JP3755509B2 - アンテナ及びu字形状のアンテナ用磁心の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、トランシーバや携帯電話などの移動体通信に用いられるアンテナで、特にアンテナ用磁心に曲面を有するものに関する。
【0002】
【従来の技術】
本発明に関する従来のアンテナ60のアンテナ用磁心61は、ナノ結晶磁性合金薄帯62を積層している(例えば、特許文献1参照。)。図8は従来のアンテナ60の構成を示す図で、アンテナ用磁心61に、発信器63に接続された信号送信用コイル64を巻回することによってアンテナ60が構成される。アンテナ用磁心61は、高透磁率磁性材料としてのナノ結晶磁性合金薄帯62の積層物から主としてなるものである。
【0003】
【特許文献1】
特開平07−221533号公報(第3−4頁、第1、3図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のアンテナ用磁心61は形状が四角柱で、アンテナ用磁心61の端部は平面65で長方形の形状を呈する。アンテナ用磁心61の端部が平面65で長方形であると、アンテナ用磁心61の長手方向に対し高い指向性を有する磁界が形成され高い電界強度が得られるが、アンテナ用磁心61の長手方向と直交する方向の電界強度は低くなる問題がある。また、アンテナ用磁心61を四角柱に成形するには、ナノ結晶磁性合金薄帯62を積層後に端部の切断、研磨といった工程が必要であり、工数がかかり、コストアップの要因になっている。
【0005】
本発明は、アンテナ用磁心の長手方向と直交する方向の電界強度が高く、アンテナ用磁心を回転した場合でも安定した受信レベルを得ることができ、生産性が高いアンテナを提供すること、及びU字形状で曲面を有するアンテナ用磁心の製造方法を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するための請求項1の発明は、「帯状の軟磁性薄帯材料を該軟磁性薄帯材料の長手方向に巻回し積層させてなり、前記長手方向における少なくとも一方の端部が前記軟磁性薄帯材料を巻回して形成される曲げ部とされているアンテナ用磁心と、前記アンテナ用磁心の周りに前記軟磁性薄帯の幅方向に巻回された少なくとも1つのコイルと、からなること」を特徴とする。
【0007】
請求項1の発明では、アンテナ用磁心に軟磁性薄帯材料を巻回し積層したものを使用する。軟磁性薄帯材料とは、Co系アモルファス、Fe系アモルファス、アモルファス合金、ナノ結晶磁性合金等の高透磁率、低保持力の材料をいう。帯状の軟磁性薄帯材料を巻回すると、その端部には曲面が形成される。磁界は曲面に対して法線方向に発生するため、曲面が形成されるとアンテナ用磁心の長手方向に直交する向きの電界強度が向上する。また、従来のアンテナ用磁心は、アモルファス合金薄帯を巻回した後に、所要形状に切断して四角柱に形成していたが、本発明では巻回した状態で使用するため、切断、研磨等の工程が不要となり、コストの低減ができる。
【0008】
また、上記課題を解決するための請求項2の発明は、「前記軟磁性薄帯材料を巻回して形成される曲げ部としての前記端部は曲面を有すること」を特徴とする。
【0009】
請求項2の発明では、請求項1の発明と同様に、アンテナ用磁心の端部に曲面が形成されると、アンテナ用磁心の長手方向に直交する向きの電界強度が向上し、アンテナ用磁心を回転した場合でも、従来と比べて安定した高い受信レベルが得られる。
【0010】
また、上記課題を解決するための請求項3の発明は、「前記アンテナ用磁心の端部の曲面の大きさは、前記アンテナ用磁心の積層幅より大きいこと」を特徴とする。
【0011】
請求項3の発明では、アンテナ用磁心の端部の曲面の大きさを、前記アンテナ用磁心の積層幅より大きくすることで、アンテナ用磁心の長手方向に直交する向きの電界強度がより向上し、アンテナの受信範囲が広がる。また、アンテナ用磁心の体積を少なくでき、移動体通信手段の少ない収容スペースに組み込む場合に有効である。また、アンテナ用磁心に巻回するコイルの長さを短くできるため、コストの低減ができる。
【0012】
また、上記課題を解決するための請求項4の発明は、「前記アンテナ用磁心は、前記軟磁性薄帯材料を絶縁体に巻回し積層した構成であること」を特徴とする。
【0013】
請求項4の発明では、アンテナ用磁心は軟磁性薄帯材料を絶縁体に巻回し積層した構成である。アンテナ用磁心は移動体通信手段の装置内に組み込まれることが多いが、移動体通信手段に外部から力がかかると、アンテナ用磁心にねじり応力等が働く。絶縁体に巻回し積層した構成とすることで、アンテナ用磁心の強度が向上して、アンテナ用磁心の変形を防止できる。
【0014】
また、上記課題を解決するための請求項5の発明は、「前記アンテナ用磁心はU字形状であること」を特徴とする。
【0015】
請求項5の発明では、曲面を有するU字形状のアンテナ用磁心を用いることで、電界に広がりを持たせることができる。したがって、アンテナを回転した場合でも、従来と比べて安定した高い受信レベルが得られる。
【0016】
また、上記課題を解決するための請求項6の発明(U字形状のアンテナ用磁心の製造方法)は、「帯状の軟磁性薄帯材料を巻回し積層するとともに、前記軟磁性薄帯材料の巻回しにより曲げ部を形成する第1工程と、巻回し積層した軟磁性薄帯材料を固定する第2工程と、固定した軟磁性薄帯材料を該軟磁性薄帯材料の幅方向に沿って切断し、前記曲げ部を有するアンテナ用磁心を形成する第3工程と、を備えたこと」を特徴とする。
【0017】
請求項6の発明では、軟磁性薄帯材料を巻回し積層したものをシリコン樹脂、テープ等で固定して、半分に切断することで、2つのU字形状のアンテナ用磁心が得られる。量産化が可能で、無駄がないためコスト低減になる。
【0018】
また、上記課題を解決するための請求項7の発明(U字形状のアンテナ用磁心の製造方法)は、「帯状の軟磁性薄帯材料を積層する第1工程と、積層された軟磁性薄帯材料を曲面を有するように中央部で折り返して、積層された前記軟磁性薄帯材料に曲げ部を形成する第2工程と、積層されかつ曲げ部を有する軟磁性薄帯材料を固定し、前記曲げ部を有するアンテナ用磁心を形成する第3工程と、を備えたこと」を特徴とする。
【0019】
請求項7の発明では、軟磁性薄帯材料板を積層したものを中央部で折り返して曲面を有するU字形状のアンテナ用磁心が得られる。切断機等の大型の設備が不要なため、アンテナを少数生産する場合など製造するための設備投資が少なく、コスト面で効果がある。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明のアンテナ及びU字形状のアンテナ用磁心の製造方法を図面に基づいて詳述する。
【0021】
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態のアンテナ10で、帯状のCo系アモルファス11(軟磁性薄帯材料)をアルミナ板12(絶縁体)に巻回し積層した端部に曲率半径Rの曲面16を有するアンテナ用磁心13と、アンテナ用磁心13に巻回された送信用のコイル14と、コイル14に接続された発振回路15とから構成される。
【0022】
アンテナ用磁心13は、厚さ20μmの帯状のCo系アモルファス11をアルミナ板12に巻回後、熱処理を施し両端を樹脂で固定したもので、端部は曲率半径Rの曲面16(2R)が形成される。Co系アモルファス11以外にも高透磁率、低保持力の材料であるアモルファス合金、ナノ結晶磁性合金等の軟磁性薄帯材料の使用が可能である。
【0023】
第1実施形態では、アンテナ用磁心13の積層幅tと曲率半径Rとは、t=2Rの関係で、曲面の大きさ(2R)と積層幅tの比をγとすると、γ=2R/tとなり、第1実施形態においてはγ=1となる。
【0024】
Co系アモルファス11を巻回するアルミナ板12は、材料がアルミナに限定されるのではなく、絶縁体であれば他の材料の使用も可能で、例えば樹脂板、アルミナ以外のセラミック板、シリカガラス板、ソーダガラス板等でもよい。本実施例ではアルミナ板12にCo系アモルファス11を巻回したアンテナ用磁心13を用いたが、Co系アモルファス11を巻回後にアルミナ板12を取り外したものをアンテナ用磁心としてもよい。
【0025】
(第2実施形態)
図2は、本発明の第2実施形態のアンテナ20のアンテナ用磁心21の詳細図で、第1実施形態のアンテナ用磁心13のアルミナ板12を外して中央部の空間を無くし、アンテナ用磁心の端部の曲率半径Rの曲面22の大きさ2Rを、アンテナ用磁心21の積層幅tより大きくした構成である。第2実施形態ではアンテナ用磁心21の積層幅tと曲面22の大きさ2Rとは、t<2Rの関係である。その他の構成については第1実施形態と同じである。
【0026】
図3は、第1実施形態、第2実施形態において、アンテナ用磁心13、21の端部の曲面16、22の曲率半径Rを変えた場合のアンテナ用磁心13、21の長手方向(主磁界軸)の電界強度Hxと、アンテナ用磁心13、21の長手方向と直交する方向(直交磁界軸)の電界強度Hyの差を示したものである。アンテナ用磁心13、21の長手方向の半分の長さの位置を中心に、アンテナ用磁心13、21をX−Y平面状(図1)で90゜回転した際の電界強度Hx、Hyを、X軸上の所定の距離に設置した図示しない受信用アンテナをX軸と直交する向きに置いて測定したものである。
【0027】
アンテナ用磁心13、21の長手方向は、初期の状態ではX軸上にあるが、アンテナ用磁心13、21を90゜回転した場合にはアンテナ用磁心13、21の長手方向はY軸上にある。また、アンテナ用磁心13、21の長手方向と直交する方向は、初期状態ではY軸上にあるが、アンテナ用磁心13、21を90゜回転した場合にはアンテナ用磁心13、21の長手方向と直交する方向はX軸上にある。
【0028】
尚、電界強度Hxと電界強度Hyの差は、値が小さいほど主磁界軸と直交磁界軸の電界強度に差が少ないことを表しており、長手方向と直交する方向の電界強度が高いことを意味する。
【0029】
アンテナ用磁心61(図8)の形状が四角柱で、アンテナ用磁心61の端部は平面65で長方形の形状(積層幅t)を呈する従来技術と比較すると、電界強度Hx、Hyの差は、従来技術では28.0dBであるのに対し、曲面16、22の大きさ2Rと積層幅tの比をγとし、γ=2R/tとすると、γ=1の場合には25.5dBで、2.5dB少なくなっている。またγ=1.75では5.8dB、γ=2.5では4.4dB少ない。
【0030】
図4は、X軸上の所定の距離に設置した図示しない受信用アンテナをX軸と平行な向きに置いて、アンテナ用磁心13、21の端部の曲面16、22の曲率半径Rを変えた場合のアンテナ用磁心13、21の長手方向の電界強度Hxと、アンテナ用磁心13、21の長手方向と直交する方向の電界強度Hyの差を示したものである。図3との違いは受信用アンテナをX軸と平行な向きに置いたことで、その他の測定の条件は図3と同様である。
【0031】
アンテナ用磁心の形状が四角柱で、アンテナ用磁心61(図8)の端部が平面65で長方形の形状(積層幅t)を呈する従来技術と比較すると、電界強度Hx、Hyの差は、従来技術では24.9dBであるのに対し、γ=1の場合には24.6dBで、0.3dB少なくなっている。また、γ=1.75では2.3dB、γ=2.5では2.9dB少ない。
【0032】
このことから、端部の曲率半径Rが大きくなると、アンテナ用磁心13、21の長手方向の電界強度Hxと、アンテナ用磁心の長手方向と直交する方向の電界強度Hyの差が少なくなることがわかる。これはアンテナの受信範囲の広がりを意味する。
【0033】
本発明の第1実施形態、第2実施形態では、帯状のCo系アモルファス11を巻回することで、その端部には曲面16、22が形成され、磁界は曲面16、22に対して法線方向に発生するため、曲面16、22が形成されることでアンテナ用磁心13、21の長手方向に直交する向きの電界強度が向上し、アンテナ用磁心13、21を回転した場合でも、従来と比べて安定した高い受信レベルが得られる。
【0034】
また、従来のアンテナ用磁心は、アモルファス合金薄帯62を巻回した後に、所要形状に切断して四角柱に形成していたが、本発明では切断、研磨等の工程が不要であり、コストの低減ができる。
【0035】
また、請求項1の発明では、Co系アモルファス11をアルミナ板12に巻回し積層した構成とすることで、アンテナ用磁心13を移動体通信手段の装置内に組み込み、移動体通信手段に外部から力がかかり、アンテナ用磁心にねじり応力等が働いた場合でも、アルミナ板12に巻回し積層した構成とすることで、アンテナ用磁心13の強度が向上して、アンテナ用磁心13の変形を防止できる。
【0036】
また、請求項2の発明では、アンテナ用磁心21の端部の曲面22の大きさを、アンテナ用磁心21の積層幅tより大きくすることで、アンテナ用磁心21の長手方向に直交する向きの電界強度がより向上し、アンテナ20の受信範囲が広がる。また、アンテナ用磁心21の体積を少なくでき、移動体通信手段の少ない収容スペースに組み込む場合に有効である。また、アンテナ用磁心21に巻回するコイル23の長さを短くできるため、コストを低減することができる。
【0037】
(第3実施形態)
図5は本発明の第3実施形態のアンテナ30で、一方の端部に曲率半径Rの曲面31を有するU字形状のアンテナ用磁心32である。基本的な構成は、第1実施例のアンテナ用磁心13と同じで、帯状のCo系アモルファス33(軟磁性薄帯材料)をアルミナ板34(絶縁体)に巻回し積層した後、熱処理を施し樹脂で固定したものを切断してU字形状とし、U字形状のアンテナ用磁心32にコイル35を巻回したものである。曲面31を有するU字形状のアンテナ用磁心32を用いることで、アンテナ30の受信範囲が広がり安定した受信レベルが得られる。
【0038】
(第4実施形態)
図6は本発明の第4実施形態のU字形状のアンテナ用磁心40の製造方法を示す図で、Co系アモルファス41を巻回し積層する第1工程と、巻回し積層したCo系アモルファス41を固定する第2工程と、固定したCo系アモルファス41を切断する第3工程とからなる。
【0039】
第1工程では、アンテナ用磁心40は、幅2mm、厚さ20μmの帯状のCo系アモルファス41をアルミナ板42(長さ60mm、厚さ0.8mm)に30層(15ターン)巻回する。第2工程では、アンテナ用磁心40を大気中で熱処理を施した後、アルミナ板42を外して両端をシリコン樹脂で固定したものである。Co系アモルファス41を巻回するための板は、アルミナ板42に限定されるものではなく、絶縁体のプラスチック板、セラミックス板等でもよい。第3工程では、両端をシリコン樹脂で固定したCo系アモルファス41を中央部44付近で切断する。中央部44付近で切断すると左右対称のU字形状のアンテナ用磁心40が2個得られる。
【0040】
第4実施形態のアンテナ磁心40は、第1実施形態のアンテナ磁心2と比べて一度に2個のU字形状で曲面43を有するアンテナ用磁心40が2個得られるため、量産に適しており、無駄がないためコスト低減になる。
【0041】
(第5実施形態)
図7は本発明の第5実施形態のU字形状のアンテナ用磁心50の製造方法を示す図で、Co系アモルファス板51を積層する第1工程と、積層したCo系アモルファス板51を曲面52を有するように中央部53で折り返す第2工程と、折り返したCo系アモルファス板51を固定する第3工程とからなる。
【0042】
第1工程では、アンテナ用磁心50は、幅2mm、厚さ20μm、長さ120mmのCo系アモルファス板51を15枚積層する。第2工程では、Co系アモルファス板51を中央部53で折り返すため、曲面を有する折り曲げ用板54を用いる。折り曲げ用板54は曲面55を備えており、Co系アモルファス板51に曲面52が形成されるようになっている。第3工程では、積層し中央部53で折り曲げて曲面52を有するCo系アモルファス板51を大気中で熱処理を施した後、折り曲げ板54を外してシリコン樹脂で固定したものである。
【0043】
第3実施形態のU字形状のアンテナ磁心50は、切断機等の大型の設備が不要なため、本発明のアンテナを少数生産する場合などに適する。
【0044】
【発明の効果】
本発明は、アンテナ用磁心の長手方向と直交する方向の電界強度が高く、アンテナ用磁心を回転した場合でも安定した受信レベルを得ることができ、生産性が高いアンテナを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態のアンテナである。
【図2】本発明の第2実施形態のアンテナのアンテナ用磁心の詳細図である。
【図3】X軸上の所定の距離に設置した図示しない受信用アンテナをX軸と直交する向きに置いて、アンテナ用磁心の端部の曲面の曲率半径Rを変えた場合のアンテナ用磁心の長手方向の電界強度Hxと、アンテナ用磁心の長手方向と直交する方向の電界強度Hyの差を示したものである。
【図4】X軸上の所定の距離に設置した図示しない受信用アンテナをX軸と平行な向きに置いて、アンテナ用磁心の端部の曲面の曲率半径Rを変えた場合のアンテナ用磁心の長手方向の電界強度Hxと、アンテナ用磁心の長手方向と直交する方向の電界強度Hyの差を示したものである。
【図5】本発明の第3実施形態のアンテナで、一方の端部に曲率半径Rの曲面を有するU字形状のアンテナ用磁心である。
【図6】本発明の第4実施形態のU字形状のアンテナ用磁心の製造方法を示す図である。
【図7】本発明の第5実施形態のU字形状のアンテナ用磁心の製造方法を示す図である。
【図8】従来のアンテナの構成を示す図である。
【符号の説明】
10 アンテナ
11 Co系アモルファス(軟磁性薄帯材料)
12 アルミナ板(絶縁体)
13 アンテナ用磁心
14 コイル
16 曲面
Claims (7)
- 帯状の軟磁性薄帯材料を該軟磁性薄帯材料の長手方向に巻回し積層させてなり、前記長手方向における少なくとも一方の端部が前記軟磁性薄帯材料を巻回して形成される曲げ部とされているアンテナ用磁心と、
前記アンテナ用磁心の周りに前記軟磁性薄帯の幅方向に巻回された少なくとも1つのコイルと、からなるアンテナ。 - 前記軟磁性薄帯材料を巻回して形成される曲げ部としての前記端部は曲面を有すること、を特徴とする請求項1に記載のアンテナ。
- 前記アンテナ用磁心の端部の曲面の大きさは、前記アンテナ用磁心の積層幅より大きいこと、を特徴とする請求項2に記載のアンテナ。
- 前記アンテナ用磁心は、前記軟磁性薄帯材料を絶縁体に巻回し積層した構成であること、を特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のアンテナ。
- 前記アンテナ用磁心はU字形状であること、を特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載のアンテナ。
- 帯状の軟磁性薄帯材料を巻回し積層するとともに、前記軟磁性薄帯材料の巻回しにより曲げ部を形成する第1工程と、巻回し積層した軟磁性薄帯材料を固定する第2工程と、固定した軟磁性薄帯材料を該軟磁性薄帯材料の幅方向に沿って切断し、前記曲げ部を有するアンテナ用磁心を形成する第3工程と、を備えたU字形状のアンテナ用磁心の製造方法。
- 帯状の軟磁性薄帯材料を積層する第1工程と、積層された軟磁性薄帯材料を曲面を有するように中央部で折り返して、積層された前記軟磁性薄帯材料に曲げ部を形成する第2工程と、積層されかつ曲げ部を有する軟磁性薄帯材料を固定し、前記曲げ部を有するアンテナ用磁心を形成する第3工程と、を備えたU字形状のアンテナ用磁心の製造方法。
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