(57)【要約】【課題】高性能かつ高信頼性で安価な立体コイル形状のアンテナを実現すること。【解決手段】誘電体材料からなるヘリカルコイル形状を有する芯材１１の表面の略全面に導体１２をコーティングすることでアンテナ１０を構成したことにより、コストを低く抑えるとともに高い寸法精度を実現する。【選択図】図４
2016066915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体材料からなる立体コイル形状を有する芯材の表面の略全面に導体をコーティングしてなる
ことを特徴とするアンテナ。
【請求項２】
前記立体コイル形状は、各ターンの直径が同一のコイル形状である
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項３】
前記立体コイル形状は、各ターンの直径が漸増または漸減するコイル形状である
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項４】
前記芯材の直径は、前記立体コイル形状の巻き始めから巻き終わりまでの間において同一である
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項５】
前記芯材の直径は、前記立体コイル形状の巻き始めから巻き終わりまでの間において漸増または漸減する
ことを特徴とする請求項１に記載のアンテナ。
【請求項６】
前記導体の厚みを使用搬送波周波数に対する表皮深さ以上に設定した
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のアンテナ。
【請求項７】
誘電体材料を用いて立体コイル形状を有する芯材を形成する工程と、
前記芯材の表面の略全面に導体をコーティングする工程とを含む
ことを特徴とするアンテナの製造方法。
【請求項８】
積層焼結造形方法により前記芯材を形成する
ことを特徴とする請求項７に記載のアンテナの製造方法。
【請求項９】
紫外線硬化方法により前記芯材を形成する
ことを特徴とする請求項７に記載のアンテナの製造方法。
【請求項１０】
真空蒸着により前記導体を形成する
ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のアンテナの製造方法。
【請求項１１】
スパッタリングにより前記導体を形成する
ことを特徴とする請求項７乃至９のいずれかに記載のアンテナの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアンテナ、特に立体コイル形状のアンテナ技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、立体コイル形状のアンテナ、例えばヘリカルアンテナを製作しようとする場合、スプリング（バネ）を量産するときと同様に、銅などの金属製の断面略円形の線材をヘリカルコイル形状に成形し、その後、その形状を保持するために高温で焼き入れを行うことにより製作していた。
【０００３】
図１は前述した従来のヘリカルアンテナの一例を示すもので、本ヘリカルアンテナ１は、1／100λ相当の高さ12.440ｍｍのヘリカルコイル形状に成形し、焼き入れしてなり、その中央部分においてタップ２を介して送信信号（送信電波）の給電源３に接続されている。
【０００４】
しかし、前述した従来のヘリカルアンテナ１では、焼き入れの際に線材に収縮が発生して設計通りの寸法が得られず、アンテナとしての特性が変化してしまう、つまりアンテナとして要求される寸法精度を実現することが困難という問題があった。
【０００５】
図２はヘリカルアンテナ１の高さＨが変化したときの放射効率の変化のようすを示すもので、高さＨが設計寸法12.440ｍｍに対して、−0.015ｍｍまたは＋0.025ｍｍ変化すると放射効率が許容範囲の９０％まで下がり、−0.030ｍｍまたは＋0.040ｍｍ変化すると放射効率が許容範囲を超える５６％まで下がることが分かる。
【０００６】
そこで、発明者は、複数の直線状の導体パターンが互いに平行でかつその一端および他端が別々の直線上に位置する如く設けられた２枚のプリント基板を、一方のプリント基板上の各導体パターンの一端および他端と他方のプリント基板上の隣接する各２本の導体パターンの一端および他端とをそれぞれ接続する複数の円柱状導体により、所定の間隔を隔てて平行に配置することで、全体として略ヘリカルコイル形状の導体を形成した積層基板アンテナを提案した（特許文献１参照）。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述した積層基板アンテナは、プリント基板上の導体パターンおよび円柱状導体の製作精度に応じた高い寸法精度を実現可能であり、高性能かつ高信頼性のアンテナを提供できるが、部品点数が多く、また、組み立て工数も多くなるため、コストが高いという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明では、前記課題を解決するため、誘電体材料からなる立体コイル形状を有する芯材の表面の略全面に導体をコーティングしてなるアンテナを提案する。
【０００９】
また、本発明では、前記課題を解決するため、誘電体材料を用いて立体コイル形状を有する芯材を形成する工程と、前記芯材の表面の略全面に導体をコーティングする工程とを含むアンテナの製造方法を提案する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、誘電体材料からなる芯材およびその表面の略全面にコーティングした導体のみから構成できるため、コストを低く抑えることができるとともに、焼き入れのような素材の収縮を伴う工程が不要であることから、高い寸法精度を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来のヘリカルアンテナの一例を示す模式図
【図２】アンテナの高さの変化に伴う放射効率の変化のようすを示す説明図
【図３】本発明のアンテナの実施の形態の一例を示す正面斜視図
【図４】本発明のアンテナの実施の形態の一例を示す断面斜視図
【図５】本発明のアンテナの製造方法の実施の形態の一例を示す説明図
【図６】自由空間および誘電体上における電波の波長の説明図
【図７】従来のアンテナの共振特性を示すスミスチャート
【図８】本発明のアンテナの共振特性を示すスミスチャート
【図９】本発明のアンテナの実施の形態の他の例を示す正面斜視図および断面図
【図１０】物理状態の検出・監視システムの概要を示す構成図
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図３、図４は本発明のアンテナの実施の形態の一例を示すもので、本発明のアンテナ１０は、誘電体材料からなる立体コイル形状、ここではヘリカルコイル形状を有する芯材１１の表面の略全面に導体１２をコーティングして構成されている。
【００１３】
ここで、芯材１１の誘電体材料としては、誘電率が高く、誘電正接が小さい材料が好ましく、具体的にはナイロン、テフロン（登録商標）等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂などを用いることができ、また、樹脂とガラスを組み合わせた複合材料を用いても良い。また、導体１２としては、銅、アルミニウム等の単体金属、ステンレス等の合金などを用いることができる。
【００１４】
図５は本発明のアンテナの製造方法の実施の形態の一例を示すもので、同図（ａ）に示すように誘電体材料を用いてヘリカルコイル形状を有する芯材１１を形成し、同図（ｂ）に示すように当該芯材１１の表面の略全面に導体２をコーティングすることで、アンテナ１０を製造することができる。
【００１５】
なお、導体１２の厚みを使用搬送波周波数に対する表皮深さ（搬送波周波数が３１５ＭＨｚで導体１２が銅の場合、３．７μｍ）以上に設定することで、使用する電波への影響を少なくすることができる。
【００１６】
この際、芯材１１の形成方法としては、近年、急速に普及し始めた３Ｄプリンタで用いられている方法、即ち合成樹脂を積層し、焼結させて成形する積層焼結造形方法や、噴射した紫外線硬化樹脂を紫外線で固めながら積層する紫外線硬化方法などを用いることができる。また、導体１２のコーティング方法としては、真空蒸着、スパッタリングなどを用いることができる。
【００１７】
前述した積層焼結造形方法は、あらゆる形状を成形可能であり、成形後の形状も安定しており、また、真空蒸着、スパッタリングなどにおいても、焼き入れのような素材の収縮を伴う高温での処理工程も不要であることから、高い寸法精度（具体的には、従来技術では±0.03ｍｍ、本発明では±0.005ｍｍ）を実現できる。
【００１８】
ここで、芯材１１を構成する誘電体の誘電率をεrel、自由空間での電波の波長をλとすると、誘電体上の電波の波長λgは、
λg＝λ／（εrel）1/2
と表すことができる。
【００１９】
一般的に合成樹脂の誘電率は２〜５であるから、図６に示すように、誘電体上の電波の波長は自由空間での電波の波長に比べて短くなる。従って、共振周波数が同じであれば、従来の金属のみによってアンテナを構成する場合と比べ、より小型化することができる。
【００２０】
同一サイズのヘリカルアンテナを従来技術および本発明で製作した場合の共振特性を図７および図８にそれぞれ示す。従来技術のアンテナは１ＧＨｚで共振し、本発明によるアンテナは８４５ＭＨｚで共振しており、同じ共振周波数のアンテナであれば、本発明による場合の方がサイズをより小型化できることが分かる。
【００２１】
なお、立体コイル形状としては、各ターンの直径が同一のヘリカルコイル形状の外、各ターンの直径が直線的に或いは任意の曲線に沿って漸増または漸減する、例えば渦巻き状の線材を垂直方向に引き延ばしたようなスパイラルコイル形状であっても良い。また、芯材の直径は、立体コイル形状の巻き始めから巻き終わりまでの間において同一であるものの外、巻き始めから巻き終わりまでの間において直線的に或いは任意の曲線に沿って漸増または漸減するものであっても良い。
【００２２】
前述したスパイラルコイル形状を有するアンテナ２０の正面斜視図を図９（ａ）に、その断面図を図９（ｂ）に示す。図中、２１は芯材、２２は導体であり、それぞれ前述した芯材１１、導体１２と同様な材料、方法によって形成可能である。
【００２３】
また、簡略化のため、図３〜５のアンテナ１０では３ターン分のみ、図９のアンテナ２０では４ターン分のみ示しているが、いずれも実際には図１と同様な、必要な数のターンで構成されているものとする。
【００２４】
図１０は自動車のタイヤや船舶と岸壁との間または船舶同士の間に介在させて船体や岸壁の損傷を防止する空気式の防舷材における空気圧を始めとする様々な物理状態を検出・監視するシステムの概要を示すもので、複数のタイヤや防舷材側にそれぞれ取り付けられる送信機１００−１，１００−２，……と、車体や港湾施設もしくは船体側に設置される受信機２００とからなっている。
【００２５】
送信機１００−１，１００−２，……は、センサ１０１、ＭＰＵ１０２、送信回路１０３、アンテナ１０４および図示しない電源回路（電池）を具備し、センサ１０１で検出したタイヤや防舷材の空気圧、温度等の情報をＭＰＵ１０２で所定のフォーマットのデータ信号内に納め、これを送信回路１０３で高周波信号に変換してアンテナ１０４より電波として送信する如くなっている。なお、各送信機は（予め記憶された）それぞれを識別するためのデータ信号中に含める情報を除き、基本的に同一構成を有する。
【００２６】
また、受信機２００は、アンテナ２０１、受信回路２０２、ＭＰＵ２０３、記憶回路２０４および表示回路２０５を具備し、アンテナ２０１において各送信機１００−１，１０
０−２，……からの電波を受信し、得られた高周波信号を受信回路２０２でデータ信号に変換し、これからＭＰＵ２０３でタイヤや防舷材の空気圧、温度等の情報を取り出し、記憶回路２０４に記憶し、または表示回路２０５に表示する如くなっている。
【００２７】
本発明のアンテナは、このようなシステムにおける各送信機および／または受信機のアンテナ１０４，２０１として用いることができ、当該送信機および／または受信機の小型化、低コスト化を実現できる。
【符号の説明】
【００２８】
１０，２０：アンテナ、１１，２１：芯材、１２，２２：導体。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２９】
【特許文献１】特開２０１１−５５２００号公報
【図１】
2016066915.tif 000003
【図２】
2016066915.tif 000004
【図３】
2016066915.tif 000005
【図４】
2016066915.tif 000006
【図５】
2016066915.tif 000007
【図６】
2016066915.tif 000008
【図７】
2016066915.tif 000009
【図８】
2016066915.tif 000010
【図９】
2016066915.tif 000011
【図１０】
2016066915.tif 000012