JP2004297805A

JP2004297805A - 導電性金属線の芯材を備えた導電性フィラー充填樹脂系材料から成る低コストのアンテナ

Info

Publication number: JP2004297805A
Application number: JP2004087200A
Authority: JP
Inventors: Thomas Aisenbrey; トーマス・アイゼンブリー
Original assignee: Integral Technologies Inc
Current assignee: Integral Technologies Inc
Priority date: 2003-03-24
Filing date: 2004-03-24
Publication date: 2004-10-21
Also published as: CN1538555A; EP1463146A1; KR20040084789A; CA2461969C; CA2461969A1

Abstract

【課題】モールド成形法を用いて製作する低コストのアンテナ、並びに、かかるアンテナの製作方法に関する。
【解決手段】アンテナエレメントは、導電性金属線の芯材を備えた導電性フィラー充填樹脂系材料で形成する。導電性金属線の芯材は、単線の金属線としてもよく、撚線の金属線としてもよく、絶縁被覆層を備えた金属線としてもよく、絶縁被覆層を備えない金属線としてもよい。導電性フィラー充填樹脂系材料は、ミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはミクロンオーダーの導電性粉体、またはそれらの混合物を、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に均一に分散させて成る材料であり、樹脂ホスト材料の重量に対する、ミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはミクロンオーダーの導電性粉体、またはそれらの混合物の重量比は、一般的に約０．２０〜約０．４０の範囲内の値とする。
【選択図】図１０

Description

本発明は、モールド成形法を用いて製作した、導電性金属線の芯材を備えた導電性フィラー充填樹脂系材料から成るアンテナに関するものであり、その導電性フィラー充填樹脂系材料は、モールド成形が完了した時点で、ミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはミクロンオーダーの導電性粉体、またはそれらの混合物を、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に均一に分散させた材料となっている。そしてこれによって、ＥＭＦスペクトル領域ないし電子スペクトル領域において大きな有用性を発揮する、導電性を備えた構成部品ないし材料が形成されている。

本件特許出願は、米国特許仮出願第60/456,970号（2003年3月24日出願）に基づく優先権を主張するものである。該米国特許仮出願第60/456,970号は、米国特許出願第10/309.429号（2002年12月4日出願）の一部継続出願であり、該米国特許出願第10/309.429号の開示内容も、この言及をもってその全体が本願開示に組込まれたものとする。また、該米国特許出願第10/309.429号は、米国特許出願第10/075,778号（2002年2月14日出願）の一部継続出願であり、更に、該米国特許出願第10/075,778号は、米国特許仮出願第60/317,808号（2001年9月7日出願）、同第60/269,414号（2001年2月16日出願）、及び同第60/317,808号（2001年2月15日出願）に基づく優先権を主張するものである。

アンテナは、無線リンクを含む電子通信システムにとって、非常に重要な構成要素である。低コストのアンテナは、そのような電子通信システムに大きな利点をもたらすものである。

米国特許第5,771,027号公報（Marks et al.）には、グリッド構造を有する複合アンテナが記載されている。この複合アンテナは多層構造体として構成されており、そのグリッド構造は、多層構造体の各層を形成している樹脂で補強した布の縦糸に、導電性繊維を編み込むことによって構成されている。

米国特許第6,249,261 B1号公報（Solberg, Jr. et al.）には、電波方向探知器に使用する材料が記載されており、この材料は導電性を有するポリマー複合材料である。
米国特許第4,134,120号公報（DeLoach et al.）には、ファイバ強化樹脂材料で製作したアンテナが記載されている。

米国特許第6,531,983 B1号公報（Hirose et al.）には、回路パターンを導電性薄膜樹脂材料で形成した誘電体アンテナが記載されている。
米国特許第6,320,753 B1号公報（Launay）には、導電性インクである導電性樹脂材料をシルクスクリーン印刷してアンテナを製作するようにした、アンテナの製作方法が記載されている。

米国特許第6,617,976 B1号公報（Walden et al.）には、導電性プラスチックを用いてアンテナを製作できるということが教示されているが、ただしその詳細については記載されていない。

米国特許第6,486,853 B2号公報（Yoshinomoto et al.）には、絶縁材料製のコア部材に導線を巻回したアンテナが記載されている。絶縁材料製のコア部材は、押出成形法を用いて形成し得るものである。そのコア部材の中に金属線は埋設されていない。

米国特許第6,317,102号公報（Stambeck）には、金属線などの金属製コアの周囲を絶縁被覆層で被覆したアンテナ装置が記載されている。
米国特許第5,635,943号公報（Grunwell）には、導電性コアの周囲を絶縁被覆層で被覆して形成したアンテナエレメントを備えたアンテナが記載されている。導電性コアは、剛体のロッドとしてもよく、金属線を巻回して形成した半剛体のコイルとしてもよい。また、絶縁被覆層は、押出成形法を用いて導電性コアの周囲にプラスチック薄膜を被覆することによって形成することができる。

本件特許出願の出願人に譲渡された整理番号INT-03-001の米国特許出願（出願番号及び出願日は未知であり、発明の名称は "Low Cost Antennas and Electromagnetic (EMF) Absorption in Electronic circuit Packages or Transceivers Using Conductive Loaded Resin-Based Materials" である）には、導電性フィラー充填樹脂系材料を用いた低コストのアンテナ及び電磁波吸収体が記載されている。

米国特許第5,771,027号公報米国特許第6,249,261号公報米国特許第4,134,120号公報米国特許第6,531,983号公報米国特許第6,320,753号公報米国特許第6,617,976号公報米国特許第6,486,853号公報米国特許第6,317,102号公報米国特許第5,635,943号公報

アンテナは、無線リンクを含む電子通信システムをはじめとする様々な電子回路にとって、非常に重要な構成要素である。アンテナのコストを低減し、製作を容易化することによって、そのような電子通信システムに大きな利点をもたらすことができる。特に、モールド成形法を用いて製作した低コストのアンテナは、そのような電子通信システムにとって、単に製作面での大きな利点をもたらすばかりでなく、２Ｄ、３Ｄ、４Ｄ、及び５Ｄの電気特性に関連したアンテナ特性面でも種々の利点をもたらし、それら利点のうちには、モールド成形法を用いて実際の構成部品を製作することによって得られる機械構造的な利点や、モールド成形法を用いて製作した構成部品の内部に形成される網状の導電構造におけるポリマーの物性に関する利点などが含まれる。

本発明の主たる目的の１つは、モールド成形法を用いて製作した、導電性金属線の芯材を備えた導電性フィラー充填樹脂系材料から成る、低コストで、高性能で、高効率のアンテナを提供することにある。モールド成形法を用いてこのアンテナを製作するための材料である導電性フィラー充填樹脂系材料は、ミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはミクロンオーダーの導電性粉体、またはそれらの混合物を、モールド成形の工程において、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に均一に分散させて成るものであり、また、導電性金属線の芯材を備えたものである。

本発明のもう１つの主たる目的は、モールド成形法を用いて製作する、導電性金属線の芯材を備えた導電性フィラー充填樹脂系材料から成る、低コストで、高性能で、高効率のアンテナの製作方法を提供することにある。モールド成形法を用いてこのアンテナを製作するための材料である導電性フィラー充填樹脂系材料は、ミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはミクロンオーダーの導電性粉体、またはそれらの混合物を、モールド成形の工程において、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に均一に分散させて成るものであり、また、導電性金属線の芯材を備えたものである。

以上の目的は、モールド成形法を用いて、導電性金属線の芯材の周囲に導電性フィラー充填樹脂系材料を被覆して、アンテナを製作することにより達成される。使用する導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料に導電性フィラーを充填することによって、絶縁材料ではなく導電材料の樹脂系材料としたものである。また、その樹脂材料は、構造材料として機能するものであり、その樹脂材料に、ミクロンオーダーの導電性粉体、またはミクロンオーダーの導電性ファイバ、またそれらの混合物を充填することによって、絶縁材料ではなく導電材料の複合材料としたものである。樹脂材料の中に均一に分散させるミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはミクロンオーダーの導電性粉体、またはそれらの混合物は、その配向方向をモールド成形の工程において高精度で制御することができる。また、導電性金属線の芯材としては、任意の金属線を使用することができ、例えば銅線、ニッケル線、ステンレス鋼線、銀線などを用いることができる。また、この金属線は、必要とされる電気特性に応じて、単線の金属線としてもよく、撚線の金属線としてもよく、絶縁被覆層を備えた金属線としても、備えない金属線としてもよい。

かかる導電性フィラー充填樹脂系材料は、モールド成形法を用いて、導電性金属線の芯材の周囲に様々な形状及び寸法で被覆することができ、採用可能なモールド成形法としては、例えば、射出成形法、オーバーモールド法、熱硬化成形法、押出成形法、共押出成形法、それに圧縮成形法などの様々な方法がある。導電性金属線の芯材は、単線の金属線としてもよく、撚線の金属線としてもよく、絶縁被覆層を備えた金属線としても、備えない金属線としてもよい。また、採用するモールド成形法を適宜選択すると共に、使用する金属線の番手や、その金属線の種類を適宜設定することによって、アンテナの電気特性を所望の特性とすることができる。更に、かかる導電性フィラー充填樹脂系材料は、モールド成形法を用いて成形する際に、最終的な構成部品としての形状及び寸法に成形するばかりでなく、板状や棒状などの形状に成形するようにしてもよい。その場合には、その板状ないし棒状の材料に対して、切断加工、スタンピング加工、切削加工、積層加工、真空成形加工などの様々な加工を施して、導電性金属線の周囲に被覆することにより、最終的な構成部品ないしアンテナエレメントとしての所望の形状及び寸法に仕上げるようにすればよい。最終的に得られるアンテナエレメントの特性は、金属線の番手や種類に影響される他に、導電性フィラー充填樹脂系材料の組成によっても影響される。それゆえ、その組成を調節して精密に制御することにより、モールド成形法によって成形される材料の特性を、所望の特性とするようにすればよい。

本発明は、モールド成形法を用いて製作した、導電性金属線の芯材を備えた導電性フィラー充填樹脂系材料から成るアンテナに関するものであり、その導電性フィラー充填樹脂系材料は、モールド成形が完了した時点において、ミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはミクロンオーダーの導電性粉体、またはそれらの混合物を、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に均一に分散させた材料となっている。

本発明における導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料に導電性フィラーを充填することによって、その樹脂材料を、絶縁材料ではなく導電性材料としたものである。樹脂材料は、モールド成形法を用いて形成する構成部品に必要とされる強度を付与するための構造材料としての役割を果たすものである。また、モールド成形の工程において、ミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはミクロンオーダーの導電性粉体、またはそれらの混合物が樹脂材料の中に均一に分散することによって、電気的接続に必要とされる導電性を備えた材料となる。

かかる導電性フィラー充填樹脂系材料は、押出成形法や共押出成形法などをはじめとする、様々なモールド成形法を用いて、殆どいかなる形状及び寸法にも成形することができる。モールド成形した導電性フィラー充填樹脂系材料に対して更に加工を施すことも可能であり、例えば、射出成形法、押出成形法、共押出成形法などを用いて製作した板状または棒状の材料に対して、切断加工、スタンピング加工、真空成形加工を施すことも可能であり、また、オーバーモールド加工、積層加工、切削加工などを施してアンテナとしての所望の形状及び寸法に仕上げることも可能である。導電性フィラー充填樹脂系材料で製作するアンテナの電気特性は、使用する導電性フィラー充填樹脂系材料の材料組成に影響される。導電性フィラー充填樹脂系材料の機械特性や電気特性をはじめとする様々な物理特性を所望の特性とするには、導電性フィラー充填樹脂系材料に充填する導電性フィラーの充填量に関するパラメータを調節するとよい。アンテナを形成するために使用する成分材料を選定したならば、それら成分材料をモールド成形の工程で均一に混合するようにし、また、モールド成形法としては、射出成形法、オーバーモールド法、熱硬化成形法、押出成形法、共押出成形法、等々の方法を用いることができる。これによって得られる２Ｄ、３Ｄ、４Ｄ、及び５Ｄ構造に関する特性、モールド成形特性、それに電気特性は、種々の利点をもたらすものであり、それら利点のうちには、モールド成形法を用いて実際の構成部品を製作することによって得られる、機械特性及び電気特性に関する利点や、モールド成形法を用いて製作した構成部品ないし材料の内部に形成される、網状の導電構造におけるポリマーの物性に関する利点などが含まれる。

導電性フィラー充填樹脂系材料を用いてアンテナを製作することによって、材料コスト及び設計コストを大幅に低減でき、またそれと共に、かかる材料は所望の形状及び寸法に形成できることから、寸法誤差を非常に小さな許容範囲内に維持するために必要となる製作コストも、大幅に低減することができる。更に、従来の一般的な成形法を用いて、無数の様々な形状及び寸法のアンテナを製作することができ、用いることのできる一般的な成形法には、射出成形法、オーバーモールド法、押出成形法、共押出成形法、及びその他の方法がある。

モールド成形法によって成形が完了した時点での導電性フィラー充填樹脂系材料の導電率の望ましい実用範囲は、約５オーム／スクエア〜約２５オーム／スクエアの範囲であるが、ただしこれに限られるものではなく、導電率の値をこの範囲から外れる値とすることもある。導電率の値を変更するには、導電性フィラーの充填量のパラメータを変更するようにしてもよく、また、使用する樹脂材料の種類を変更するようにしてもよい。

導電性フィラー充填樹脂系材料としては、ミクロンオーダーの導電性粉体、またはミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはそれらの混合物を充填して成る材料を使用する。充填するそれら導電性フィラーは、モールド成形の工程において樹脂材料の中に均一に分散され、それによって、容易に製作でき、低コストで、導電性に優れ、寸法誤差の小さな構成部品ないし回路部品を製作することのできる、導電性フィラー充填樹脂系材料が得られる。ミクロンオーダーの導電性粉体としては、例えば、カーボンパウダー、グラファイトパウダー、それにアミンパウダーなどの粉体、及び／または、ニッケル、銅、銀、それにメッキ粉体などの金属粉体を用いることができる。カーボンパウダーやグラファイトパウダーを使用した場合には、それによって、低活性レベルの電子交換能力が付加され、また、カーボンパウダーやグラファイトパウダーを、ミクロンオーダーの導電性ファイバと併用した場合には、導電性ファイバにより形成されるミクロンオーダーの網状の導電構造の内部に、ミクロンオーダーの導電性フィラーであるそれらパウダーが入り込むために、更に導電性を高まり、またそれと共に、それらパウダーが、モールド成形機の潤滑剤としての機能も果たすことになる。ミクロンオーダーの導電性ファイバとしては、例えば、ニッケルメッキしたカーボンファイバ、ステンレス鋼ファイバ、銅ファイバ、銀ファイバ、等々を用いることができ、また、それらのうちの２種類以上を混合して用いるようにしてもよい。構造材料としての機能を果たす樹脂材料としては、例えば、任意のポリマー系樹脂材料などを用いることができる。構造材料としての機能を果たす樹脂材料としては、例えば、GE PLASTICS社（米国、マサチューセッツ州、Pittsfield）が製造している幾つかのポリマー樹脂、同じくGE PLASTICS社が製造しているその他の一連の樹脂材料、その他のメーカーが製造している一連の樹脂材料、GE SILICONES社（米国、ニューヨーク州、Waterford）が製造している幾つかのシリコーン材料、それに、その他のメーカーが製造している、可撓性を有する幾つかの樹脂系ラバー複合材料などを用いることができ、更にその他にも、使用可能な様々な樹脂材料がある。

ミクロンオーダーの導電性粉体、またはミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはそれらの混合物を充填した構造材料であるこの導電性フィラー充填樹脂系材料は、射出成形法、オーバーモールド法、押出成形法、それに共押出成形法などをはじめとする、一般的な種々のモールド成形法を用いて、所望の形状及び寸法に成形することができる。また、モールド成形法を用いて成形した導電性フィラー充填樹脂系材料に対しては、必要に応じて更に、スタンピング加工、切断加工、切削加工などを施すことができ、それによって、アンテナ形状に関するファクタを所望の値にすることができる。導電性フィラー充填樹脂系材料に充填するミクロンオーダーの導電性フィラーの配合量と、その配向方向とは、アンテナの電気特性及び機械特性に影響を及ぼすものであり、それらは、成形型の構造、成形機のゲート部の構造、及び／または、成形機の押出部の構造を適宜設計することによっても精密に制御することができ、また、モールド成形の工程の実行の仕方を適宜定めることによっても精密に制御することができる。

樹脂系積層材料を製作することもでき、それには、例えば、ミクロンオーダーのステンレス鋼ファイバなどの導電性ファイバを、連続的に編み上げるか、或いは、ランダムに絡み合わせることによって、布状の材料を形成する。そして、その導電性ファイバで形成した布状の材料を、例えばテフロン（登録商標）、ポリエステルなどの材料や、樹脂系の可撓性を有する材料、ないしは単線から成る材料と貼り合わせるなどすればよく、このようにして製作した積層材料は、その導電性ファイバの含有量、配向方向、及び形状を適宜選定することによって、導電性及び可撓性に優れた布状材料となる。

このような布状材料で製作したアンテナは、衣服に縫い込むことも可能であり、また、ゴム材料やプラスチック材料などの絶縁材料に埋め込むことも可能である。導電性ファイバを編み上げて、または絡み合わせて、積層材料または布状の材料の一部を成す導電材料として使用するときには、その導電性ファイバの直径を、約３μｍ〜約１２μｍの範囲内のものとし、また一般的には、約８μｍ〜約１μｍの範囲内、即ち約１０μｍの前後の範囲内のものとするのがよく、また、長手方向に継ぎ目のない導電性ファイバ、または長手方向に重なり部を有する導電性ファイバとするのがよい。

本発明における導電性フィラー充填樹脂系材料は、樹脂材料をホスト材料とし、この樹脂ホスト材料の中に、導電性粒体から成るミクロンオーダーの粉体、または導電性材料から成るファイバ（導電性ファイバ）、またはそれらの混合物を充填して成る材料である。図１Ａは、導電性フィラー充填樹脂系材料の１つの実施の形態２１２の断面を示した断面図であり、この実施の形態では、樹脂ホスト材料２０４の中に、導電性粒体２０２から成る粉体が充填されている。この実施の形態では、粉体を構成している導電性粒体２０２の粒径２００は、約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にある。図１Ｂは、導電性フィラー充填樹脂系材料の別の１つの実施の形態２１２の断面を示した断面図であり、この実施の形態では、樹脂ホスト材料２０４の中に、導電性ファイバ２１０が充填されている。導電性ファイバ２１０の直径２０６は約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にあり、典型的には、１０μｍ前後の範囲内、即ち、約８μｍ〜約１２μｍの範囲内にあるようにする。また、図１Ｂの実施の形態では、導電性ファイバ２１０の長さ２０８は、約２ｍｍ〜約１４ｍｍの範囲内にある。図１Ｃは、導電性フィラー充填樹脂系材料の更に別の１つの実施の形態２１２の断面を示した断面図であり、この実施の形態では、樹脂ホスト材料２０４の中に、導電性粒体２０２から成る粉体と、導電性ファイバ２１０とが充填されている。この実施の形態では、粉体を構成している導電性粒体２０２の粒径２００は、約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にある。また、図１Ｃの実施の形態では、導電性ファイバ２１０の直径２０６は、約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にあり、典型的には、１０μｍ前後の範囲内、即ち、約８μｍ〜約１２μｍの範囲内にあるようにする。また、図１Ｃの実施の形態では、導電性ファイバ２１０の長さ２０８は、約２ｍｍ〜約１４ｍｍの範囲内にある。

導電性粒体２０２ないし導電性ファイバ２１０として用いる導電材料は、例えば、ステンレス鋼、ニッケル、銅、それに銀などの適当な金属材料などとすればよく、またその他の導電性を有する適当なファイバ状の材料なども使用でき、２種類以上の材料を組合せて使用するようにしてもよい。そして、そのような導電性粒体や導電性ファイバを、樹脂ホスト材料の中に均一に分散させるようにする。既述のごとく、この導電性フィラー充填樹脂系材料の導電率の値は、約５オーム／スクエア〜約２５オーム／スクエアの範囲内の値とするのが一般的であるが、この範囲から外れる値とすることもあり、導電率の値を変更するには、導電性フィラーの配合量に関するパラメータ、及び／または、使用する樹脂材料の種類を変更するなどすればよい。導電率の値を上述した範囲内の値とする場合には、樹脂ホスト材料２０４の重量に対する、それに充填する導電性粒体２０２及び／または導電性ファイバ２１０から成る導電性フィラーの重量比を、約０．２０〜約０．４０の範囲内とし、好ましくは、約０．３とするのがよい。導電性フィラーとして、ステンレス鋼ファイバを使用する場合には、その直径が８μｍ〜１１μｍの範囲内にあり、その長さが４ｍｍ〜６ｍｍの範囲内にあるステンレス鋼ファイバを使用するようにし、また、樹脂ホスト材料の重量に対するそのステンレス鋼ファイバの重量比が０．３０になるような配合量とするのがよく、そうすれば、あらゆるＥＭＦスペクトル領域において高い効率を達成することのできる、非常に高い導電率を備えた材料とすることができる。

以上に説明した導電性フィラー充填樹脂系材料を、モールド成形法を用いて成形することによって、様々な電子部品、アンテナエレメント、ないしはＥＭＦ吸収体を形成することができ、そのモールド成形法としては、射出成形法、押出成形法、共押出成形法、それに化学反応を伴うモールド成形法などをはじめとする、様々なモールド成形法を用いることができる。図２は、射出成形用の成形型を示した簡略化した模式図であり、同図には、下型２３０と上型２３１とが示されている。成分材料の配合を完了した導電性フィラー充填樹脂系材料を、注入開口２３５からモールドキャビティ２３７の中へ注入する。この注入が完了した時点で、樹脂ホスト材料の中に導電性フィラーが均一に分散した状態となっており、それを加熱して硬化させる。硬化が完了したならば、成形型の上型２３１と下型２３０とを分離して、形成した導電性を有するアンテナエレメントを取出すようにする。

図３は、押出成形法または共押出成形法によってアンテナエレメントを形成するための押出成形機の簡略化した模式図である。押出機構または共押出機構のホッパ２３９の中に導電性フィラー充填樹脂系材料の成分材料を投入し、このホッパ２３９は、投入された成分材料をバレル２３４の中へ供給する。次に、加熱溶融した、或いは化学反応により硬化するようにした導電性フィラー充填樹脂系材料を、ピストン、スクリュー、プレスなどの適宜の手段（図３に示した具体例ではスクリュー２３６）によって、押出開口２４０から押し出すようにする。すると、この押出開口２４０によって、その加熱溶融した、或いは化学反応により硬化するようにした導電性フィラー充填樹脂系材料に、所望の形状が付与される。続いて、化学反応によって、或いは熱的変化によってその導電性フィラー充填樹脂系材料が完全に硬化して、高い硬度を有する状態または弾性を有する状態になったならば、それによって使用可能となる。

図４Ａ及び図４Ｂは、上述した導電性フィラー充填樹脂系材料の、好適な構成例を示した図である。導電性フィラー充填樹脂系材料は、それを繊維状に形成した上で、その繊維状にしたものを織り上げるか、または絡み合わせることによって、導電性織物とすることができる。また、導電性フィラー充填樹脂系材料は、それを撚糸状に形成した上で、図示したように織り上げることも可能である。図４Ａには、繊維状にした導電性フィラー充填樹脂系材料を、２次元的に織り上げて形成した導電性織物２３０を示した。また、図４Ｂには、繊維状にした導電性フィラー充填樹脂系材料を、互いに絡み合わせて形成した導電性織物２３２を示した。繊維状にした導電性フィラー充填樹脂系材料を絡み合わせたものでは、導電性ファイバがつながり合った撚糸状の材料がランダムに絡み合っている。このようにして形成する図４Ａの導電性織物２３０と、図４Ｂの導電性織物２３２とは、いずれも、非常に薄い織物とすることも、厚手の織物とすることもでき、剛性を有するものとすることも、可撓性を有するものとすることもでき、更には、かたまり状に形成することも可能である。

同様にして、ステンレス鋼ファイバなどのミクロンオーダーの導電性ファイバを織り上げ、或いは絡み合わせたものを用いて、金属質でしかも布状の材料を形成することも可能である。また、このように導電性ファイバを織り上げ、或いは絡み合わせて形成した、導電性を有する布状の材料を、例えばポリエステル、テフロン（登録商標）、ケブラーなどの、適当な樹脂系材料の層に貼り合わせて、積層材料とすることも可能である。こうして形成した導電性の織物材料は、それを裁断することで、所望の形状及び寸法にすることができる。

次に図５〜図１１を参照して、本発明に係るアンテナについて説明して行く。それらの図に示したアンテナは、モールド成形法を用いて導電性金属線の芯材の周囲に導電性フィラー充填樹脂系材料を被覆して製作したものである。導電性金属線から成る芯材は、単線の金属線としてもよく、撚線の金属線としてもよい。また、絶縁被覆層を備えた金属線としてもよく、絶縁被覆層を備えない金属線としてもよい。図５は、導電性金属線４００の芯材と、モールド成形法を用いてこの芯材の周囲に被覆した導電性フィラー充填樹脂系材料４０２の被覆層とで形成した、アンテナエレメント４１２として使用する部材を示した斜視図である。導電性金属線４００を備えたことによって、導電性フィラー充填樹脂系材料が、アンテナエレメントを形成するための材料としてより効果的な材料となっている。導電性金属線の芯材を備えた導電性フィラー充填樹脂系材料から成るアンテナエレメント４１２を製作するためのモールド成形法としては、例えば、押出成形法、共押出成形法、圧縮成形法、それに射出成形法などの方法を用いることができる。また、導電性金属線の芯材を備えた導電性フィラー充填樹脂系材料から成るアンテナエレメント４１２は、導電性金属線を超音波挿入することによっても製作することができ、更に、インサートモールド法や、オーバーモールド法によっても製作することができる。導電性金属線の芯材を備えることによって、アンテナエレメント４１２の性能が向上するばかりでなく、更に、アンテナエレメントと信号線との間の接続、並びにアンテナエレメントどうしの接続も容易になる。尚、図５に示したように、導電性金属線４０２の芯材を、導電性フィラー充填樹脂系材料４０２の端部から突出させておくようにしてもよい。

図６は、図５に示したアンテナエレメント４１２の縦断面図であり、導電性フィラー充填樹脂系材料４０２で周囲を被覆された金属線の芯材４００を示した図である。この図６に示したのは、絶縁被覆層を備えていない、単線の金属線から成る芯材４００である。ただし、図７Ａ〜図７Ｄに示したように、金属線の芯材４００は、単線の金属線としてもよく、撚線の金属線としてもよい。また、絶縁被覆層を備えた金属線としてもよく、絶縁被覆層を備えない金属線としてもよい。図７Ａは、図５に示したアンテナエレメント４１２の横断面図であり、絶縁被覆層を備えない単線の金属線を芯材として使用し、断面形状を円形とした場合のアンテナエレメントを示した図である。図７Ｂは、図５に示したアンテナエレメント４１２の横断面図であり、絶縁被覆層を備えた単線の金属線を芯材４００として使用し、断面形状を円形とした場合のアンテナエレメントを示しており、その絶縁被覆層４０３は、単線の金属線から成る芯材４００と、導電性フィラー充填樹脂系材料４０２との間にある。図７Ｃは、図５に示したアンテナエレメント４１２の横断面図であり、絶縁被覆層を備えない撚線の金属線を芯材として使用し、断面形状を円形とした場合のアンテナエレメントを示した図である。図７Ｄは、図５に示したアンテナエレメント４１２の横断面図であり、絶縁被覆層を備えた撚線の金属線を芯材４００として使用し、断面形状を円形とした場合のアンテナエレメントを示しており、その絶縁被覆層４０３は、撚線の金属線から成る芯材４００と、導電性フィラー充填樹脂系材料４０２との間にある。以上に説明した方法によって製作するアンテナエレメントは、その断面形状を任意の形状にすることができ、その１つの例を図８に示した。図８は、図５に示したアンテナエレメント４１２の横断面図であり、断面形状を角形とした場合のアンテナエレメントを示した図である。尚、アンテナエレメントの断面形状は、これら以外の、更にその他の形状とすることも可能である。

図９に示したように、複数のアンテナエレメントを製作する際には、導電性金属線の芯材４００の周囲を導電性フィラー充填樹脂系材料４０２で被覆した長尺の部材を形成するようにするとよい。続いて、その長尺の部材を切断して個々のアンテナエレメント４１４を製作する。

図１０に示したのはダイポールアンテナの断面図であり、このダイポールアンテナは、放射エレメントであるアンテナエレメント１２と、カウンタポイズエレメントであるアンテナエレメント１０とを備えており、それらアンテナエレメント１０、１２は、導電性金属線の芯材４００を備えた導電性フィラー充填樹脂系材料４０２で形成されている。このアンテナを構成している、放射エレメント１２及びカウンタポイズエレメント１０は、その各々が、長さ２４を有し、また、この長さ２４の方向に直交する断面の形状が所定形状とされている。一般的に、長さ２４は、その断面の断面積の平方根の３倍より大きくするようにしている。同軸ケーブル５０は、その中心導体１４が、放射エレメント１２の導電性金属線の芯材４００に接続されている。この同軸ケーブル５０のシールド導体５２は、カウンタポイズエレメント１０の導電性金属線の芯材４００に接続されている。放射エレメント１２の長さとカウンタポイズエレメント１０の長さとは同一であり、その長さは、このアンテナの最適受信周波数ないし最適送信周波数の４分の１波長の整数倍になるようにしてある。このアンテナの共振インピーダンスは、同軸ケーブル５０のインピーダンスに非常に近い値としてあり、これによって、このアンテナと同軸ケーブル５０との間の電力伝送率を最大にしている。

図１１に示したのはモノポールアンテナとした実施の形態であり、このモノポールアンテナは、放射エレメントであるアンテナエレメント２０を備えており、このアンテナエレメント２０は、導電性金属線の芯材４００を備えた導電性フィラー充填樹脂系材料４０２で形成されている。放射エレメント２０は、接地導体板２２に対して垂直に立設されている。また、放射エレメント２０は、接地導体板２２から絶縁されている。接地導体板２２は、適当な導電材料で形成すればよく、その導電材料は、金属材料としてもよく、導電性フィラー充填樹脂系材料としてもよい。放射エレメント２０の高さは、この放射エレメント２２の断面積の平方根の３倍より大きくするようにしている。同軸ケーブル５０は、その中心導体１４が、放射エレメント１２の導電性金属線の芯材４００に接続されている。この同軸ケーブル５０のシールド導体５２は、接地導体板２２に接続されている。放射エレメント１２の長さは、このアンテナの最適受信周波数ないし最適送信周波数の４分の１波長の整数倍になるようにしてある。このアンテナの共振インピーダンスは、同軸ケーブル５０のインピーダンスに非常に近い値としてあり、これによって、このアンテナと同軸ケーブル５０との間の電力伝送率を最大にしている。

図５、図６、及び図８〜図１１に示した実施の形態は、絶縁被覆層を備えない単線の金属線から成る導電性金属線の芯材を備えたものであるが、導電性金属線の芯材としては、図７Ａ〜図７Ｄに示したように、絶縁被覆層を備えた単線の金属線、絶縁被覆層を備えない撚線の金属線、及び／または、絶縁被覆層を備えた撚線の金属線を使用することも可能である。

以上に本発明をその幾つかの好適な実施の形態に即して具体的に図示して説明したが、当業者には容易に理解されるように、それら実施の形態は、本発明の概念及び範囲から逸脱することなく様々な形態及び細部構造に関する変更を加え得るものである。

導電性材料の粉体を充填した導電性フィラー充填樹脂系材料の断面を示した断面図である。導電性ファイバを充填した導電性フィラー充填樹脂系材料の断面を示した断面図である。ミクロンオーダーの導電性粉体とミクロンオーダーの導電性ファイバとの両方を充填した導電性フィラー充填樹脂系材料の断面を示した断面図である。射出成形品を形成するための装置を示した簡略化した模式図である。押出成形品または共押出成形品を形成するための装置を示した簡略化した模式図である。導電性フィラー充填樹脂系材料の繊維を織り上げて形成した導電性織物のその繊維を示した平面図である。導電性フィラー充填樹脂系材料の繊維をランダムに絡み合わせて形成した導電性織物のその繊維を示した平面図である。導電性金属線の芯材を備えた導電性フィラー充填樹脂系材料から成る部材の斜視図である。導電性金属線の芯材を備えた図５の導電性フィラー充填樹脂系材料から成る部材の縦断面図である。導電性金属線の芯材として絶縁被覆層を備えない単線の金属線を使用し、断面形状を円形とした図５の導電性フィラー充填樹脂系材料の横断面図である。導電性金属線の芯材として絶縁被覆層を備えた単線の金属線を使用し、断面形状を円形とした図５の導電性フィラー充填樹脂系材料の横断面図である。導電性金属線の芯材として絶縁被覆層を備えない撚線の金属線を使用し、断面形状を円形とした図５の導電性フィラー充填樹脂系材料の横断面図である。導電性金属線の芯材として絶縁被覆層を備えた撚線の金属線を使用し、断面形状を円形とした図５の導電性フィラー充填樹脂系材料の横断面図である。導電性金属線の芯材を備え、断面形状を角形とした図５の導電性フィラー充填樹脂系材料の横断面図である。切断して個々のアンテナエレメントとする、導電性金属線の芯材の周囲を導電性フィラー充填樹脂系材料で被覆した長尺の部材の断面図である。導電性金属線の芯材を備えた導電性フィラー充填樹脂系材料でアンテナエレメントを形成したダイポールアンテナの断面図である。導電性金属線の芯材を備えた導電性フィラー充填樹脂系材料でアンテナエレメントを形成したモノポールアンテナの断面図である。

Claims

アンテナにおいて、
所定数のアンテナエレメントと、該所定数のアンテナエレメントに対する電気配線とを備え、
前記アンテナエレメントは、導電性金属線と、該導電性金属線の周囲を被覆する導電性フィラー充填樹脂系材料製の被覆層とを有し、前記導電性フィラー充填樹脂系材料は、ミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはミクロンオーダーの導電性粉体、または該導電性ファイバと該導電性粉体との混合物を、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に均一に分散させて成る材料であり、前記樹脂ホスト材料の重量に対する、前記導電性ファイバ、前記導電性粉体、或いは、前記導電性ファイバと前記導電性粉体との前記混合物の重量比が約０．２０〜約０．４０の範囲内であることを特徴とするアンテナ。
前記導電性金属線は、絶縁被覆層を備えない単線の金属線であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
前記導電性金属線は、絶縁被覆層を備えた単線の金属線であり、該絶縁被覆層は、前記単線の金属線と、前記導電性フィラー充填樹脂系材料から成る前記被覆層との間にあることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
前記導電性金属線は、絶縁被覆層を備えない撚線の金属線であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
前記導電性金属線は、絶縁被覆層を備えた撚線の金属線であり、該絶縁被覆層は、前記撚線の金属線と、前記導電性フィラー充填樹脂系材料から成る前記被覆層との間にあることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
前記ミクロンオーダーの導電性粉体が、ミクロンオーダーの導電性粒体から成り、該ミクロンオーダーの導電性粒体は、その形状が略々球形であって、その粒径が約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
前記ミクロンオーダーの導電性ファイバの直径が、約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
前記ミクロンオーダーの導電性ファイバの長さが、約２ｍｍ〜約１４ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
前記ミクロンオーダーの導電性粉体が、ミクロンオーダーの導電性粒体から成り、該ミクロンオーダーの導電性粒体が、ステンレス鋼粒体、ニッケル粒体、銅粒体、銀粒体、カーボン粒体、グラファイト粒体、またはメッキ粒体であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
前記ミクロンオーダーの導電性ファイバが、ステンレス鋼ファイバ、ニッケルファイバ、銅ファイバ、銀ファイバ、カーボンファイバ、グラファイトファイバ、またはメッキファイバであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
前記導電性金属線が、銅線、ニッケル線、ステンレス鋼線、または銀線であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
前記所定個数のアンテナエレメントを備えた前記アンテナが、約２ｋＨｚ〜約３００ＧＨｚの範囲内の周波数に対応するように設計されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
前記アンテナがダイポールアンテナであり、前記所定個数のアンテナエレメントの個数が２個であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
前記アンテナがモノポールアンテナであり、前記所定個数のアンテナエレメントの個数が１個であることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
前記アンテナがモノポールアンテナであり、前記所定個数のアンテナエレメントの個数が１個であり、該アンテナエレメントが接地導体板に対して垂直に立設されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
前記アンテナが、送信アンテナ、受信アンテナ、または送受信アンテナであることを特徴とする請求項１記載のアンテナ。
アンテナの製作方法において、
所定個数のアンテナエレメントを製作し、該アンテナエレメントは、導電性金属線と、該導電性金属線の周囲を被覆する導電性フィラー充填樹脂系材料から成る被覆層とで構成し、前記導電性フィラー充填樹脂系材料は、ミクロンオーダーの導電性ファイバ、またはミクロンオーダーの導電性粉体、または前記ミクロンオーダーの導電性ファイバと前記ミクロンオーダーの導電性粉体との混合物を、樹脂材料から成るホスト材料である樹脂ホスト材料の中に均一に分散させて成る材料であり、前記樹脂ホスト材料の重量に対する、前記ミクロンオーダーの導電性ファイバ、または前記ミクロンオーダーの導電性粉体、または前記ミクロンオーダーの導電性ファイバと前記ミクロンオーダーの導電性粉体との前記混合物の重量比は、約０．２０〜約０．４０の範囲内にあるようにし、
前記所定個数のアンテナエレメントに対する電気配線を設けたことを特徴とするアンテナの製作方法。
前記導電性金属線は、絶縁被覆層を備えない単線の金属線であることを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
前記導電性金属線は、絶縁被覆層を備えた単線の金属線であり、該絶縁被覆層は、前記単線の金属線と、前記導電性フィラー充填樹脂系材料から成る前記被覆層との間にあることを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
前記導電性金属線は、絶縁被覆層を備えない撚線の金属線であることを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
前記導電性金属線は、絶縁被覆層を備えた撚線の金属線であり、該絶縁被覆層は、前記撚線の金属線と、前記導電性フィラー充填樹脂系材料から成る前記被覆層との間にあることを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
前記ミクロンオーダーの導電性粉体が、ミクロンオーダーの導電性粒体から成り、該ミクロンオーダーの導電性粒体は、その形状が略々球形であって、その粒径が約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
前記ミクロンオーダーの導電性ファイバの直径が、約３μｍ〜約１２μｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
前記ミクロンオーダーの導電性ファイバの長さが、約２ｍｍ〜約１４ｍｍの範囲内にあることを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
前記ミクロンオーダーの導電性粉体が、ミクロンオーダーの導電性粒体から成り、該ミクロンオーダーの導電性粒体が、ステンレス鋼粒体、ニッケル粒体、銅粒体、銀粒体、カーボン粒体、グラファイト粒体、またはメッキ粒体であることを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
前記ミクロンオーダーの導電性ファイバが、ステンレス鋼ファイバ、ニッケルファイバ、銅ファイバ、銀ファイバ、カーボンファイバ、グラファイトファイバ、またはメッキファイバであることを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
前記導電性金属線が、銅線、ニッケル線、ステンレス鋼線、または銀線であることを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
前記所定個数のアンテナエレメントを備えた前記アンテナが、約２ｋＨｚ〜約３００ＧＨｚの範囲内の周波数に対応するように設計されることを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
前記アンテナがダイポールアンテナであり、前記所定個数のアンテナエレメントの個数が２個であることを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
前記アンテナがモノポールアンテナであり、前記所定個数のアンテナエレメントの個数が１個であることを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
前記アンテナがモノポールアンテナであり、前記所定個数のアンテナエレメントの個数が１個であり、該アンテナエレメントが接地導体板に対して垂直に立設されることを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
前記アンテナが、送信アンテナ、受信アンテナ、または送受信アンテナであることを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
押出成形法または共押出成形法を用いて前記導電性金属線の周囲に前記導電性フィラー充填樹脂系材料を被覆することにより、前記アンテナエレメントを製作することを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
モールド成形法を用いて前記導電性金属線の周囲に前記導電性フィラー充填樹脂系材料を被覆することにより、前記アンテナエレメントを製作することを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。
前記所定個数のアンテナエレメントを製作する際に、モールド成形法を用いて前記導電性金属線の周囲を前記導電性フィラー充填樹脂系材料から成る前記被覆層で被覆した長尺の部材を形成し、続いて、前記導電性金属線の周囲を前記導電性フィラー充填樹脂系材料から成る前記被覆層で被覆した前記長尺の部材を切断して、各々が前記アンテナエレメントである短尺の部材とすることを特徴とする請求項１７記載のアンテナの製作方法。