島田理化技報
創
<立
周年記念号

70

島田理化技報島田理化技報（2016）（2016）
No.25
No.25

SPC
SPCTechnicalTechnicalReport
Report
記念特集
記念特集

●●
社会に貢献する電子・通信機器
社会に貢献する電子・通信機器●●
省エネ,
省エネ,省力化で社会に貢献するIH新技術
省力化で社会に貢献するIH新技術>

記念特集●社会に貢献する電子・通信機器●省エネ・省力化で社会に貢献する

新技術

IH

創立70周年記念号
創立70周年記念号

■����

第二十五号
（二〇一六年）

島田理化技報
No.25

目

次

■巻頭言
創立７０周年を迎えて ………………………………………………………………………………………………………………… 1
齋藤 淳

■寄稿
無線通信用受信機技術 ………………………………………………………………………………………………………………… 2
金沢工業大学 工学部 電子情報通信工学科 教授
伊東 健治
スマートモビリティー社会の非接触給電技術 ……………………………………………………………………………………… 8
埼玉大学 理工学研究科 数理電子情報部門 教授
金子 裕良■70周年特集論文
社会に貢献する電子・通信機器 ………………………………………………………………………………………………………14
萩原 栄治
森 智之
浅利 哲
四分一 浩二省エネ，省力化で社会に貢献するＩＨ新技術 ………………………………………………………………………………………22
片岡

辰雄

田内

良男

高木

聖二

■特集論文
VSAT用デュアルバンドKa帯低雑音受信器 ………………………………………………………………………………………28
津野 二郎
笠原 庸司
森 智之
次世代自動車用走行中非接触給電システム向け高周波電源 ………………………………………………………………………32
高田 太郎
田内 良男
石間 勉

■製品紹介
2GHz帯Low Noise Amp ……………………………………………………………………………………………………………36
電力合成用切替器 ………………………………………………………………………………………………………………………37
IHハンディー式加熱装置 ………………………………………………………………………………………………………………38
薄板（鋼材，非磁性材）用誘導加熱装置 ……………………………………………………………………………………………39■特許紹介
導波管サーキュレータ
誘導加熱コイル

特許第5766838号

特許第5865857号……………………………………………………………………………………40……………………………………………………………………………………………41■特許登録紹介 ……………………………………………………………………………………………………………………42

■巻頭言
創立７０周年を迎えて代表取締役社長

齋藤
Jun

淳

SAITO

おかげさまで，島田理化工業は今年，12 月 8 日をもって，満 70 周年を迎えました。これも偏に当社製品をご愛顧頂いたお客様をはじめ，関係各社，協力会社の皆さまの賜物に他なりません。厚く御礼申し上げます。
昭和 21 年の 12 月に島田理化工業を創業し，戦後の日本の発展とともに，70 年間，通信・電子・産業機器分野で一貫して「WAVE」に総称されるマイクロ波・ミリ波，高周波誘導加熱技術を軸とした機器を作り続け，
通信インフラシステム，空港用レーダシステム，交通インフラ用通信システム，誘導加熱を利用した工場の生産設備等にご利用いただいております。これらの社会インフラシステムや工場で生産された物品は我々の生活に必要不可欠なものとなっており，活力ある豊かな社会の実現に微力ながら貢献することができたと考えております。
創立 70 周年の節目に当たり，これまでの事業を振り返り，今後，当社として取組むべき目標について述べたいと思います。
当社の歴史の中でも，日本の産業構造の変化に伴い，大きな節目がいくつかありました。この 10 年間でも，超音波洗浄事業からの撤退や昨年の移動体通信関連事業からの撤退等，年々加速している技術革新のスピー
ドとそれに伴う低価格化の進行に対して常に先を行く新製品の開発や，QCD の更なる強化が課題となっております。
規模を確保しつつ，経営の安定化を目指すには，当社の保有技術の中で「強い技術をより強く」，「強い技術を核とした新規事業分野の創出」を念頭にメリハリのある，技術開発が重要になっております。
ありがたいことに，ミリ波通信の応用分野，衛星通信・測位の応用分野，非接触給電の交通システムへの応用分野，産業 IH 機器の架橋・道路補修への応用分野等の新規事業分野で，当社のこれまでの実績を評価頂き，多くの参画の機会を得ています。
この技報では，今後の当社の新規事業分野の核となる技術の「無線通信用受信機技術」と「スマートモビ
リティー社会の非接触給電技術」について寄稿いただくとともに，70 周年記念特集論文として「社会に貢献する電子・通信機器」，「省エネ，省力化で社会に貢献する IH 新技術」と題してこれまで当社で開発した機器の紹介を行うとともに，新規事業分野の中から「VSAT

デュアルバンド Ka 帯低雑音受信器」と「次世代自動車用走行中非接触給電システム向け高周波電源」について紹介致します。
この 70 周年を一つの節目として心を引き締め，これまでの技術へのこだわりと品質への取り組みに加え，生産効率化による短納期化・低価格化を更に進め，お客様のニーズに的確に応えられる魅力的な会社を目指して取り組んで参ります。今後ともご愛顧賜りますよう宜しくお願い申し上げます。

1

島田理化技報No.25（2016）■寄稿

無線通信用受信機技術
工学部

金沢工業大学
電子情報通信工学科
教授

伊東 健治

Kenji ITOH

１．まえがき

表1

主要な受信性能と関係する無線回路の性能

携帯電話に代表される無線通信機器では，様々な機能が集積化され，絶え間ない高度化のもとにある。携帯電話では，第２世代での音声通話，無線インターネットに加え，第３世代以降での回線の高速化にともない，無線インターネットによるシームレスな PC 環境の実現ができている，このような携帯電話の高度化に対し，送受信機の集積化・小形化が大きく貢献している。送受信機の集積化にあたり，半導体の微細化は勿論のこと，無線回路技術，さらには送受信機のアーキテクチャの技術開発が大きく貢献している（1）。
将来のネット社会の高度化に向けて，様々な機器をインターネットに接続する IoT（Internet ofThings）の実現が進められている。携帯電話同様、送受信機を高性能，安価かつ小形に実現することが求められている。また衛星通信や地上通信など
様々な従来からの無線通信システムにおいても，小形化、低価格化は求められており，携帯電話で急速に進化した送受信機技術の適用が課題となっている。本稿ではこのような認識のもと，無線通信用受信機に焦点をあて，その基礎技術をまとめる。
２．無線通信用受信機への要求性能
2.1

受信機性能の規格と劣化要因

無線通信用受信機では，感度性能のほか，耐干渉性の定量評価を目的に，様々な受信性能が定義されている。以下，規格で定義される受信性能の概要について述べる。表 1 に主要な受信性能に関係する回路性能をまとめる。
受信感度は受信可能な希望波の最低レベルである。このとき受信感度点での所定の通信品質（アナログ FM 通信での SINAD や，ディジタル通信

2(DCR)はダイレクトコンバージョン受信機固有の劣化要因

での符号誤り率など）も規定される。受信感度は受信機の熱雑音と復調性能とから与えられる。高感度化のためには，雑音指数の改善，付加雑音の抑制，復調性能の劣化（位相雑音，線形 / 非線形
ひずみ，直交ミクサのベクトル誤差）の抑制が必要である。付加雑音には，送受信を同時に行うシステムでの送信波の干渉（雑音指数の劣化。ダイ
レクトコンバージョン受信機での送信波の包絡波成分のベースバンドへの干渉）などがある。
隣接チャネル選択度は，隣接チャネルに高レベ

無線通信用受信機技術

３．無線通信用受信機の構成

ルの干渉波を加えた時の受信品質の規定であり，
主に受信フィルタの減衰量に関係する評価項目であ る｡隣 接 チ ャ ネ ル 選 択 度 の 劣 化 要 因 と し て は，

3.1 基本構成（a）局部発振器の位相雑音による干渉波のスペク

図１に無線通信用受信機の代表的な構成例を示

トルの広がり，（b）３次ひずみによる干渉波のスす。同図（a）はスーパーヘテロダイン受信機，同ペクトルの広がり，（c）直交ミクサの２次ひずみ

図（b）はダイレクトコンバージョン受信機である。

による干渉波の包絡線成分のベースバンドへの干渉（ダ イ レ ク ト コ ン バ ー ジ ョ ン 受 信 機 の 場 合），

分波器 LNA RF-BPF ミクサ

IF-BPF周波数
シンセサイザ

局部
発振器

ミクサ

リミタ

（d）送信波に起因する混変調ひずみによる干渉波のスペクトルの広がり（W-CDMA 方式など送受信を同時に行うシステムの場合）がある｡
相互変調特性は隣接チャネルと次隣接チャネルとに高レベルの二信号の干渉波を加えた時の受信(a) スーパーヘテロダイン受信機(PDC端末)
分波器

LNA RF-BPF 直交ミクサ

品質の規定であり，主に受信機の 3 次相互変調ひ周波数
シンセサイザずみに関する評価項目である｡
ブロッキング特性は任意の周波数に高レベルの干渉波を加えた時の受信品質の規定であり，主に受信ミクサのスプリアス応答特性と受信機のフィ

受信フィルタ(BPF)

受信 AGC
フィルタ 増幅器(LPF)(b) ダイレクトコンバージョン受信機(W-CDMA端末)

図１

無線通信用受信機の代表的な構成例

ルタの減衰量に関する評価項目である｡
無 線 通 信 用 受 信 機 と し て は，1918 年 に2.2 システムによる要求性能の違い

Armstrong が完成させたスーパーヘテロダイン受

以上述べた受信機への要求性能は，システムに信機（2）が主流である。段階的に増幅・周波数変換・

よって大きく異なる。携帯電話などの陸上移動通ろ波を行うことで，感度特性と耐干渉特性の両立

信では，伝搬距離が短く，受信感度への要求は緩い。

が容易である。通信チャネルの選択は最後段の帯

一方，複数の基地局からの干渉は厳しい。そのため，

域通過フィルタで行う。

受信フロントエンドの非線形ひずみを強く抑制す

ゼロ IF 受信機，ホモダイン受信機とも呼ばれるる必要がある。一方、衛星通信では伝搬距離が極ダイレクトコンバージョン受信機は RF 信号をベー端に長く，受信感度への要求は厳しい。一方，特スバンドに直接周波数変換する構成の受信機であに静止軌道の衛星を用いた通信では，高アンテナる。通信チャネルの選択はベースバンドの低域通利得が必要とされるために，アンテナの覆域は限過フィルタで行う。このような直接周波数変換のられ，他システムからの干渉は低レベルである。

構成は，1920 年代から検討されている（3）。しかし

また中継器内の通信波の電力のばらつきは小さく，固有の感度劣化の問題により近年まで広く用いら

通信チャネル間の干渉も低レベルである。従い，れなかった，ダイレクトコンバージョン受信機は，受信フロントエンドの非線形ひずみへの要求は緩IF の受信フィルタが不要で，受信機の全半導体集い。

積化に適する。そのため半導体集積度の向上に伴

また多重方式によっても，受信機への要求性能

い，コンシュマー用受信機の小形化，経済化の観は異なる。符号分割多重方式（CDMA）では，受点で検討が進められてきた。1980 年代には比較的

信フロントエンドの非線形ひずみによる干渉波が実現が容易な FM 放送やページャの FM 受信機の復調器での逆拡散演算により抑制されるため，周ダイレクトコンバージョン化が行われた（4）。1990

波 数 分 割 多 重 方 式（FDMA）や 時 分 割 多 重 方 式

年代に入り第 2 世代携帯電話の普及とともに，携（TDMA）と比較し耐干渉性は向上する。

帯電話用ダイレクトコンバージョン受信機が検討

これらのシステムの違いによる要求性能の違い

され，GSM 端末で実用化がなされた（5）。2000 年を把握したうえで，次節で述べる最適な受信機構

代に入り N-CDMA 端末や W-CDMA 端末での実用成を選択する必要がある。

化がなされた（6）。このように受信機構成の進化は，通信方式や半導体技術の進展と協調した進化を遂

3

島田理化技報No.25（2016）

げている。とりわけ移動通信用ダイレクトコンバー

AD 変換器にはアナログ回路の非線形性，変換精

ジョン受信機は，半導体への受信回路の集積化を度に起因する広義の非線形性が存在し，入力信号行うことにより実現している側面がある。

に対する数 1000 次にも及ぶ高次の高調波が折り返

ダイレクトコンバージョン受信機の様々な問題

し雑音となり，ダイナミックレンジを制限する点（DC オフセット，1/f 雑音など）を避けるために考を留意しなければいけない。高速 AD 変換器を用案されたのが低 IF 受信機である。図２に低 IF

いディジタル信号処理で利得制御を行う受信機で受信機の基本構成を示す。中間周波数をベースバ

は，信号レベルの変動に AD 変換器のダイナミッ

ンド帯域に設定し，ダイレクトコンバージョン受

クレンジを大きく割り当てるため，AD 変換器の折信機固有の問題を避けるとともに，回路実装上はり返し雑音を劣化要因として考慮する必要がある。

（7）

ダイレクトコンバージョン受信機と同等の小形化を狙っている。このシステムでは，イメージ抑圧

4. ダイレクトコンバージョン受信機の実用化

形ミクサを用い，回路的にイメージ応答を抑制するが，その抑圧量は低い（20 ～ 40dB 程度）。その4.1

実用化する上での課題

ため隣接の通信チャネルに対する応答の抑制が強ダイレクトコンバージョン受信機は中間周波数

く求められない場合（通信チャネル配置をインターを用いない構成なので，小形化・集積化に適する

リーブしている移動通信や衛星通信）での適用に利点がある。しかしながら図３に示す干渉による限られる。またイメージ抑圧形ミクサの後段の IF

感度劣化の問題は深刻であり，実用化されてこな

周波数における機能は，通常，AD 変換後のディジかった。同図（a）は干渉の経路，（b）は LO 波のタル信号処理で実装される。

アンテナへの干渉により生じる LO 波の自己検波，（c）は外部からの近接２周波数の干渉波により生3.2

アナログ回路 / ディジタル信号処理の分担

じる IM2，（d）は分波器や筐体内からの漏洩によ

図１および図２に示した受信機のブロック図は，る送信波の包楽線検波である。このように干渉波

機能ブロック図であり，それぞれの機能がアナロ

はベースバンド帯域に変換され，微弱な受信波にグ回路あるいはディジタル信号処理で実装される対する妨害波となる。これらは直交ミクサの２次場合がある。近年の半導体の高速化により，AD 変の非線形性に起因するものである。また局部発振換の高速化・高分解能化が実現されるとともに，

波の自己検波により生じる直流成分（DC オフセッ

論理回路や DSP などのプロセッサの高速化により，ト）は受信信号より遥かに高レベルであり，伝送

ディジタル信号処理の分担領域は拡大する傾向に

符号に大きな誤差を与える。

ある。ディジタルフィルタでは容易に線形ひずみのない特性が実現できることから，とりわけ携帯

ANT

(b)

電話基地局や衛星通信地究局のように，高性能が要求される場合に用いられる。
分波器

LNA

L
O

LNA
(d)

(c)

BPF

分波器

直交
ミクサ
HPA

blocker

受信フィルタ
AGC増幅器(BPF)
ミクサ

受信フィルタ
(LPF)
ミクサ

2

受信
フィルタ AGC増幅器
(BPF)

RF

2

受信フィルタ
(LPF)

0

fb fa

BB
frf

0

RF
frf

LO

TX

RF
frf

(c)

IM2

(d)送信波の包絡線検波

図3ダイレクトコンバージョン受信機の感度劣化要因ミクサ

ミクサ
イメージ抑圧ミクサ

図２

4

局部
発振
回路

LO
noise

(b)LO波の自己検波
envelope
detection

IM2
BB

周波数
シンセサイザ

LO

fa-fb

2

selfdetectionBB0(a) 干渉の経路

LO

DC

直交ミクサ

このような問題に対し、（a）偶数次の非線形性

低 IF 受信機の基本構成を抑制した受信ミクサの開発、（b）ミクサ局部発

無線通信用受信機技術

振周波数と局部発振器の出力周波数を違える，（c）
受信機全体の集積化によるブロック間の結合の抑制，などの工夫が行われ，第三世代携帯電話では実用に供している。

図5
図６

図4

4.2

偶高調波ミクサの構成

X 帯受信機の
符号誤り率

全体のブロック図ダイレクトコンバータを適用した X 帯衛星通信用送受信機（8）方式携帯電話としては，初めて商用に供されたダ

ここでは筆者らが開発した X 帯衛星通信用送受イレクトコンバージョン受信機である。図 7 に全信機を示す。図 4 に全体のブロック図を示す。小体構成、図 8 に LTCC 受信フロントエンドモジュー

形化のために受信機のみならず送信機もダイレク

ル，図 9 にアナログベースバンド（ABB）-IC を示す。

トコンバージョン方式を用いている。ここでは，ミクサの偶数次の非線形性による特性劣化を抑制するために，偶高調波ミクサを用いている。図 5に偶高調波ミクサの構成を示す。半導体集積化さ

LTCC受信
フロント
エンド
モジュール

送受
分波器

れたアンチパラレルダイオードペアを用いること
により，偶数次の混合波はダイオードペアにより

アンテナ

I
Q

局部発振周波数：1GHz帯

ドペアを直列に接続し，高出力化している。局部

アイソレータ 高出力増幅器

図7

れ る 直 流 成 分 を HPF に よ り 抑 制 し て い る。

題はない。図 6 に X 帯受信機の符号誤り率を示す。

送信周波数： 1.9GHz帯

第 3 世代携帯電話用
ダイレクトコンバージョン受信機の全体構成
偶高調波
偶高調波ミクサ
直交ミクサ

DS-CDMA 方式の復調器と組み合わせ受信機を構成するため，受信信号の直流成分を抑制しても問

受信レベル
電圧
受信周波数：2.1GHz帯

ひずみによる特性劣化を抑制するためにダイオー

渉を避けることができる。まだミクサから出力さ

I出力
Q出力

LPF

周波数
シンセサイザ

高精度にキャンセルされる。また 3 次の相互変調

発振周波数は受信周波数の半分であり，直接の干ABB-IC

RF

90度電力
分配器
LNA

X 帯での折り返し試験結果は IF 帯での結果と同等

BRF

LNA

同相電力
分配器

BB(I)
局部
発振波

BRF
偶高調波ミクサBB (Q)(a) ブロック図

であり，ダイレクトコンバージョン化による劣化

SiGe受信ICは見られない。
4.3 第 3 世代携帯電話用ダイレクトコンバージョン
受信機（6）
ここでは筆者らが開発した第 3 世代携帯電話用
ダイレクトコンバージョン受信機を示す。W-CDMA(b) 外観（5mmｘ10mm）

図8LTCC 受信フロントエンドモジュール5

島田理化技報No.25（2016）

5. 半導体集積化

受信レベル
LOG

I出力

今まで述べてきた受信機の基本構成はアームス

外部R/C

トロングの時代から一世紀近く，大きくは変わっLPF
tuningQ出力ていない。真空管からトランジスタ，IC へと進化するなかで、半導体技術の適用により，より高性能，

LNA HPF LPF HPF DVGA HPF APF HPF(a) ブロック図

高機能，小形そして低価格な装置が実用化されてきた。前述のダイレクトコンバージョン受信機の携帯電話への応用にあたっても，半導体の進化が実用化のキーとなっている。すなわち，２次の非線形性による感度劣化を抑制するために，（a）レイアウトの対象性の良好な平衡形ミクサ（偶高調波ミクサを含む）を構成し，回路内で２次ひずみを抑制，(b) チップ写真

図9

アナログ・ベースバンド (ABB)-IC（b）集積化により回路の実装面積が波長に比べ非常に小さくなるため，回路ブロック間の結合・干渉が抑制，4.2 と同じく，偶高調波ミクサを用い偶数次の非（c）スロット毎に DC 出力を検出，キャンセル

線形性による特性劣化を抑制している。低雑音増する仕組みを実装（GSM のような TDMA

幅器（LNA）と偶高調波直交ミクサ用ダイオードの場合），など様々な工夫がされている。

する低温焼成多層誘電体（LTCC）基板を用いモジュール化している。
待ち受け時間を延伸するために LNA のバイアス電流を抑制し，大電力入力時に低ひずみ化のためBit error rate

を SiGe 受信 IC で１チップ化し，受動回路を構成

RMC:12.2kbps
Ior-DPCH_Ec:10.3dB

10-2

With the TX signalof 24 dBm

10-3
10-4

に電流を増やす機能を持つバイアス回路を接続し
ている

10-1

Without
the TX signal-124。偶高調波ミクサにおいては，局部発振（9）

電力依存性を抑制するために自己バイアス抵抗を設ける構成としている

図 10

-122
-120
Input RX signal power
DPCH_EC (dBm/3.84MHz)-118

送信波による感度劣化の様子

。

（10）

ABB-IC において，低雑音増幅器（LNA），受信フィ

RX：受信回路BPF：受信フィルタ
ｘｎ：逓倍ＰＬＬDRV：ドライバ増幅器
TX：送信回路
VGMIX：可変利得ミクサ
QMOD：直交変調器

ルタ（LPF および遅延等化用 APF），AGC 増幅器（DVGA）、DC オフセット電圧抑制用 HPF，受信レベル検出用対数増幅器（LOG）を集積化している（11）。W-CDMA 方式では，送信と受信を同時に行うため，受信機への送信波の漏洩がある。ダイ(a) RF-ICのチップ写真 (0.25mm SiGe

レクトコンバージョン受信機の場合，２次の非線

HPA

アイソレータ形性により，この送信波がベースバンドへ周波数

0.8GHz

変換され感度劣化要因となる。ここでは偶高調げ

1.5GHz

波ミクサを用いることにより、受信機として２次ひずみのインターセプトポイント（受信機入力端）
として 30dBm を得，感度劣化を抑制している。
図 10 に送信波による感度劣化の様子を示す。感度
規定点で 0.2dB 以下の劣化である。

増幅器

BB

1/4

可変利得
ミクサ

VCO
LF
0.8
GHz

BiCMOS，3.35mm角)

直交
変調器

SW

TCXO

FractionalPLL
逓倍
RSSI
PLL AGC 受信
IF
復調
増幅器 フィルタ
増幅器
器

1.5GHz SAW
LNA

(b)

ミクサ

IFBPF

ミクサ
SiGe

リミタ増幅器

BiCMOS

RF-IC

PDC端末用無線回路のブロック図

図 11

6

SAW

PDC 方式携帯電話の送受信機

無線通信用受信機技術

先端的な Si 半導体による携帯電話用回路の集積化への適用が視野に入ったのは 1990 年代後半のreceiver,”IEE Proceedings, vol.129, pt.F, no.1,
pp. 2-6（1982）。

0.25μm のプロセス以降である。不断の半導体プロ（5） J.Sevenhans, A.Vanwelsenaers, J.Wenin, and J.

セスの進化により，現在では 100GHz を超える周Baro,“An integrated Si bipolar RF transceiver

波数帯域まで，半導体集積化を行うことが「技術for a zero IF 900 MHz GSM digital radio

的には」可能となっている。しかしながら微細化

front-end of a hand portable phone,”の進展にともない，IC の開発も高コストとなってProceedings of the IEEE 1991 Custom

おり，集積化された無線回路が適用されているのIntegrated Circuits Conference, pp. 7.7/1-4

は携帯電話，WiFi，Bluetooth などに限られている。

（1991）。

ここでは開発例としてヘテロ接合により高性能（6） K. Itoh, T. Yamaguchi, T. Katsura, K. Sadahiro,

化された SiGe バイポーラトランジスタを用いた

T. Ikushima, R. Hayashi, F. Ishizu, E. Taniguchi,

0.25μmBiCMOS プロセスによる RF-IC を用いた

T. Nishino, M. Shimozawa, N. Suematsu, T.

PDC 方式携帯電話の無線部を示す。図 11 に RF-IC

Takagi, and O. Ishida,“Integrated evenを用いた PDC 方式携帯電話の送受信機を示す。デュ

harmonic type direct conversion receiver for

アルバンド化による送受信機の大形化を RF-IC に

W-CDMA mobile terminals,”2002 IEEE MTT-S

より抑制している。また受信機の小形化・低価格

International Microwave Symposium Digest, pp.

化のために第二中間周波数（450kHz）の帯域通過

9-12（2002）。

フィルタ（BPF）を IC 化している。IC 化による雑（7） J.Crols, and M.S.J.Steyaert,“A single-chip 900

音とひずみの問題を解消するために内部で利得制

MHz CMOS receiver front-end with a high

御を行っている。

performance low-IF topology,”IEEE Journal of
Solid-State Circuits, Vol.30, no.12, pp. 1483-1492
４．むすび（1995）。
（8） H.Ikematsu, K.Tajima, K.Kawakami, K.Itoh,

無線通信用受信機技術について，その要求性能，

Y . I s o t a , a n d O s a m i I s h i d a ,“ D i s t o r t i o n

基本構成について俯瞰的に述べるとともに，近年

characteristics of an even harmonic type directの大きな技術的課題であり成果であったダイレク

conversion receiver for CDMA satellite

トコンバージョン受信機を取り上げ，解説した。

communications,”IEICE Trans. Electron, vol.

さらに，受信機技術の進展の背後にある半導体集E82-C, no.5, pp.699-707（1999）。

積化についても述べた。紙面の関係上，限られた（9） E.Taniguchi, T.Ikushima, K.Itoh and内容になっているが，より詳しい内容は筆者らがN.Suematsu, ”A dual bias-feed circuit design

出版した文献（1）を参考にして頂きたい。

for SiGe HBT low-noise linear ampliﬁer,” IEEE
Trans. on MTT, vol. MTT-51, no.2, pp.414-421

参考文献（2003）。
（10） M.Shimozawa, T.Katsura, K.Maeda, E.Taniguchi,（1） 野島俊雄，山尾泰，高野健，伊東健治，楢橋祥一”，

T.Ikushima, N.Suematsu, K.Itoh, Y.Isota andモバイル通信の無線回路技術，”電子情報通信学

T.Takagi,“An even harmonic mixer using

会，（2007）。

self-biased anti-parallel diode pair,” I E I C E（2） E.H.Armstrong, "The superheterodyne-Its origin,development, and some recent improvements,"

Trans. Electron, vol. E86-C, no.8, pp.1464-1471（2003）。

Proc. IRE, vol. 12, pp. 549-552（1924）。

（11）M.Goldfarb, W.Palmer, T.Murphy, R.Clarke,（3） D.G.Tucker,“The history of the homodyne and

B.Gilbert, K.Itoh, T.Katsura, R.Hayashi,syuchrodyne,”Journal of the British Institution

H.Nagano,“Analog baseband IC for use inof Radio Engineers, vol.14, no.4, pp. 143-154

direct conversion W-CDMA receiver,”2000（1954）。

IEEE Radio Frequency Integrated Circuits（4） I.A.W.Vance,“Fully integrated radio paging

Symposium Digest, pp.79-82（2000）。

7島田理化技報No.25（2016）■寄稿

スマートモビリティー社会の非接触給電技術

埼玉大学
教授

金子 裕良
Yasuyoshi KANEKO

１．まえがき方に適用可能な給電装置について紹介する。また，小型化可能な特徴を生かした小型モビリティーへ

昨今，話題の燃料電池自動車や自動運転など，の活用事例についても紹介する。

環境に配慮しながら快適で賢い移動を実現するス
２．EV・PHV のための非接触給電システム

マートモビリティー社会のための技術開発が進められている。公共インフラからパーソナルモビリ
ティーまでの乗り物（移動体）の主体は「電動車両」

2.1 走行中非接触給電であり，バッテリーやこれに代わる発電装置を搭

平成 26 年 4 月に閣議決定された「エネルギー基載するスペース確保や，充電時間の短縮やインフ

本計画」では，エネルギー消費効率の高い PHV やラ整備など解決すべき課題は多い。非接触給電はEV 等の次世代自動車の新車販売に占める割合をケーブルやコネクタなど物理的な接続が不要な充2030 年までに最大で 70％とすることを目指してお電方法で，人の手で行う必要があった充電の手間り，充電器等のインフラ整備等を含めたアプローを無くすだけでなく，移動中を含めた任意の時間

チが必要である。現行 EV は一充電走行距離がに充電を行うことが可能な技術である。この技

100km 前後と短く，充電のための待機時間ロスは術を積極的に活用することにより，充電時間の短

大きな課題で，充電スタンドを増やしてもその付縮や移動距離の拡大だけでなくバッテリー積載量

近の交通渋滞を引き起こす原因になる。

（1）の低減にもつながる。本稿では，著者らの研究室

この解決方法として期待されているのが走行中

で長年にわたって研究開発してきた小型化可能で非接触給電システム（図１）であり，EU や韓国を

位置ずれに強い電気自動車（EV）やプラグイン・

はじめ国内外で技術開発が進められている。代表

ハイブリッド自動車（PHV）用非接触給電装置に的事例は韓国・KAIST の SMIFR，Bombardier 社

ついて解説すると共に，駐車中および走行中の双の PRIMOVE などで，主にバスなど大型車を対称
磁界
車載側コイル

地上側コイル(ループコイル)(a) ループコイル方式
コイル
車載側コイル
磁界
地上側コイルフェライト(d) 円形コイル方式(c) ソレノイド方式（アーチ形状磁界） （噴水形状磁界）(b) 飛び石方式

図１ 走行中非接触給電システム

8

スマートモビリティー社会の非接触給電技術として地上側にループコイルを埋設し専用の車載存在する。これら磁界分布が異なる方式は，コイ用コイルで受電する方式を採用している。

ルサイズ，ギャップ長（地上と車載トランス間のまた，埋設するループコイルの初期・メンテナ
ンスコストを減らす方式として，東京大学の堀氏

空隙距離），位置ずれ変化に伴う給電効率特性，漏洩電磁界強度などに関して一長一短ある。

らの研究グループなどでは円形コイル方式を，㈱円形コイル方式はコイルの中心から垂直に貫く

テクノバや埼玉大学ではソレノイド方式の H 型コ

磁界構造をしているため位置ずれに弱い。例えばアトランスを複数個地上側に埋設して飛び石式に

図４のように車載トランスを位置（a）から位置給電を行う方法（図２）を検討するなど，複数の（b）にずらした場合，車載コイルを貫く磁束は，給電方式（非接触部分のコイル形状と磁界分布）

地上コイルが発生する上下の異なる向き（内側とが存在している外側）の磁束の総和となる。このため，コイル径（2）。

の半分程度の位置ずれでコイルに磁束が貫かず給2.2 ソレノイド方式と円形コイル方式

電できなくなる。ソレノイド方式はコイルに並行

一方，駐車中の充電でもケーブルレス・プラグ

する磁界構造をしているため，y 方向の位置ずれにレスで給電可能な非接触給電方式の普通・倍速充

対しては磁束を鎖交させることができ，円形コイ

電クラスの実用化が間近であり，米国自動車技術

ル方式に比べてより大きな位置ずれでも給電する会（SAE）などでは 2016 年の合意に向けた国際標

ことができる（表１）（3）。

準化の議論が進められている。現在，停車中の自家用 EV 向け非接触給電の有力な方式は，周波数80kHz 帯（81 ～ 90kHz）を使用する磁界結合（電磁誘導）方式（図３）であるが，非接触部分の給電コイル形状には磁界分布が噴水形状となる円形

ﾓｰ ﾀ

インバータ

充電
回路

エンジン

コイル方式とアーチ形状となるソレノイド方式が

二次電池

給電
トランス
インバータ

図３ 非接触給電のシステム構成

車載トランス
y方向

位置(b)

位置(a)

フェライトコアx方向

地上トランス(a) ソレノイド方式

地上コイルが発生する磁束車載トランス位置(a)位置(b)地上トランス

地上コイルが発生する磁束(b) 円形コイル方式

図２ 飛び石方式走行中非接触給電（H 型コア）

図４ソレノイド方式と円形コイル方式の比較

9

島田理化技報No.25（2016）

表１ 同サイズにおける位置ずれ性能比較(a) ラダーH型コアトランス
効率[%]
94

92%

93
92

y

91

位置ずれ許容範囲

90
89
88

位置ずれ x

また，地上トランスから発生する磁束はコイル

(単位：
mm)

(b) 3kW給電時のトランス効率特性(ギャップ長：150㎜)

図５ ラダー H 型コアトランス

巻き幅（地上トランスの磁極間距離）に依存して高い位置まで一定の磁界強度を保つ。よって，同【車載側】Hcトランス

じギャップ長で同等の起磁力を得るためには，円形コイル方式のトランスサイズはソレノイド方式
に対して倍近く必要となるため，ソレノイド方式の方がトランスの小型化が可能となる。x 方向の位
置ずれに対しても，地上トランスの磁極フェライ
ト幅を拡張したり，H 型コアトランスをラダー状に接続（図５）することで位置ずれ時の効率を上げることが可能である（4）。
しかし，ソレノイド方式は位置ずれ特性が優れている分，漏洩電磁界強度は強く，オートパーキ
ングシステムとの併用を前提とした駐車中非接触【地上側】円形トランス（駐車中）

給電用途の標準化では，一般家庭での電磁界環境を考慮して，円形コイル方式の磁界分布をもつ車【車載側】Hcトランス

載トランスが採用されている。

磁束

2.3 磁束構造の共用化可能な走行中給電トランス
走行中給電，特にメンテナンスに有利な飛び石
方式には，地上側に敷設するトランスの間隔をなるべく広くするためにも，走行方向の位置ずれ特性に優れたソレノイド方式が最良である。このため，駐車時は円形コイル方式の磁界分布で，走行中はソレノイド方式の磁界分布で受電できる，両方式の共用化が可能な車載トランスの研究開発は重要となる。ニュージーランド・オークランド大
学の Covic 氏らの研究グループは，3 つの円形コイ
ルから成る車載トランス（DD-DDQ 方式）で共用【地上側】円形トランス（走行中）
図６ 磁束構造の共用化可能な Hc 型コアトランス

はコイルの直並列を切り換えるだけで両方式の磁化を実現している（5）。
これに対し，当研究室ではソレノイド方式の H

界分布に対応でき，かつ小型化が可能で位置ずれ型コアトランスの中央部に磁極を追加した Hc 型コに強い有利なソレノイド方式の特性も有している

アトランスを開発した（図６）

（図７）。

10

（6）

。このトランススマートモビリティー社会の非接触給電技術
100(Prim - Sec)
H-shaped - Hc core
Circular - Hc core
H-shaped - H-shaped
Circular - Circular
Hc core - Hc coreηTR [%]

95度である。収益性の改善には無人化が必須で，野外での漏電の危険性がなく，自動充電が可能な非接触充電技術は有効な手段である。
電動アシスト自転車など電動二輪車へ非接触給電システムを導入する際，車載トランスの小型軽9085

量化は必須で，また給電電力も 50W から数百 Wと EV に比べて小さいため，上述のソレノイド方
50

100

150
gap [mm]

200

用 50W 給電トランス（平板ソレノイド型，コの字型）(a) ギャップ長変動特性の性能を図８に示す。平板ソレノイド型は車体の100(Prim - Sec)
H-shaped - Hc core
Circular - Hc core
H-shaped - H-shaped
Circular - Circular
Hc core - Hc coreηTR [%]

95

式は有用である。当研究室で開発した電動二輪車

側面や底面に，コの字型は前面や車軸に取付けができ高効率給電が可能である。これらの成果は産学官で共同研究開発したコミュニティサイクル向
け電動アシスト自転車に発展し，平成 28 年 3 月に

90

はさいたま市の JR 武蔵浦和駅等に 20 台以上設置
し，使い勝手や管理上の問題を抽出するための社

85

0

100

位置ずれ x [mm ]

100

200

会実験を実施した（図９）。

(Prim - Sec)
H-shaped - Hc core
Circular - Hc core
H-shaped - H-shaped
Circular - Circular
Hc core - Hc coreηTR [%]

95

90

85

0

100

位置ずれ y [mm ]200(b) 位置ずれ変動特性（ギャップ長100㎜時）

図７ Hc 型コアトランスの給電効率３．小型モビリティーへの応用
EV や PHV の導入など自動車のエコ化が進む中，

図８ 小型モビリティー用非接触給電システム

都市部における交通渋滞の緩和を目指して，自転車など小型モビリティーを活用したパーソナルな
移動を推進する街づくりが進められている。日本のように起伏の多い地形を有しかつ高齢化が進む
社会において，電動アシスト自転車は免許が無くても利用することができる身近な小型モビリ
ティーで，近年急速に市場が拡大している。レン
タサイクルとしても電動アシスト自転車が活用されつつあるが，充電などのメンテナンスが必要で人手がかかり事業としての収益性は低く，自治体
等の公共サービスの一環として運用されている程図９ JR 武蔵浦和駅での社会実験

11島田理化技報No.25（2016）

４．むすび
本稿では駐車中，走行中に使用可能な EV，PHV
用の非接触給電トランスの性能を中心に解説し，電動二輪車用への応用例なども紹介した。人々の価値観が多様化し，パーソナルな移動がより多く求められるスマートモビリティー社会において，非接触給電技術は有効であり，今後も新たな乗り物や技術を生み出す可能性を秘めた技術であると言える。最後に今回の執筆の機会を与えて頂いた
島田理化工業㈱の皆様に深く感謝いたします。
参考文献（1） 阿部茂，“EV・PHEV 用非接触給電の技術動
向”，電学誌，Vol.133、No.1，pp.25-27（2013）。
（2） C. Kato et al,“Investigation of WirelessPower Transfer System with Spaced
Arranged Primary H-shaped Core Coils forMoving EVs,”IEEE IECON2015,
pp.5197-520, Nov. 2015。
（3） 千明将人他，“新コア構造による電気自動車用
非接触給電装置トランスの小型軽量化”，電学 半 導 体 電 力 変 換 研 資，SPC-11-48、
pp.139-144（2011）。
（4） 駒崎伸也他，“前後方向の大きな位置ずれを許容する電自動車用ハーフピッチ型ラダーコ
ア非接触給電システム”，電学半導体電力変
換研資，0SPC-14-15（2014）。
（5） G. A. Covic et al,“A Bipolar Primary Pad
Topology for EV Stationary Charging and
Highway Power by Inductive Coupling,”
IEEE ECCE 2011, pp.1832-1838, Sep. 2011。
（6）R. Shimizu et al,“A New Hc Core
Transmitter of a Contactless Power
Transfer System that is Compatible with
Circular Core Receivers and H-Shaped CoreR e c e i v e r s , ”E D P C 2 0 1 3 , N u r e m b e r g ,pp.369-375, Oct. 2013。

12スマートモビリティー社会の非接触給電技術

13

〈特集論文〉

社会に貢献する電子･通信機器

Electronic and Telecommunication Devices which contributes to Society
萩原
Eiji

栄治

HAGIHARA

森智之

Tomoyuki

MORI

浅利
Satoshi

哲
ASARI

四分一
Koji

浩二

SHIBUICHI

当社は創業以来半世紀以上の間，基幹事業としさせている。より高速に加速するためには，波長てマイクロ波・ミリ波帯関連製品の研究開発や製の短いマイクロ波を空洞共振器で共振させ，ここ品化に取り組んできた。特に，マイクロ波帯･ミリに発生する電位差を利用することで可能であり，波帯における，導波路･能動素子･受動素子に関すさまざまな粒子を加速させることが出来る。このる各種ノウハウを蓄積し，この分野の発展に貢献

技術は高エネルギー加速器研究機構（KEK）や大してきた。

型放射光施設（SPring-8）など研究機関の大型加速

近年においては，放射線装置用コンポーネント，

器としても利用されており，宇宙発生の起源誕生

無線通信機器，人工衛星搭載用コンポーネント，の解明や，物質科学・地球科学・生命科学・環境科学・

データ伝送機器などの事業化を図ってきた。本稿

産業利用などの様々な分野で優れた研究成果をあでは，近年、当社が事業化を進めてきた電子・通げている。KEK ではこの施設を使用した研究で信機器を紹介する。

［2］
2008 年にノーベル物理学賞を受賞している。
図1に当社サーキュレータが使用さている KEK-B 加速
１．エネルギー用機器器の構成図を示す。［1］エネルギー用機器は，マイクロ波の特長を活かし，マイクロ波電力をそのままエネルギー源として利用するものであり、物質の加熱や粒子の加速やプラズマ発生等，身近な分野から研究施設，医療など様々な分野で利用されている。以下に当社
におけるエネルギー応用の実績を紹介する。
1.1

マイクロ波による加熱

もっとも身近なマイクロ波加熱の例としては家
庭用電子レンジがある。水やゴム，木材などマイ
図１ KEK-B 加速器
出典：KEK 殿ホームページ

クロ波を吸収しやすい材料に対してマイクロ波を照射することにより，物質を選択的に効率よく加熱することが出来る。応用分野としては食料の加熱のほか，茶葉の乾燥，木材の乾燥，自動車用のタイヤの加硫，および医療用マイクロ波メスなど
幅広い分野で利用されている。

1.3

直線加速装置（リニアック）

前章で述べた加速した電子をタングステンなどの金属ターゲットに衝突させることにより，効率
よく X 線を発生することが出来る。当該 X 線は，

1.2

マイクロ波による粒子の加速

電子や陽子など粒子は，電界を与えることによ

空港での貨物用大型 X 線検査装置や食品などの滅菌装置などの分野で利用されている［3］。

り加速させることが出来る。身近な例では，蛍光当社では，約 20 年前よりこれらのシステムに使灯やブラウン管などがこの原理に近いが，これら用されるクライストロンドライバ用高出力 RF パ

は直流もしくは比較的低い周波数を利用して加速

ルス信号発生器（名称：RF ドライバ），ロータリー

14

社会に貢献する電子・通信機器

ジョイント，サーキュレータ等の生産を行っており，これまでに約 1,000 台以上を納入している。
以下では，その製品群の一端を紹介する。
1.4

高電力導波管コンポーネント

リニアックなどにおける給電系は高電力となるため，放電や発熱を防ぐために高い耐電力と低い

図3

TM モードロータリージョイント

挿入損失が求められる。これを満足させるために一般的に導波管コンポーネントが使用されること

当該ロータリージョイントは耐電力・低損失を実現するために高次モードである TM モードを採になる。
当社製品では，ピーク電力 25MW や，平均電力用している。挿入損失は 0.05dB 以下である［4］。

で 1MW に対応した製品の開発実績がある。これらの製品での設計でのポイントは，前述した発熱

1.5

クライストロン用 RF ドライバ

対策と放電対策であるが，なかでも放電は周波数，

ドライブ用高出力 RF パルス信号発生器（名称：パ ル ス 幅，繰 り 返 し 周 波 数，温 度，気 圧，湿 度，

RF ドライバ）は，マイクロ波のエネルギーを増幅

負荷 VSWR，ゴミや埃，形状，使用する材質などするクライストロンの基準信号を生成する装置でさまざまな要素に影響を受け，さらにそれらはおある。

互いに相関を有することもあり，これらを総合的に考慮して設計する必要がある。

リニアックに使用される加速管は無負荷 Q が非常に高いため，電子を効率よく加速できる周波数

図 2 に当社製，リニアック用 3 ポートサーキュ

帯域は非常に狭くなる。このため RF ドライバにレータを示す。当該製品は６MW，6kW の耐力を持は高い周波数安定度が求められる。当社 RF ドラ

つ。これは使用される加速管の特性を考慮して，イバでは，これを実現するために高安定な PLO を負荷が全位相で完全反射となる場合を想定したも採用している。また電力を安定とするために，高のである。なお挿入損失は 0.08dB 程度である。

電力で RF 信号を減衰させることが可能な当社製
可変型減衰器ならびに ALC 回路を採用している。
図 4 に RF ドライバの外観を，表 1 に RF ドライ
バの諸元を示す［5］。

図4

表１
図2

S バンド

3 ポートサーキュレータ

また，リニアックにはターゲットに集中的に放射線を当てるため，首振り機構が必要となる場合がある。このためには回転機構を持ちながら低損失で安定的にマイクロ波電力を伝送させる必要があり，これを実現するために導波管型ロータリー
ジョイントが使用されている。
図 3 に当社製ロータリージョイントを示す。

RF ドライバ

RF ドライバ諸元表

項目

仕様

出力電力

240W以上（5～240Wまで可変）

出力周波数

2,856MHz

周波数温度安定度 ±5kHz（+10～+50℃）
RF出力パルス幅

2～12μsec

出力パルス繰返し 90～420pps
レベルジッタ

0.25％以下

周囲温度+10～+50℃

15

島田理化技報No.25（2016）

通常，調整機構を持たない導波管の反射特性を

２．衛星搭載用コンポーネント

良くすることは困難であるが，当社では独自の工衛星通信は，世界的なコミュニケーションネッ

法を用いることにより低歪で且つ優れた反射特性

トワークの構築に伴い，地上環境の制約に捕らわを持つ導波管を実現している。また衛星通信ではれない通信・放送ネットワークとして，世界的に地上と衛星間の距離が長いことから微弱な信号を需要が増加している。また，震災や異常気象によ扱うことになる。そのため従来では問題とならなる災害時においても，地上の影響を受けにくいた

かった低いレベルのパッシブ IM（PIM）の対策もめ注目を集めている。ネットワークで扱うデー

近年注目されてきており，当社でも PIM 対策導波

タ量は年々増大しており，衛星通信で扱われる周管に対応している。これまで当社製の衛星搭載導波数帯は C，Ku 帯から Ka 帯へ変わりつつあり

波管は，約 10,000 本の納入実績がある。

［6］

，

［7］

当社では，より高周波帯での衛星搭載用コンポー

導波管と同様小型軽量化が求められるコンポー

ネントを開発することでこれらの需要に応えてきネントにアイソレータ，サーキュレータがある。通た。

信システム内で伝送される信号の方向は決まってお人工衛星は多数のコンポーネントから構成されり，逆流はシステムの不調あるいは破損を招く恐れており，当社ではコンポーネント同士を接続するがある。そういった意図しない信号の流れを排除す

導波管や，信号に方向性を持たせるアイソレータ，

るためにアイソレータが用いられる（図 6）。

サーキュレータ等を取り扱っている。人工衛星に搭載されるコンポーネントは地上機器に比べてより一層の小型化が要求され，なかでも衛星を打ち上げる際の負担と費用を減らすため，１基あたり数千本を使用される導波管は軽量化が強く求められる。
人工衛星内では発信器からアンテナまで信号を伝達するために，同軸ケーブルと比較して格段に伝送損失が少ない導波管が多く用いられる。通信
衛星は 1 つの衛星に使用される導波管の数が多く経路も長いため，伝送損失を少なくするため機器

図6

アイソレータの信号の流れ

間は最短の経路で接続することが望ましく，導波管も様々な形状のものが必要となる。主な形状は軽量，小型化のためサーキュレータ，アイソレー

図 5 に示すように直線，ベンド，ツイストなどがタは図 7 に示すようにマイクロ波集積回路（MIC）ある。素材はアルミニウムを採用しており従来のにて構成されており，基板への取り付けも容易な

半分の肉厚とすることで軽量化を実現している。

構造となっている。

また低損失とするために電気抵抗値が小さい銀を表面にメッキすることで従来より 30% 以上の伝送効率改善を実現している。
①

②

③
④
⑤
①H ベント導波管②E ベント導波管③E コーナー導波管④ツイスト導波管⑤直線導波管図 5 衛星搭載用薄肉導波管16図7MIC アイソレータ※当社 HP より

社会に貢献する電子・通信機器

３．無線通信機器
3.１

衛星通信用低雑音受信機（LNB）

衛星通信の小型地上局は，送受信フロントエン
ドモジュールとアンテナで構成された屋外装置（ODU）および変復調器とネットワーク接続機能を具 備 し た 屋 内 装 置（IDU）で 構 成 さ れ，VSAT（Very Small Aperture Terminal）の呼称で広く知られている。

図 10

X 帯低雑音ブロックダウンコンバータ

当 社 は 2007 年 に Ka 帯 低 雑 音 Low Noise
Blockdown Converter（LNB）を開発した（図 8）。

現在、
Ka dual band LNB を開発中であり（図 11），主要性能として変換利得 60dB，雑音指数 1.7dB，

これにより商用衛星通信サービスである Global

局発部の位相雑音－78dBc/Hz（1kHz オフセット）

Xpress（Inmarsat 社による商用高速移動衛星通信を達成した。

サービス）のネットワークをカバーすることが可能
となる。

図8

Ka 帯低雑音ブロックダウンコンバータ

2008 年には，C 帯 LNB を製品化した（図 9）。

図 11

Ka 帯低雑音ブロックダウンコンバータ

現在も年間数万台規模で生産し，世界中の通信ネッ
トワークに使用されている。

３.２

準天頂衛星関連機器

GPS などの衛星測位システムは，スマートフォンやカーナビでも活用され，私たちの生活になくてはならないものになっている。日本のほぼ真上（準天頂）に長時間留まるよう工夫された準天頂衛星初号機「みちびき」を利用することで，山間部や高層ビル街のように GPS 信号が届きにくい，見通しの悪い場所でも測位ができるようになるだけ
でなく，補強信号を利用することで測位精度を数
cm まで高めることができる。2010 年に打ち上げられた「みちびき」を含め，2018 年度には 4 機体
制でのサービスを，将来的には 7 機体制でのサー
図9

C 帯低雑音ブロックダウンコンバータ

ビスを目指して開発が進められている。
当社は，2014 年より「みちびき」に対応した受2013 年には，アイソレータのドロップイン化に信機の開発を進め，2015 年に試作機を開発した。

より小型・軽量化を図った X 帯 LNB を製品化した

今後は，商用化に向けた開発を進め，測位精度の（図 10）。X 帯の衛星通信は政府系のネットワーク

高まった社会の実現に少しでも役立つよう一層技用が大半を占める。

術開発に取り組む。

17

島田理化技報No.25（2016）

４．準ミリ波 / ミリ波帯データ伝送機器
スマート社会の進展には，多様な場面でより高速に広範な情報共有を実現できるネットワークが

|

|

LAN

必要となる。通信技術の観点からは，①高速化，②モバイル化，③小型･軽量･低消費電力化が趨勢となっている。これら 3 要素は相互に関連しつつ発展するが，高速化は，大容量で精細な画像による可視化情報の利用や，高速移動に対応する瞬時の情報交換を可能とするための社会要請でもある。
一方、限られた周波数資源での広帯域な信号の扱いには限界があるので，ユーザがどこでも使えることを前提とする新しい周波数領域への利用が

20

30

40

進んでいる。モバイル化と小型･軽量･低消費電力化も併行して発展し , 生活に密着した場所での利便

50 60 70 80100 300
[GHz]
ミリ波帯

性の向上や，人を介さないデータ交換などによる

図 12

省力化の実現，迅速なデータ収集･判断情報の提供

ミリ波帯の利用状況 ［10］などのために重要な要素である。これらの 3 要素を実現するためには，多様な場面で有効な高速ワ
イヤレス通信基盤が求められてきた。
このような社会の要望に対して当社は，およそ半世紀前からミリ波帯立体回路の研究開発や製品化に関わっており，近年においてはミリ波帯の無線伝送装置やフロントエンドモジュールなどで事業化を行ってきた［8］。
以下では，その製品群の一端を紹介する。
4.1

図 13

準ミリ波通信用フロントエンドモジュール

23GHz 帯フロントエンドモジュール

概ね 30 ～ 300GHz 帯の電波はミリ波と呼ばれている。20GHz 付近の準ミリ波帯を含めて，300GHz

4.2

ミリ波帯通信用フロントエンドモジュール付近までのミリ波帯の使用状況は図 12 に示すとお50 ～ 60GHz 帯は，当社が得意とする分野で，フりで，各種電気通信事業，放送用中継通信，衛星

ロントエンドモジュールから変復調機能と LAN イ

通 信，簡 易 無 線，各 種 レ ー ダ･セ ン サ，高 速 無 線

ンタフェース機能を有した 50GHz 帯の簡易無線のLAN，天文観測などの用途とされている。

データ伝送装置を開発した。変調方式は QPSK 方2005 年に，高速無線 LAN 用にフロントエンド

式とし，20Mbps の無線伝送速度を有した。また，モジュールを開発した（図 13）。屋内および屋外に50GHz 帯は降雨減衰による伝播損失が課題であり，て使用する 23GHz 帯 FDD（周波数分割複信）方対策の一つとして強力な誤り訂正方式を具備する

式のデータ伝送用小電力無線機器に内蔵される送ことを特長とした。降雨量は 40mm/hour を目安と

受 信 周 波 数 コ ン バ ー タ 機 能 を 有 し，送 信 部 PAし，有効伝送距離 2.5km とした［11］。

（Power Ampliﬁer） は，ベアチップ部品をパッケー

一方，60GHz 帯は 2004 年に 60GHz 帯フロント

ジ化し、高密度実装することにより小型化，低コエンドモジュールを開発した。事業者向けの周波スト化を図った。変調方式は QPSK，16QAM，数を用い，送信モジュール（図 14）は 15GHz 帯

64QAM に対応可能としたの IF 信号を 4 逓倍して 60GHz 帯を出力する。受［9］。

信モジュール（図 15）は 60GHz 帯の RF 信号を周波数変換して 2GHz 帯の IF 信号を出力する方式と18

社会に貢献する電子・通信機器した。送信モジュールは周波数変換利得 7dB を有60GHz 帯周波数変換装置は，60GHz 帯ミリ波通し 10mW を出力しつつ，2.5W 以下という低消費信標準規格準拠の物理層評価に用い，周波数変換電力を実現した。これらのフロントエンドモジューにおける超広帯域高精度伝送品質の最適化，アッルは，社会インフラ設備の一翼を担う製品としてプコンバータ／ダウンコンバータの超広帯域で高現在も維持設計をしつつ量産している製品である。

精度な伝送品質の実現に向けた主要性能（EVM 特性等）向上への評価と課題抽出を実施した。信号は，IEEE 802.15.3c/11ad で規定するシングルキャリア
モード MCS クラス１の変調方式π/2-BPSK，伝送速度 1.76Gbps である。IF 周波数は 3.28GHz，信号
帯域幅は 2.2GHz という超広帯域信号をダブルコン
バージョン方式で IF 信号と RF 信号を行き来できる。これによって汎用測定器を用いたミリ波信号の解析を可能とした［12］。

図 1460GHz 送信モジュール

図 16 60GHz 帯周波数変換装置（図はアップコンバータ）

図 15

５．謝辞

60GHz 受信モジュール

また，60GHz 帯ミリ波通信は，ユーザが許可無

創立 70 周年を迎え，電子･通信分野の製品を振く使用でき，複数局同時運用環境に有利な短距離･

り返ってみた。当社の製品群はシステム，装置を大容量通信用として位置づけられており，スマー

構成する部品ではあるが，現在の社会インフラ実

ト社会の進展の中で，より身近な存在として大い現には欠くことのできない重要な製品であることに期待されている。

を再認識した。

2012 年に IEEE 802.11ad と IEEE 802.15.3c のタ

今後も更に性能，価格，品質面で顧客満足度のス ク グ ル ー プ に よ っ て，802.15.3c の 60GHz 帯

高い製品を提供し社会に貢献できることを心がけ

WPAN 機能をモデル仕様として，既存マイクロ波

たい。製品開発に当たりご支援，ご協力いただい

帯 WLAN に機能付加され，802.11ad の標準化が終た関係各位に感謝いたします。

了した。さらに，2013 年 1 月には Wi-Fi Alliance６．参考文献と Wi-Gig Alliance の業界団体の統合も実現した。
当社では，60GHz 帯関連産業の製造体制の構築を支援できる測定機器の中核となるコンバータ技術の開発を進めた。60GHz 帯ミリ波製品の本格的な普及には，単なるデバイス技術の向上だけでな［1］ 堺井義秀 ,“宇宙の反物質消滅の謎”,

ネルギー加速器研究機構

高エ

公開講座 , 2011［2］ 甲斐 規郎，浅利 哲，杉山 裕通，渡邊 翼，

く，60GHz 帯特有の設計技術，評価技術の両方の“1GHz 帯大電力移相器型 4 ポートサーキュ技術が必要であることから，当社のこれまでのミ

レ ー タ ー の 開 発”，島 田 理 化 技 報

リ波機器開発の経験を踏まえて 2012 年に 60GHz

pp13-18, 2008

帯周波数変換装置を開発した（図 16）。

［3］ 甲斐

No.20,

規郎，“加速器用 UHF 帯ウォーターロー

19島田理化技報No.25（2016）ド”，島田理化技報［4］ 森

智之 , 細田No.17,

筆者紹介

pp30-35

裕一 , 島貫昌喜 , 伊藤久

人 ,“当社のマイクロ波ロータリージョイント”，島田理化技報［5］ 中村亮 , 永月No.17,

pp40-41

巧 , 鈴木君尚 , 大竹正仁 ,“240W RF ド ラ イ バ ー”，島 田 理 化 技 報

生産本部
技術部

萩原 栄治

No.18, pp44-49, 2006
［6］ 総務省 ,“移動衛星通信システムの現状等”,
www.soumu.go.jp/main_content/000432704.p
df，2016．
［7］ 総 務 省 ,“IoT/5G 時 代 の 衛 星 通 信 技 術”,
www.soumu.go.jp/main_content/000432706.p

生産本部
技術部

森

智之

df，2016．
［8］ 河村淳“60GHz 帯高速無線伝送技術の役割と弊社の取組み，“島田理化技報［9］ 黒澤

No.23, pp38-41, 2014

肇，“FWA 用 25GHz 帯 RF フロントエ

ン ド モ ジ ュ ー ル”，島 田 理 化 技 報，No17，

生産本部
技術部

浅利

哲

p.9，2006［10］ブロードバンドワイヤレスフォーラム未来構築ワイヤレス特別部会取りまとめ資料，ブロードバンドワイヤレスフォーラム、2012.3［11］四分一浩二，鈴木哲也，田中稔博，森智之，“50GHz 広帯域ディジタル無線伝送装置”，島田理化技報，No16，p.32，2005［12］日下 洋，太田
四分一

貴之，濱野

20

秀規，

浩二 “60GHz 帯無線通信用周波数

変 換 装 置，“島 田 理 化 技 報
2014

聡，鈴江

No.23, pp43-52,

生産本部
電子
システム部

四分一 浩二社会に貢献する電子・通信機器

21

〈特集論文〉

省エネ，省力化で社会に貢献するIH新技術

The IH new Technology which contributes to Society by Energy Conservationand Labor-saving
片岡Tatsuo

辰雄

田内

良男

高木

聖二

KATAOKA

Yoshio

TANAI

Seiji

TAKAGI

今年は，当社創立 70 周年にあたり，高周波誘導性材薄板の均一加熱，塗装乾燥，塗装剥がし，シ加熱事業に関連する最近の技術・装置について紹

リコン溶解，エピタキシャル成長装置など，また，介する。

電気炉やガス炉と IH を組み合わせたハイブリッド
炉方式（炉から IH）や，超高温加熱用途などにも
１．まえがき積極的に取り組んでいる。

［1］２．金属薄板の高速・均一加熱技術

当社の産業用誘導加熱（IH：Induction Heating）
ビジネスは，1946 年の創業以来 70 年の歴史をもち，出力で数 kW から MW クラス，周波数で数百 Hz

金属薄板の加熱には温度の均一性が求められる。

から 2MHz の幅広い周波数帯の電源を取り揃え，当社は，加熱コイル形状の最適化により，金属薄応用分野として図１に示す通り，焼入れ，焼戻し，

板の温度の均一性を向上させたことで，従来の炉ろう付け，はんだ付け，予熱，乾燥，シール，焼嵌，から IH への置き換えを提案してきた。しかし，近焼鈍，溶解，蒸着，鍛造など，幅広い用途に使用され，

年，IH と炉を併用したハイブリッド加熱方式［2］の国内はもとより，東南アジア，東アジアを中心に採用が急増している。
ハイブリッド加熱方式では IH 装置の後段に炉を

広く海外へも製品展開されている。
IH の特長である短時間加熱の特性を活用し，省配置する。そのイメージを図 2 に表す。

エネ・低炭素社会の実現に向けて，非磁性材・磁図１22IH 応用分野

省エネ、省力化で社会に貢献するIH新技術

用されている。
ろう付を行う場合，加熱コイルに 2,000Ａ以上の電流を流す必要があるため，高周波電源の出力電流を十数倍程度に大きくする CT が必要となる。
固定型 CT は，重量に制約がなく大容量までの拡張が可能であるため，通常は汎用 CT が使用される。
人が CT を手持ち作業する場合や，ロボットや自動機による移動式加熱の場合に，小型で一体型にして利便性を良くしたハンディー CT（用語）を製
図22.1品化した。図 3 にハンディー式 IH ろう付装置の構

ハイブリッド加熱

成を，図 4 に加熱の様子を示す。

省スペース化前段の IH 装置で急速加熱することにより，炉の★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

スペースが大幅に縮小され，IH 装置を含めた全体（用語説明）ハンディー CTの大きさも従来の炉のみの場合と比較して格段の高周波誘導加熱装置は，高周波電源と変流器，加熱

省スペース化が可能となる。

コイルで構成されるが，IH ろう付装置などを小型化して可搬性を持たせた変流器を指す通称である。

2.2

省エネルギー化★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★★

省エネルギーの観点から表 1 にガス炉と IH のコ
スト比較例を示す。炉はその規模によるが，稼動

ハンディーCT

加熱コイルの数時間前から予熱を開始することや炉温維持のため生産に関わらず 24 時間稼動させる必要があり，大きなエネルギーを消費する。IH は加熱時のみ通電すれば良いため，炉のみの場合と比較して省エ
ネルギー化が可能となる。
2.3

高周波電源

可動式フィーダ

図3

ハンディー式 IH ろう付装置

図4

ハンディー CT による加熱

温度均一性向上「省スペース」，「省エネルギー」，「急速加熱」の特長を持つ IH 装置の後段に炉を配置させることで，被加熱物の均熱と温度保持が可能となる。
３．ハンディー式 IH ろう付装置［3］IH ろう付装置は、高周波電源と変流器（CT：Current Transformer），および加熱コイルから構成され，ガス加熱に替わる方式として多方面で使表1

ガス炉と IH の運転コスト比較表
ガス炉

IH システム（効率65 ％時）

メリット

運転エネルギー

209kW

97kW

54 ％削減年間エネルギー使用量

42,829kg

241,500kWh－

LPG 料金（注1）

電気料金（注2）－

4,583 千円／年間

2,898 千円／年間

37 ％削減

20m以上

3m以下

85 ％削減運転費用
昇温エリア スペース
注 1）LPG 料金は 107 円 /kg とした。

注 2）電気料金は 12 円 /kWh とした。

23

島田理化技報No.25（2016）（a）ハンディー CT

図5

双頭型ろう付装置

図 5 に双頭型ハンディー式 IH ろう付装置を示す。

（b）10KW 電源

図6（c）30KW 電源

小型ろう付用電源とハンディー CT

本装置は２台の 30kW 電源を内蔵し，２台のハンディーＣＴを同時に使用することができ，離れた場所で同時作業が可能である。（高周波フィーダ長は６ｍ，長さは変更可能）。
高 周 波 電 源 は，当 社 の 小 型 電 源Ｄシ リ ー ズ（D-30）２台で構成され，従来型の 30kW 電源 ×２台と比較して小型軽量化されている。非常用スイッ
チや警報ブザー，離れた位置から運転 / 停止を一目で確認できるシグナルタワーを搭載し，安全面にも配慮している。
また，加熱処理のトレーサビリティー（作業履歴）を管理する目的で，各種モニタ機能，上位データ
ベースとの通信機能を有している。作業者情報はバーコードで読込まれ，作業の工程開始 / 終了，
出力調整，アラーム及び各種モニタをすべてタッチパネル上で確認できる仕様となっている。
現在は，ハンディー CT 電源の小型化を図り，ろう付だけでなく、幅広い用途で使用されている。

図740kW ローター焼嵌装置（HSF-SFTE40N）

図 6 に 10kW，30kW 電源を示す。
４．内コイル式ローター焼嵌装置
コンプレッサーなどのモーターに使用する，ローター焼嵌用の高周波加熱装置を図 7 に示す。DC ロー
ターはローター内部にフェライトが有るため，外コイルによる加熱だけでは内部への熱伝導が悪く，中心までの加熱が困難であった。当社では，シャフト
穴側から加熱する内コイルを開発・製品化（特許取得済み：第 3621685 号）した。外加熱，内加熱を併用して，内外から同時に加熱を行うことにより，
ロー
ター内部の熱応力を抑えることが可能になった。図8 にローター焼嵌用の内外コイルを示す。

24

図8

内外コイル

省エネ、省力化で社会に貢献するIH新技術

表2
対象加熱物

装置性能

装置仕様

鋼線

外径

φ１～１０ｍｍ

加熱コイル

形状

鋼線に合わせて決定

出力

３０～２００ｋW

周波数

２０～２００ｋHz

型名

SBT-EH，SFT-E，SFT

電源

装置本体

工程仕様に合わせてご提案

５．高周波鋼線加熱装置
図9

高周波鋼線加熱装置

高周波鋼線加熱装置の仕様を表 2 に，外観図を
図 9 に示す。本装置は，磁性・非磁性材など各種
金属線の連続熱処理に対応可能であり，省スペー
ス，省エネルギーの面から従来のガス炉や電気炉に替わる方式として使用されている。
本装置の特長，および用途例を以下に示す。
■特長①ガス炉や電気炉からの置換えが可能②IH により省スペース，クリーン，安全③高周波電源には小型インバータ式を採用④線径や速度に対応した制御が可能⑤ 磁 性 線 や 比 較 的 太 い 線 材 は，20kHz か ら

特許取得済み（第 4862205 号）( 中外炉工業株式会社殿との共同出願 )30kHz の SBT－EH シリーズで対応⑥ 非磁性線は 100kHz 以上の SFT シリーズで対応

図 10⑦ 鋼線，磁性 SUS 線，非磁性 SUS 線，アルミ線，銅線，他各種金属線に対応■特MV 型薄板加熱装置のコイル構造

長①磁性・非磁性薄板の均一加熱が可能■用途例②コイル部をスライド調節させることにより，幅① 各種金属線の焼鈍，塗装乾燥が変わっても均一加熱が可能② 各種金属管の焼鈍，塗装乾燥③炭素繊維（CF）シートの均一加熱が可能④マッフルを使って高温，還元ガス中での加熱

６．薄板均一加熱用 MV 型コイル

［4］

が可能
⑤軽量，薄型のコンパクトな加熱装置を実現

非磁性薄板の均一加熱は，従来，不可能であったが，図 10 に示すコイル構造にすることで，連続■用途例搬送する薄板に対して，板幅が変わっても均一加①非磁性薄板の焼鈍

熱できる誘導加熱装置（図 11）を中外炉工業株式②非磁性薄板の塗装乾燥

会社殿との共同開発により実現した。

③非磁性薄板の触媒乾燥

本装置の特長，および用途例を以下に示す。

④非磁性薄板のラミネート予熱⑤従来炉の入口側予熱による処理速度アップ⑥炭素繊維（CF）シートの加熱処理

25

島田理化技報No.25（2016）

表3

［kW］

高周波電源の主要仕様

［kHz］

［kVA］
7

W

H D［mm］ ［kg］
50

SFT-ES55

SFT-ES10

10

SBT-ES20

20

24

250

SBT-ES30

30

36

250

SBT-ES40

40

48

270

SBT-ES50

50

SBT-ES50

50

SBT-ES75

75

SBT-ES100

100

20 4003 200 220V

14

3 200 220V
3

30

60

3 400 440V

480 1100 400

750 1450 650

270

60

280

90

280

120

300

図 12
図 11

50

100kW 高周波電源

MV 型薄板加熱装置（加熱コイル部）■特
７．誘導加熱用高周波電源［5］［6］長①5/10kW の小型化，軽量化（従来機種容積比：84％）

最後に，当社の高周波電源について紹介する。

②50/75/100kW の小型化

従来の 5kW から 100kW までの小，中型機種の（従来機種容積比 84％）

モ デ ル チ ェ ン ジ を 行 い，従 来 機 種 の SFT-E5 ／③インバータ回路の個別故障診断回路標準装備

10N と SBT－EH ／ EL20 ～ 100（Ｅシリーズ）を（20 ～ 100kW 高周波電源が対象）

ＥＳシリーズとして統合した。これにより，高周④高速立ち上がり（50msec 以下）

波電源の更なる小型化と部品標準化によるサービ⑤高電源力率（90％以上）

スを向上させた。

⑥電源高調波低減（高調波抑制対策ガイドライ

本高周波電源の各種電源仕様を表 3 に，また，100kW 電源（SBT-ES100）を図 12 に示す。

26

ンによる高調波回路分類 No.11）⑦RoHS 対応

省エネ、省力化で社会に貢献するIH新技術

８．むすび

筆者紹介

2020 年の東京オリンピックに向け，さまざまな生産本部

かたちで新技術への取り組みがなされており，産業 IH 分野での自動化・高速化と省電力化への要求
は，これまで以上のスピードで進展し，タイムリー

産業IH
システム部

片岡 辰雄

な技術開発と設計・製造の効率化が要求されている。
当社も，自動車関連分野やそれに関わる素材分
野など，各種分野への取り組みを行うなか，従来技術や従来用途に加え，今回紹介した各種装置・技術の展開や，市場のニーズに合わせた新技術へ

生産本部
産業IH
システム部

田内 良男

の取組みを行っていく所存である。
９．参考文献［1］谷口“自動車関連の熱処理技術への取組み”，
島田理化技報，No24，2014。

生産本部
産業IH
システム部

高木 聖二

［2］松原，鈴木，田内“IH と炉のハイブリッド加
熱技術”，島田理化技報，No22，2012。
［3］守上，瀬古，岡本“ハンディ CT を用いた IH
ろう付装置”，島田理化技報，No22，2012。
［4］鈴木，岡本“高効率非磁性薄板 IH 装置”，島田理化技報，No21，2011。
［5］守上，阿部，田内“省電力型 IH インバータ”，
島田理化技報，No21，2011。
［6］守上，篠塚，片岡“鋼管焼入れ用高周波電源”，
島田理化技報，No24，2014。

27

〈特集論文〉

VSAT用デュアルバンドKa帯低雑音受信器
Dual band Ka band LNB for VSAT Systems

津野
Jiro

二郎

笠原

TSUNO

Kohji

康司

森

KASAHARA

Tomoyuki智之
MORI

近年の通信インフラは高速・大容量な情報伝送の増加が見込まれ，これに合わせて周波数帯もさが可能な光ファイバーが主流となっている。一方でらに広帯域が確保出来る Ka バンドへの移行が加速

広域性・同報性・即時性に優れ，また大規模な地震している。

や台風などの災害時でも有効な通信が可能で超小型

現在当社では Dual band Ka-LNB の開発を進め地球局（VSAT）を用いる衛星通信も米 国を中心ている。この LNB は 1 台で従来の政府系通信に加に世界各地で需要が急増している（図 1）［１］。

え，民間の海上衛星ネットワークを中心とした商当社では衛星通信の地球局で使用される 2 つの用高速移動衛星通信サービスである Inmarsat 社の

周波数バンドに対応した広帯域なデュアルバンド

Global Xpress のネットワークを 1 台でカバーする

小型 Ka 帯 Low Noise Block Downconverter（以ことが可能であり，世界中のどこででも通信でき，

下 Dual band Ka-LNB と略す）を開発したので紹今後多くの需要が見込まれる製品である。

介する。
本稿では開発した Dual band Ka-LNB に関して，
１.

構成機器の概要，性能等について述べる。

まえがき

２.

これらの衛星通信システムでの地球局は，アン

当社における Ka 帯 LNB の開発

テナ及び送受信モジュールで構成された屋外装置（ODU）と変復調ならびにネットワーク接続機能を有した屋内装置（IDU）で構成される。これらを

2.1

Single Band Ka-LNB

当社では 2007 年より，Ka 帯 LNB の開発生産を総 称 し て 超 小 型 地 球 局（VSAT：Very Small
Aperture Terminal）と呼び，通信インフラの整っていないエリアとの通信を可能にし，地上・海上問わず，移動車両，航空機など世界中で幅広く利用されている。また使用される周波数帯は，デー
タ量の増大に伴い従来の C バンドから X バンド，（a）従来型 Ka LNB

Ku バンドに移行して来た。今後さらなるデータ量

図2

図1

28

衛星通信ネットワークの構成例

既存（b）小型 Ka-LNB
VSAT 用 Ka 帯 LNBVSAT用デュアルバンドKa帯低雑音受信器

行っている。2010 年にはこれをベースにさらに小3.２

RF-IF 変換部

型化，低消費電力を達成した小型 Ka-LNB の開発受信された信号は，アイソレータ，導波管 - マイを行った。この Ka 帯 LNB は，シングルバンド対

クロストリップ変換，低雑音増幅器（LNA）
，ミク

応である。

サ（MIX）を 経 て IF 帯 へ 変 換 さ れ，IF 増 幅 器

図 2（a）に従来型の VSAT 用 Ka 帯 LNB の外観を ,図 2（b）に小型 Ka-LNB の外観を示す。体積比で（IF-AMP），マルチプレクサ（MPX）を経て，IF信号として出力される。

従来比約 40％となっている。

［２］
［３］

3.３
2.2

Dual band Ka-LNB の開発と特徴

LOCAL 部

LOCAL 信号は，3,650MHz/3,840MHz の PLL 周これに対してより広範の使用の利便性を図るた

波数シンセサイザ出力を 5 逓倍する方式である。

め に，2 バ ン ド に 対 応 し た Dual band Ka-LNB

即ち，局部発振器，5 逓倍器，BPF，Buﬀ AMP と(FG-type,FG: 固定利得 ) の開発を 2014 年度より開いう構成である。局部発振器は，外部入力の REF始した。以下に本製品の特徴を示す。

と同期し，外部入力の DC 電圧により LOCAL 周①デュアルバンド対応

波数を切り替えている。

政府系周波数帯ならびに民間周波数帯に対応可能である。動作周波数帯は，外部から供給される電源電圧により，自動的に Local 周波数を切り替えることで変更することができる。
広帯域でありながら，優れた利得周波数特性

3.４

電源部

外 部 入 力 の DC は +15V ～ +24V に 対 応 し，
+19V 入力時は高周波数帯域に対応し，+24V 入力
時は低周波数 0 帯域に対応する。RF 周波数帯は，と低い雑音指数（NF）を実現している。

LOCAL 周波数により切り替えられる。前述のとお②低消費電力り DC/DC コンバータを使用し低消費電力化を図っ

内部電源として、通常はノイズが多く低ノイている。

ズ増幅器には使用が困難と言われた DC/DC コン
4．本製品の設計上の課題と対策

バータを採用し、低消費電力化を達成している。
③利得調整機能
利得調整機能を追加した Dual band Ka-LNB（VG-type，VG: 可変利得）もラインアップに揃

4.1

ローカル部起因によるスプリアス対策

本製品は Dual band に対応しているため使用される周波数が広帯域である。またローカル周波数

えている。

を切り替えて使用するため，内蔵の BPF はこの両３.

各構成部位の概要

方のローカル周波数を通過させる必要がある。このため通常の広帯域な BPF では，遮断特性が緩く

3.１

構成

不要波を充分に除去することが困難である。

図 3 に Dual band Ka-LNB のブロックダイヤグ対策としては 2 つの通過バンドを持ったダブル

ラムを示す。雑音指数を軽減するために増幅素子

バンド BPF の採用なども考えられるが，搭載面積には HEMT を用い 3 段構成としている。

が増えるなどのデメリットもあるため，本製品では各部位からのスプリアスを極力発生させない設
計をすることでこれを克服している。
4.2

DC 電源起因によるスプリアス対策

本製品は低消費電力化を図ることを目的に
DC/DC コンバータを採用している。通常低雑音が要求される LNB には DC/DC コンバータから発生するスプリアスが問題となることが多く , 製品に採図3

ブロックダイヤグラム

用されることは少ない。これはスイッチング周波数や帰還回路における微少な発振が，スプリアス

29島田理化技報No.25（2016）

としてローカル信号に付随し，IF 信号に出力されるためである。
このスイッチング周波数や帰還回路を最適な値となるように設計することにより，スプリアスを充分に抑圧している。
4.3

無条件安定性の確保

LNB は通常，導波管開口部を金属板等でショー
トとし，インピーダンスをゼロもしくは無限大と

図4

Dual band Ka-LNB

５.

した場合でも安定で発振しないことが求められる。

性能

VSAT では伝送線路として導波管が使用されることが多いが，これらは帯域外でのインピーダンス

本 LNB は無条件安定性を確保しつつも広帯域には保証されておらず，どのような負荷が接続されわたり低 NF を実現している。表 1 に Dual bandても発振等を起こさずに安定していることが重要

Ka-LNB の諸元表を示す。また，図 4 は Dual bandである。

Ka-LNB の外観写真である。

本製品では，入力部にアイソレータを有してい

図 5 に低周波数帯（バンド１）での雑音指数を，るが，アイソレータも使用帯域の外では，アイソ

図 6 に高周波数帯（バンド２）での雑音指数の実

レーション性能は保証されていない。本製品では測値を示す。いずれも IF 帯での周波数域での NF

より安定性を確保するため，アイソレータ無しでを表示している。

も発振しないことを考慮した設計を行っている。
その結果，実機にて入力端のインピーダンスを変

図 5, 図 6 より，NF 値としては 1.5dB 以下の良好な性能が達成出来ていることが分かる。

えても不要発振を生じないことが確認できている。
なお，導波管のショート時の安定性を実現する
ためには，導波管のドミナントモード以外の高次のモードも充分検討しておくことが必要である。
表 1 Dual band Ka-LNB 諸元
Parameter

Speciﬁcation

Input Frequency

19.20 to 21.20 GHz

IF Output Frequency

950 to 2000MHz

Local Frequency（select） 18.25 GHz

19.2 GHz

Local Frequency Stability

Phase locked to external Reference

Noise Figure

1.5dB max @23

Input VSWR

1.25: 1 max

Output Return Loss

10dB min.

Spurious-70dBm max.

図5

雑音指数（低周波数帯）

図6

雑音指数（高周波数帯）（Non-Carrier Related）
DC Supply Voltage+15 to +26V

Power Consumption

5W max.

Weightapprox. 500g

Size W H D

44mm 44mm 145mm

30

VSAT用デュアルバンドKa帯低雑音受信器

7.

参考文献

［１］一般財団法人宇宙システム開発利用推進機構，－通信放送衛星の市場動向調査 調査報告
書，

2014.

［２］拮石 真一郎，生駒 俊治，田添 晃，松永和之：“Ka 帯 衛 星 通 信 地 球 局 用 ア ッ プ コ ン バ ーター，ダウンコンバーター”，2006 年 島田理
化技報 No.18，pp.54-58.
［３］拮石 真一郎，三神 幸治，松永 和之，
“Ka 帯
図7

VSAT システム用低雑音ブロックダウンコン

利得周波数特性（低周波数帯）

バ ー タ ー”
，2007 年 島 田 理 化 技 報 No.19，
pp.21-24.

筆者紹介
生産本部
技術部
電気技術課

津野 二郎
図8

利得周波数特性（高周波数帯）
生産本部

図 7 に低周波数帯における利得対周波数特性を，
図 8 に高周波数帯における利得対周波数特性を示す。
図 7, 図 8 はいずれも常温での実測データを示し

技術部
電気技術課

笠原 康司

ている。これまで示した通り，雑音指数，スプリアス特性なども温度特性も含め良好な値を得ることが出来ている。

生産本部
技術部
電気技術課

6.

むすび

森

智之

今回，Ka 帯で極めて広帯域かつ，低雑音な LNBの開発を行い，克服した技術課題と , 得られた主要性能について示した。また , サンプル品の開発を完了し出荷を開始した。今後はさらなる量産に向けて，より安定な LNB へと改善していく予定である。
なお，本製品の開発にあたっては，三菱電機株式
会社情報技術総合研究所殿のご指導を頂いたことに深く御礼を申し上げます。

31

〈特集論文〉

次世代自動車用走行中非接触給電システム向け高周波電源
High Frequency Power Supply for Dynamic Wireless Power Transfer System
for Future Electric Vehicles
高田
Taro

太郎

田内

良男

TAKADA

Yoshio

TANAI

石間

勉

Tsutomu ISHIMA

２.

電気自動車（EV），プラグインハイブリット自高周波電源仕様

動車（PHEV）等の次世代自動車の普及に伴い，自動車用非接触給電の実用化に向けた開発が行なわ

高周波電源の仕様を表 1 に示す。

れている。その一環として，地上に設置した給電

定格出力は 30kW，周波数は 80 ～ 90kHz である。

コイルから走行中の自動車に給電する走行中非接
３.

触給電システムが検討されている。当社では地上高周波電源の構成に設置するコイルに電力を供給する高周波電源の開発を行ない，次世代半導体である SiC を採用することで，高効率な性能を実現している。

図 1 に今回開発した非接触給電システムの地上側高周波電源の外観写真を示す。外形寸法は，L：
1,075mm１.

まえがき

H：1,900mm

W：650mm である。

本機は屋内評価用のため，強制空冷方式で，正面から吸気，背面へ排気しているが，将来的には

走行中非接触給電システムでは，車両移動に伴い地上側コイルと車両側コイル間の結合係数や負荷が大きく変動する。従って，本システムで使用する高周波電源は，高効率の他に高速応答性と高屋外用のさらに小型かつ最適な密閉構造を検討する。
図 2 に電源回路の系統図を示す。負荷は共振回路を構成している。

安定性が重要になる。本論文では，高周波電源の構成，目標仕様，高効率化技術及び評価結果につ

3.1

コンバータ部

電源電圧は 3φ200V とし，昇圧トランスを経ていて紹介する。

3φ480V にて高周波電源に入力される。コンバー
表 1 高周波電源仕様

項目
型式
定格出力

仕様
SCT-30ND
600V0-P 50Arms 30kW
300V0-P 100Arms 30kW

出力周波数80～90kHz の内1 波

入力電圧

AC3φ 200V ±10% 50/60Hz

冷却方式

強制空冷
温度 : 5～35℃

使用環境条件

湿度 : 85% 以下
腐食性ガスのない環境
L:1,075mm

外形寸法

H:1,900mm
W:650mm質量32

約 400kg

図1

高周波電源外観写真

次世代自動車用走行中非接触給電システム向け高周波電源

$

Vdc

Idc

図2

高周波電源回路系統図

タ部は入力部にマグネットスイッチ，突入電流防なった。具体的な測定点とデータを次項に示す。

止回路があり，ダイオード整流後，DC リアクトル
を含む降圧チョッパ型コンバータで構成している。
スイッチング素子は MOS－FET を使用し，フライ

表2

開発目標と効率効果

ホイールダイオードには SiC 型を採用して損失低

コンバータ

目標

下を図っている。

力率
効率

[％]

0.95
97

インバータ

目標

また，電源入力の高力率化のために 12 パルス方式の昇圧トランスを採用した。
3.2

インバータ部効率インバータ部はフルブリッジ回路で構成されて
効率

0.93
97.2

0.97
97.4
結果

DC300V

DC600V

98

98.9

99.2

95

DC300V
96.1

結果

総合

おり，スイッチング素子は，フル SiC 型 FET モ
ジュールを採用している。

[％]

結果
DC300V
DC600V[％]

DC600V
96.4

コンバータ同様，SiC の低オン抵抗特性および高速スイッチング特性により損失低下を図っている。

表 3 コンバータ効率測定結果

次にその評価結果を報告する。
４.
4.１

高周波電源の評価結果

各部効率目標と評価結果

高周波電源の各部効率目標値と評価結果を表 2に示す。コンバータ部は，力率が目標値 0.95 に対し，
12 パルス方式を採用することで DC600V 時 0.97 と達成することができた。また，コンバータ効率は
目標値 97％に対し，97.4％と達成できた。

AC 入力
AC 入力電圧

VAC1

[V]

506.4

AC 入力電流
AC 入力

IAC1
kVA

[A]
[kVA]

38.05
33.37

AC 入力電力制御AC 電圧

PAC1
VAC2

[kW]

31.08

[V]

210

制御AC 電流制御入力電力

IAC2
PAC2

[A]
[kW]

1.2
0.25

入力電力
電源力率

PAC
λ

[kW]
－

31.33
0.93

DC 出力

インバータ部は，印加される直流電圧 2 パターン（約 300V，
約 600V）の 2 条件で測定を実施した。
発 振 周 波 数 は 約 85kHz，イ ン バ ー タ 出 力 電 力 は30kW 以 上 で あ る。目 標 値 に 対 し，DC600V 時
99.2％以上の効率を達成した。また，コンバータ及びインバータトータルの総合効率は 96％以上と出力直流電圧
出力直流電流

EDC
IDC

[V]
[A]

650.6
46.8

出力直流電力

PDC

[kW]

30.45

[％]

97.2

効率
コンバータ効率33

島田理化技報No.25（2016）

AC入力
[AC1]
AC200Vトランス

ブレーカ

マ グ ネ ット
コ ン タ クタ

180V/
440V

AC入力
[AC2]

ダイオード
ブリッジ

コンバータ
ブロック

制御系

DC出力
図3

4.2

各部効率測定の詳細説明

4.2.1

コンバータの効率測定

インバータ
ブロック

インバータ
出力

各部効率測定ブロック図

CH1(YE)
Vds
200V/div

効率測定ブロック図を図 3 に示す。コンバータ
効率は入出力部を計測し電力比で算出している。

CH2(GR)
Iout
50A/div

直流電圧（EDC）が約 650V 時の測定データを表 3に示す。コンバータ効率は 97.2% を達成している。
4.2.2

負荷冶具

CH3(BL)
Edc
200V/div

インバータの効率測定

インバータの効率測定はコンバータ同様に図 3の回路で測定した。インバータ効率は入出力部を

2us/div

計測し，電力比で算出している。測定データを表 4
に示す。

図4

CH4(RE)CH1*2

SiC インバーター波形（DC600V）

4.2.3 SiC インバータの波形結果
CH1(YE)
Vds
100V/div

前項で効率測定した SiC インバータの各部波形を図 4，図 5 に示す。ターンオン，ターンオフ時のスイッチングノイズが抑制できている。

CH2(GR)
Iout
50A/div

表 4 インバータ効率測定結果
条件：位相ずれ (θ=20°)

CH3(BL)
Edc
200V/div

インバータ入力（DC）
DC300V

DC600V

EDC

[V]

305.3

584.7

IDC

[A]

101.15

2.36

PDC

[kW]

30.87

30.61

2us/div

図5

CH4(RE)CH1*2

SiC インバーター波形（DC300V）

インバータ出力（高周波）34DC300V

DC600V

4.2.4 12 パルストランス使用時の効率・力率測定

VOUT[Vrms]

310.1

578.3

12 パルストランスを使用した電源の効率測定回I OUT[Arms]

115.3

61.97

路ブロックを図 6，測定データを表 5 に示す。昇圧

周波数

[kHz]

81.9

85.7

POUT

[kW]

30.54

30.37

インバータ効率

[％]

98.9

99.2

トランス使用時より力率λが 0.978 と改善できている。

次世代自動車用走行中非接触給電システム向け高周波電源
AC入力
[AC1]
AC200V

トランス
210V/
500V

12パルス
⊿－⊿

ブレーカ

AC入力
[AC2]
⊿－Ｙ

マグネット
コンタクタ
1

ダイオード
ブリッジ

マグネット
コンタクタ
2

ダイオード
ブリッジ2

インバータ
ブロック

コンバータ
ブロック

負荷冶具

インバータ
出力

DC出力

制御系

図6
表5

12 パルストランス使用時効率測定ブロック図

12 パルストランス使用時効率測定データ
AC 入力

築に貢献したい。
なお，本高周波電源は NEDO 助成事業の戦略的AC 入力電圧

VAC1

[V]

201.4

AC 入力電流省エネルギー技術革新プログラム「次世代自動車

IAC1

[A]

95.7

用高速走行中非接触給電システムの開発」として

AC 入力
AC 入力電力

kVA
PAC1

[kVA]

33.4

[kW]

32.6

開発を実施した。

制御AC 電圧

VAC2

[V]

210

制御AC 電流

IAC2

[A]

1.2

制御入力電力

PAC2

[kW]

0.25

入力電力

PAC

[kW]

31.33

電源力率

λ

-

0.978

参

文

献

［1］田内良男，石間勉：非接触給電インバータ，
島田理化技報，No.20，pp.47-50，2008［2］松村琢夫，田内良男：非接触給電インバータ，
島田理化技報，No.21，pp.23-30，2011

DC 出力

出力直流電圧

EDC

[V]

601.7

出力直流電流

IDC

[A]

51.2

出力直流電力

PDC

[kW]

30.8

インバータ出力

筆者紹介

出力電圧

Vout

[Vrms]

593.7

生産本部

出力電流

Iout

[Arms]

61.7

出力

Pout

[kW]

30.3

産業IH
システム部

高田 太郎

効率
コンバータ効率[％]97.4

インバータ効率

[％]

98.5

５.

考

おわりに

生産本部
産業IH
システム部

田内 良男

走行中非接触給電システムで使用する高周波電源について，その開発結果を報告した。今回開発した高周波電源は力率，効率ともに目標値を達成

生産本部
技師長

することができた。今後は関連企業及び関連団体

石間勉の皆様のご助力を得ながらより良い製品作りを目指し，さらに最適な走行中非接触給電システム構

35

製品紹介

2GHz帯 Low Noise Amp■概要

GaAs FET を採用した，2GHz 帯の Low Noise Amp（以下 LNA）です。雑音温度（NF:Noise Figure）が60K（0.796dB）以下という低雑音特性を有しており，各 CH 間の位相偏差を小さくするため製作ロット内の位相偏差を 7°以内に抑えた LNA です。移動通信・レーダ等の各種 RF 信号の受信用途に適しています。
■特長①2GHz 帯で低雑音（NF:60K（0.796dB）以下）な増幅器です。
②製作ロット内の位相偏差が小さい（7°以内）増幅器です。
■主要性能
項目

仕様
2.2～2.3GHz
44.0 ±2 .0 dB
1.0dBp-p 以内±0.9dB 以内／ -10～+50℃+10.0dBm 以上
60K(0 .796dB)以下@+25 ℃
1.5 以下ロット 内 7°以内
+15V, 300m A 以下
PRJ-2(P)N-female

外形寸法190.5 ×161×114.9 mm(突起物含まず )相対位相差 [°]

利得[dB]

周波数
利得
振幅周波数特性
利得安定度
P1dB
雑音温度 (NF)
入出力 VSWR
相対位相差
消費電流
入力 フランジ
出力 コネクタ

46
45
44
43
42
41
40
2150

9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
-1

2175

2200

2GHz LNA 外観写真

2225

2250
周波数[MHz]

2275

2300

2325

2350

サンプル数6

2150

2175

2200

2225
2250
周波数 [MHz]

2275

2300

2325

2350

問い合わせ先事業管理部

TEL 042-481-8573

36

製品紹介

電力合成用切替器■概要

本製品は，導波管切替器を内蔵した電力合成器です。
通常は，信号源からのＲＦ信号を同相合成して使用します。片方の信号源が故障等で使用出来なくなった
場合でも，導波管切替器でその経路を遮断すると共に整合状態を保つため，故障側の影響を受けずに正常な信号源で運用する事が可能です。
■特長①Ｓ帯のＲＦ信号を導波管合成器により低損失での電力合成が可能。
②高精度なケースの一体加工により入出力端子間の位相差の低減化を実現。
③入力側に高アイソレーションの導波管切替器（SPST）を内蔵。
④高寿命設計により切替寿命 10 万回を実現。
⑤最適化により遮断時における通過ポートの挿入損失の周波数特性を平坦化。
■主要性能
項目

性能値

中心周波数

S帯

IN1

0.17dB 以下（通過時）

挿入損失0.8dB 以下（片側ショート）

ＶＳＷＲ

1.15 以下

振幅差±0.1dB 以下

位相差±2deg 以下

耐電力

220 Ｗ CW 以上

アイソレーション

手動切替用ツマミ

30dB 以上（片側又は両側ショート）

切替時間

１秒以下

外形寸法

W 160 ×D 100 ×H 5 04 mm

動作電圧

DC24V 1A以下

切替動作

ラッチング型

導波管サイズWMI- 22 相当

OUT

外形図

IN2

OUT
SW2

SW1
IN1

IN2
等価回路

外観写真

問い合わせ先事業管理部

TEL 042-481-8573

37

製品紹介

ＩＨハンディー式加熱装置
■概

要

ＩＨ
（誘導加熱）技術を応用したハンディー式加熱装置です。作業者が，加熱コイルを装着したハンディー
ＣＴを手に持って，容易にろう付け（はんだ付）などの加熱作業を行うことができます。塗膜剥離の用途にも使用できます。
■特長①コンパクトで安全

Ｄ－Ｂ5/10 電源の外観（左）とハンディーＣＴ（右）②クリーンな作業環境を実現③加熱条件の設定が可能であり，熟練者でなくても作業可能④フレキフィーダにより装置本体から１０ｍ以内の移動作業が可能（最大５０ｍまで延長可能）⑤フレキフィーダは１００万回の屈曲試験をクリア⑥タッチパネルにより加熱条件の設定が可能

Ｄ－Ｂ２０/３０電源の外観（左）とハンディーＣＴ（右上），加熱例（右下）■加熱対象例
分類

装置型式
Ｄ－Ｂ５
CT-5CA
Ｄ－Ｂ１０
CT-10CA
Ｄ－Ｂ２０
CT-20CA
Ｄ－Ｂ３０
CT-30CA

出力
［kW］
5
10
20
30

バイトチップ ，削岩用工具
コレットチャック ，高圧配管継手
コンクリートカッター ，圧力部品

家電部品

コンプレッサー ，クーラーバルブ
石油ストーブタンク

電子部品

計器，スイッチ ，フィルターケース
ブレーカー部品 ，ダイヤフラム

自動車部品

オイルフィルター ，ガソリンタンク
マフラー

自動車部品

フレーム ，ハンドル

その他

電車用モーター
外形 W×H×D［mm］
寸法
φ×L［mm］

質量［kg］

5

431×264×525

25

5

φ58×200 ～ 2502

5431×264×525

25

-

6

φ58×200 ～ 250

2

3φ,200V,24kVA-

10440×890×400

75

8

φ88×200 ～ 250

6.5

15

440×890×400

75

10

φ88×200 ～ 250

6.5

電源入力

冷却水
［L/min］

ＩＨ電源

3φ,200V,7kVA

ハンディー CT-

ＩＨ電源

3φ,200V,14kVA

ハンディー CT

構

成

ＩＨ電源
ハンディー CT
ＩＨ電源
ハンディー CT

加熱対象品

機械部品

3φ,200V,36kVA-

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TEL 042-481-8573

38

製品紹介

薄板（鋼材，非磁性材）用誘導加熱装置●ソレノイド式加熱装置■概要薄板に通常使用されている誘導加熱装置です。ガス加熱からの置換えにより，作業環境の大幅な改善や加工品質の向上を図ることができます。
■特長①クリーンな作業環境を実現できます。
②双頭式コイルを使用することで作業効率の改善を図ることができます。（右の写真は 100kW 装置）③ロボットや自動搬送装置を使うことで，無人化対応も可能です。
■用

途

・鋼板の切り板プレス前加熱

100ｋＷ

・切り板連続送り加熱

プレス前双頭式加熱装置

・非磁性ＳＵＳ，アルミなどの板材の加熱●トランスバース式加熱装置■概要連続搬送する非磁性薄板に対して，板幅が変わっても均一加熱できる誘導加熱装置です。
■特長①従来はエッジ過加熱のため使用が難しかった非磁性薄板に対して均一加熱が可能です。（磁性にも対応）②Ｍ型コイル部とＶ型コイル部をスライド調節させる
ことにより板幅が変わっても均一加熱ができます。
③マッフル（耐火隔壁）を使って高温，還元ガス中での加熱が可能です。
■用

40ｋＷ 2 連

ＭＶ型薄板加熱装置

特許取得済み（第 4862205 号）（中外炉工業株式会社殿との共同出願）

途

・非磁性薄板塗装乾燥・従来炉の入口側予熱による処理速度アップ

・非磁性薄板触媒乾燥

・炭素繊維（ＣＦ）シートの加熱処理

・非磁性薄板ラミネート予熱

・磁性 SUS，キュリー点以上の鋼板にも対応可能

■主要仕様
型 名

出力電力［kW］周波数[kHz]

コイル部冷却水［L/min］

コイル部外形寸法
W×H×D［mm］

質量［kg］

ＳＩＨ－ＥＳＬ/Ｈ－ＭＶ４０

40

8/25

30

1,600×875×2,325

1,200

ＳＩＨ－ＥＳＬ/Ｈ－ＭＶ７５

75

8/25

50

2,200×1,020×2,600

1,400

問い合わせ先事業管理部

TEL 042-481-8573

39特 許 紹 介
導波管サーキュレータ
出願2015年8月■概特許第5766838号

発明者

北上

景一

要

印加する磁界の向きを変化しなくても，2 つの異なる回転方向に伝送可能な導波管サーキュレータを提供する。
■従来技術の課題
従来のサーキュレータは，印加した磁界の向きによって電波が伝送される回転方向は常に一方向

図1

E 面分岐型導波管サーキュレータのみであり，使用可能な用途は限定されていた。
■発明の手段と効果
図 1 に示すように，本発明は，一般的な H 面分岐である導波管サーキュレータとは異なる E 面分
岐の構成をしている。図 2 は図 1 の上面図である。
図 3 は，特性の一例を示しており，実線が入力
端子 1 における反射減衰量特性，長破線が入力端
子 1 から出力端子 2 への通過損失特性，点線が入

図2

サーキュレータの上面図

力端子 1 から出力端子 3 への通過損失特性を示している。図中の f1 と示した周波数帯域では端子 1→端子 3→端子 2→端子 1 という回転方向に伝送するのに対し，f 2 と示した周波数帯域では端子 1→
端子 2→端子 3→端子 1 という回転方向に伝送可能となっている。
図 4 は使用用途としての一例を示している（図中の 55 が本発明品で，56 と 57 は従来品）。周波数

図3

特性の一例

図4

使用用途例

帯域を 2 つ有し，それぞれ回転方向が異なることから，送受共用器として利用可能である。

40

特 許 紹 介
誘導加熱コイル
出願2013年2月■概

発明者

特許第5865857号
片岡

辰雄，田内

良男，石間

勉

要

不定形の被加熱物表面に対して均一加熱することができる誘導加熱コイルを提供する。
■発明の利用分野
誘導加熱装置に関する技術であり，金属被加熱物やカーボン繊維シートの均一加熱分野で使われる。

図１

均一加熱コイル

図２

均一平面コイル■従来技術の課題
従来は，決められた被加熱物表面形状に合わせて渦巻き状の加熱コイルを配置していたため加熱
温度分布も悪く，また不定形の複数の被加熱物に対して，一つの加熱コイルを使って均一加熱することができなかった。
■発明の効果一つの加熱コイルを使って複数の不定形の被加熱物に対して均一加熱を可能にした。
■発明の手段
図１に示すように，銅パイプを使って８の字型のコイル形状を繰り返すことにより均一磁界を生成させ，面加熱可能な加熱コイルを構成している。
図２は、図１のパイプの重なり部分を無くした
コイル形状とし，それぞれに同期した電源を接続したものである。
図３は，X 方向と Y 方向にそれぞれ図２のコイルを配置し，各コイルには同期した電源を接続し

図３

加熱分布調節コイル

図４

銅板一体型加熱コイルてそれぞれコイル電流を調整し，菱形部の磁界をＸ，
Ｙ２つのコイルの合成として加熱分布を調節できるようにしたものである。
図４は，一枚の銅板にそれぞれ菱形の連接孔を複数形成させた構造の加熱コイルである。高周波
電流がインダクタンスの小さい菱形孔部分に集中して流れることを利用している。これにより，
図２，
図３のコイル構造を銅板一体型で構成できるようにしている。

41

島田理化技報No.25（2016）

特許登録紹介（2014年4月～2016年3月登録分）

登録番号

発明の名称

5513545

帯域通過フィルタ

5656779561947742

アンテナ装置

誘導加熱装置

発明の概要
発明の
利用分野

共振棒を複数個配置の上，それらを電磁界結合して構成した帯域通過フィルタ。

従来技術の
課題

インターデジタル結合を用いた帯域通過フィルタにおいては，調整ネジが外ケースの上面および下面の両側に配置されており，調整作業が難しく扱いにくかった。
一方，コムライン結合を用いた帯域外通過フィルタにおいては，調整ネジが外ケースの一方の面に集中しており調整作業がしやすい利点があるものの，共振棒間の電磁界の結合が弱く広帯域のフィルタの場合大きくなる欠点があった。
そのためコムライン結合及びインターデジタル結合で得られる各利点を併せ持つ結合方法が要望された。

発明の
手段と効果

外ケースの同一面に設置された共振棒間を金属の結合棒で接続することにより，共振棒間の結合を強くすることができ，かつ調整作業が容易にできる。

発明の
利用分野

移動体通信の基地局用アンテナとして，天井などに設置される低姿勢のアンテナ装置であり，特に容量装荷型のモノポールのアンテナ装置。

従来技術の
課題

低姿勢広帯域なアンテナを得る場合，直径が１波長以上となる地板が必要であり，アンテナが大きくなる問題があった。
更に円環パッチアンテナの内側に円形パッチアンテナが設置されている２周波共用アンテナの場合，水平面
内では無指向性にならず，パッチの上方向に指向性を持つ問題があった。

発明の
手段と効果

モノポール導体及び短絡導体が通されるスリーブ導体とを備えるように構成したので，アンテナの直径が小さく，かつ低姿勢で広帯域な水平面内無指向性を得る
ことができる。

発明の利用分野

熱容量の異なる複数の部位を有する被加熱物を，一定の間隔で順次搬送して連続的に誘導加熱する誘導加熱装置であり，特に金属塗装品の焼き付け乾燥に適した誘導加熱装置。

従来技術の課題

組立完成品を一定の送り速度で順次搬送して連続的に加熱すると，熱容量の小さい部位が急激に加熱されてしまい，塗装品質が確保できない。一方，組立完成品を間欠的に搬送して加熱したり，バッチ式に加熱したりしたのでは，処理効率が悪い。

発明の
手段と効果

搬送されてくる被加熱物を挟んで対向するように配置されたコイル体を，対向間隔の狭い領域と広い領域が交互に形成されるように配置することにより，熱容量の大きい部位は狭い領域を通過する際に主に加熱され，熱容量の小さい部位は広い領域を通過する際に主に加熱されるよう高周波電源にて調整することで，部位毎の温度差を極力小さくしながら加熱できる。これ
により，外部加熱方式を利用せずに済み，消費エネル
ギーやＣＯ２排出量を削減でき，装置の設置スペースも広く取らずに済む。

備考

三菱電機株式会社殿との共同出願

東芝キヤリア
株式会社殿、
日本ペイン
ト・インダストリアルコーティングス株
式会社殿及び株式会社吉野工作所殿との共同出願

登録番号57309245764234

57668385838254

発明の名称
故障検知回路プリント配線板の製造方法

導波管
サーキュレータ
誘導加熱装置

発明の概要
発明の
利用分野

インバータ素子におけるトランジスタの故障を検知する故障検知回路。

従来技術の課題

インバータ素子につき，所定のトランジスタに短絡などの故障が生じた場合，高周波電源を停止後，個々のトランジスタの電極にテスターを接触して導通の有無を測定し，どのトランジスタに故障が生じたのかを確認していた。
ここで，所定のトランジスタが故障状態のまま作動し続けると，インバータ素子に設けられた他のトラン
ジスタなどに連鎖的に不具合が生じてしまい，故障範囲が拡大するため，故障が生じたトランジスタを見つけるには，全トランジスタに対してテスターによる測定が必要であった。
これにより，数多くのトランジスタを並列動作させる大電力インバータなどにおいて，故障したトランジ
スタを見つける作業で多大な復旧時間を要していた。

発明の
手段と効果

ドライブ回路から故障したトランジスタに出力される駆動信号により発光するＬＥＤ，または当該ドライ
ブ回路から故障した当該トランジスタに出力される駆動信号が入力されると信号を出力するフォトカプラを設けることにより，作業者が容易に故障したトランジ
スタを特定することができる。

発明の
利用分野

プリント配線板の製造方法に関するもの。

従来技術の
課題

プリント配線板では，半田付け性を考慮して各スルーホールのスルーホール銅めっき層の厚みを設定する必要があったため，特定の配線用スルーホールのスル
ーホール銅めっき層の厚みだけを厚くすることはでき
なかった。

発明の
手段と効果

表面及び裏面に銅箔層が形成された銅張り基板を加工することにより，スルーホール銅めっき層の厚みの最適化が図れた２種類のスルーホールを有するプリント配線板をコストの大幅な上昇を招くことなく，製造することができる。また，工数を削減して製造コストの低減を図ることができる。

備考

別掲
発明の
利用分野

非磁性材または磁性材よりなる薄板状の被加熱物を対象とする工業加熱分野に用いる誘導加熱装置。

従来技術の
課題

薄板状被加熱物の幅が小さくなると，薄板状被加熱
物の加熱物の加熱効率が低下する問題があった。

発明の
手段と効果

移動可能な加熱コイルの移動により第１空間のみが拡
大または縮小し，第１空間，第２空間および第３空間
で，生じる磁束が逆向きとなるようにしたため，幅の小さな薄板状被加熱物であっても，薄板状被加熱物への加熱効率の低下を抑えるとともに，薄板状被加熱物のエッジ部への過剰な加熱を抑制することができる。

5865857

誘導加熱コイル

別掲5876133

誘導加熱装置

発明の利用分野

非磁性材または磁性材よりなる薄板状の被加熱物を対象とする工業加熱分野に用いる誘導加熱装置。

従来技術の
課題

誘導加熱装置では，高周波電流の接点部において長時間連続で給電することができないことが問題であっ
た。

発明の
手段と効果

移動可能な加熱コイルが移動している際には板状部材を押圧せず，加熱コイルの移動が完了した際に，板状部材を押圧することで，加熱コイルの電気的な接続部分が加熱されにくい効果がある。

中外炉工業株式会社殿との共同出願

中外炉工業株式会社殿との
共同出願

43

44

営業分野及び主要製品
営業分野及び主要製品【電子機器】【電子機器】
同軸・導波管コンポーネント
同軸・導波管コンポーネント
・通信・給電部品
・通信・給電部品
・通信用コンポーネント
・通信用コンポーネント
・レーダ給電系コンポーネント
・レーダ給電系コンポーネント
・衛星搭載用コンポーネント
・衛星搭載用コンポーネント
通信機器
通信機器
・衛星通信コンポーネント
・衛星通信コンポーネント
・準ミリ波・ミリ波送受信製品
・準ミリ波・ミリ波送受信製品
電子機器
電子機器
・マイクロ波発振器
・マイクロ波発振器
・高周波電力増幅器
・高周波電力増幅器
・シミュレータ・シミュレータ・マイクロ波・ミリ波アクティブコンポーネント・マイクロ波・ミリ波アクティブコンポーネント【産業機器】【産業機器】
産業IH機器
産業IH機器・溶解・蒸着製品
・溶解・蒸着製品
・熱処理製品
・熱処理製品・予熱・加熱製品
・予熱・加熱製品
・接合製品
・接合製品
・高周波電源・高周波電源・薄板加熱製品
・薄板加熱製品
・塗装乾燥製品
・塗装乾燥製品
・高温加熱製品
・高温加熱製品
・非接触給電製品
・非接触給電製品

島田理化技報編集委員会
島田理化技報編集委員会
委員長
委員長

石間
石間

勉勉

副委員長
副委員長

浅利
浅利

哲哲

大竹
大竹 康紀
康紀
委委 員員

島島
田田
理理
化化
技技
報報 NoN.2o（
5.2（
断断
転転
載載
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禁禁
ずず
））
5無無
2016年12月8日
2016年12月8日 発行
発行
発発 行行 所所

東京都調布市柴崎2丁目1番地3
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島田理化工業株式会社
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代代
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