち、誘電体と中塗り用樹脂又は電着用樹脂とが混成した中塗り層１２ａ又は電着層１１ａを形成している。
【００２９】
中塗り層１２ａ又は電着層１１ａは、誘電体と中塗り用樹脂又は電着用樹脂を混合させた後に塗布することで形成する。混合する誘電体は、図１の誘電体層１６と同様に、フッ素化ポリイミド、非晶質パーフルオロ樹脂、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル、テトラフルオロエチレンとエチレン共重合体、環状オレフィンポリマー、環状オレフィン／エチレン共重合体、シンジオタクチックポリスチレンなどである。これら誘電体は、中塗り用樹脂又は電着用樹脂との適合性を考慮して混合される。混合させる時は、これらの誘電体の１つ又は複数を粉末状にして中塗り用樹脂又は電着用塗料に分散させてもよいし、誘電体を溶剤に溶解させ中塗り用樹脂又は電着用塗料と混合してもよい。一例として、誘電体の濃度の目安は５〜１５重量％程度であるが、この濃度に限定されるものではない。
【００３０】
図２のような車両塗装の塗膜構造では、中塗り層又は電着層を形成することで低誘電率な誘電体層が同時に形成されるので、工程数の低減が可能となる。
【００３１】
続いて、アンテナパターン１５の形成方法を、（１）スパッタリングによる形成方法、（２）インクジェット印刷による形成方法、（３）転写フィルムを用いた形成方法、の３通りの方法で説明する。
【００３２】
（１）スパッタリングによる形成方法
スパッタリングにより直接アンテナパターンを形成する方法について説明する。なお、スパッタリングとは、低気圧容器中に二つの電極をおいて電圧を加えたときに陰極側の金属が陽極側に飛散して付着する現象をいうが、基本的な内容は当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。本形成方法では、スパッタリング装置の気圧を１０＾−３Ｐａ（パスカル）以下にし、Ａｒ（アルゴン）ガス雰囲気中で３００Ｖ（ボルト）以上の電圧を加えた。予めアンテナパターンのマスクを制作し、スパッタリング時にマスキングすることで所望のアンテナパターンが得られる。なお、本形成方法では、図２（ａ）の中塗り層１２ａの上にスパッタリングを行う方法について説明するが、その他の層に対しても同様にアンテナパターンを形成できる（以下、全てのアンテナパターン形成方法において同じ）。
【００３３】
図３は、種々の導電性物質を用いて得られたアンテナパターンの膜厚の例を示す図である。図３の物質名はスパッタリングターゲット（アンテナパターンを形成する導電性物質）を、スパッタリング時間はスパッタリングした時間を、得られたパターン膜圧はスパッタリングの結果得られたアンテナパターンの膜厚を示す。  
スパッタリングの後、アンテナパターンの上に通常の塗装工程と同様に、約１５μｍの水性ベース層１３、約３５μｍのクリア層１４を塗布した。以上で、低誘電率な誘電体と一体化した中塗り層１２ａの上に形成されたアンテナパターンを、ベース層１３及びクリア層１４で覆った塗膜が得られた。
【００３４】
（２）インクジェット印刷による形成方法
インクジェット印刷により直接アンテナパターンを形成する方法について説明する。なお、インクジェット印刷とは、微少な液滴を打ち出してインクを塗布する印刷方法の一つをいうが、基本的な内容は当業者には既知であるため、詳しい説明を省略する。
【００３５】
本形成方法では、一般的なインクジェット印刷用の樹脂に、導電性物質、強誘電体物質又は磁性体物質粉末を分散させ約１０〜２０ｃＰ（センチポイズ）の粘度値に調整し、インクジェット印刷により所望のアンテナパターンを形成した。
【００３６】
本実施例で分散させた導電性物質は、ＢａＴｉＯ３、ＢＳＴ（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３）、ＳｒＴｉＯ３、ＳｒＴａ２Ｏ６、Ｓｒ２Ｔａ２Ｏ７、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＭｎＦｅ２Ｏ４、ＺｎＦｅ２Ｏ４、ＮｉＦｅ２Ｏ４、ＣｏＦｅ２Ｏ４、（ＭｎＺｎ）Ｆｅ２Ｏ４、（ＮｉＺｎ）Ｆｅ２Ｏ４、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＴａＣ、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｒＲｕＯ３、ＲｕＯ２、ＩｒＯ２、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｏ、である。これらから一つ又は複数の導電性物質を分散させた。
【００３７】
インクジェット印刷によりアンテナパターンが形成された後は、（１）スパッタリングによる形成方法と同様に、ベース層１３及びクリア層１４の塗装を行い塗膜を形成した。インクジェット印刷を用いれば、インクジェット印刷装置の他は既存の設備を使用し得るのでアンテナパターンの形成にかかるコストを低減できる。
【００３８】
（３）転写フィルムを用いた形成方法
転写用のフィルムに予めアンテナパターンを形成し、熱転写などの方法で塗膜構造の所定の層にアンテナパターンを形成する方法について説明する。
【００３９】
フィルム上にパターンを形成する方法は、上記のスパッタリング、インクジェット印刷、スクリーン印刷など、どのような方法であってもよい。
【００４０】
本形成方法で使用した導電性物質は、ＢａＴｉＯ３、ＢＳＴ（（Ｂａ，Ｓｒ）ＴｉＯ３）、ＳｒＴｉＯ３、ＳｒＴａ２Ｏ６、Ｓｒ２Ｔａ２Ｏ７、Ｐｂ（Ｚｒ，Ｔｉ）Ｏ３、ＭｎＦｅ２Ｏ４、ＺｎＦｅ２Ｏ４、ＮｉＦｅ２Ｏ４、ＣｏＦｅ２Ｏ４、（ＭｎＺｎ）Ｆｅ２Ｏ４、（ＮｉＺｎ）Ｆｅ２Ｏ４、ＦｅＡｌＳｉ、ＦｅＴａＣ、ＩＴＯ（Ｉｎ２Ｏ３−ＳｎＯ２）、ＳｎＯ２−Ｓｂ２Ｏ３、ＺｎＯ−Ａｌ２Ｏ３、ＳｒＲｕＯ３、ＲｕＯ２、ＩｒＯ２、Ｐｔ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｔｉ、Ａｇ、Ａｕ、Ｃｏ、である。これらから一つ又は複数の導電性物質を用い、フィルム上にアンテナパターンを形成できるよう調整した。
【００４１】
本形成方法では、ＰＥＴフィルムにスクリーン印刷でアンテナパターンを形成した後、ＰＥＴフィルムを加熱して中塗り層１２ａの上に熱転写した。その後（１）スパッタリングによる形成方法と同様に、ベース層１３及びクリア層１４の塗装を行い塗膜を形成した。
【００４２】
転写フィルムを用いた形成方法では、既存の設備が使用できるのでアンテナパターン形成のコストを低減できる。また、予めフィルム上にアンテナパターンを形成しておけるので他のアンテナパターン形成方法よりも塗装工程の時間を短縮できる。さらに、アンテナパターン形成面が湾曲している場合でも容易に歪曲のないアンテナパターンが形成できる。
【００４３】
以上三つのアンテナパターン形成方法で、塗膜内にアンテナパターンが形成された車両塗装の塗膜が得られたが、アンテナパターンの形成方法は、上記三つの方法でなくともよい。例えば、予めアンテナパターンのマスクを制作しスプレー塗装など通常の塗装方法でアンテナパターンを形成する方法、スクリーン印刷により直接アンテナパターンを形成する方法が考えられる。スプレー塗装の場合には既存設備を利用し得る。スプレー塗装する場合には、アクリルメラミン系樹脂、エポキシ系樹脂、アクリルウレタン系樹脂（２液、Ｂ−ＮＣＯ１液のいずれでもよい）、などの樹脂に（２）インクジェット印刷又は（３）転写フィルムを用いた形成方法で用いた導電性物質を分散させる。
【００４４】
続いて、これら塗膜内にアンテナパターンが形成された車載アンテナを用い、塗膜内のアンテナエレメントの受信感度を検証した。検証に用いた受信感度検証装置の概略構成図を図４に示す。図４の受信感度検証装置は、電波を出入力しその分析を行うスペクトルアナライザ４１、試験用の電波が発信される発信アンテナ４３、本実施例で説明した塗膜構造を有する試作アンテナ４４、発信アンテナ４３と試作アンテナ４４を外部から電気的に遮断するシールドボックス４２、を有する。スペクトルアナライザ４１は既知の電波を出力し、発信アンテナ４３から当該電波を出力する。試作アンテナ４４は塗膜内に形成されたアンテナエレメントにより当該電波を受信しスペクトルアナライザ４１へ入力する。発信した電波の出力強度は１０ｍＷ、周波数は一例としてＦＭ放送で使用される７６〜１０８ＭＨｚの間を連続的に変化させた。
【００４５】
受信感度の検証は、図１（ａ）の中塗り層１２の上にアンテナパターンを形成した塗膜構造、図１（ｂ）の電着層１１の上にアンテナパターンを形成した塗膜構造、図２（ａ）の中塗り層１２ａの上にアンテナパターンを形成した塗膜構造及び図２（ｂ）の電着層１１ａの上にアンテナパターンを形成した塗膜構造、の４タイプの塗膜構造で行った。
【００４６】
受信感度を示す指標として、出力電流と入力電流の比を求め百分率で表わしたＧ値を用いる。したがってＧは次式で表される。
【００４７】
Ｇ＝（出力電流／入力電流）×１００
本実施例で得られた車両塗装の塗膜内のアンテナエレメントでは、全ての塗膜構造で８０％以上のＧ値があることが検証された。
【００４８】
本実施例によれば、車両外観上違和感のないアンテナエレメントの形成が可能となる。また、移動通信サービスが多様となっても、アンテナパターンを適宜設計することで対応可能であるのでアンテナの部品点数が低減でき、車両塗装の工程でアンテナパターンを形成できるので製造工程の低減も可能となる。したがって製造コストの抑制された車載アンテナを提供し得る。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、車載アンテナに利用できる。車両のルーフ、ボンネット、トランクリッド、ドア、フェンダーなど車載アンテナが形成される場所は問わない。また、車両以外では、住宅の屋根、携帯電話など、金属板上にアンテナパターンを形成する場合に利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例に係る車両塗装の塗膜の概略断面図である。
【図２】本発明の一実施例に係る車両塗装の塗膜の概略断面図である。
【図３】本発明の一実施例として種々の導電性物質をスパッタリングして得られたアンテナパターンの膜厚の例を示す図である。
【図４】本発明の一実施例に係るアンテナエレメントの受信感度を検証する受信感度検証装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５１】
１０    自動車外板
１１    電着又は密着用プライマー層
１１ａ  低誘電率な誘電体と混成した電着層又は密着用プライマー層
１２    中塗り層
１２ａ  低誘電率な誘電体と混成された中塗り層
１３    ベース層
１４    クリア層
１５    アンテナパターン
１６    誘電体層
４１    スペクトルアナライザ
４２    シールドボックス
４３    発信アンテナ
４４    試作アンテナ
【図１】
2005150966.tif 000003
【図２】
2005150966.tif 000004
【図３】
2005150966.tif 000005
【図４】
2005150966.tif 000006