JP2004303962A - 高周波回路基板及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】高周波電流の損失を低減し、高周波信号の伝達速度の向上を図ることができる高周波回路基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】絶縁基板３０１上の配線経路に沿って配置した金属導体６０１の表面にカーボンナノチューブやフェラーレン等のカーボン分子を含む印刷用インクを塗布して乾燥させ、カーボン分子を金属導体６０１の表面に配置し、高周波電流を周知の表皮効果によってカーボン分子間に発生する容量結合を介して伝達させる。これにより、配線の電気抵抗における純抵抗成分が低減され、該純抵抗成分による高周波電流の損失が低減される。さらに、信号伝達を担う電子の移動速度が通常の金属導体よりも高速となるため、配線における電気信号の伝達速度が向上する。
【選択図】 図３
【解決手段】絶縁基板３０１上の配線経路に沿って配置した金属導体６０１の表面にカーボンナノチューブやフェラーレン等のカーボン分子を含む印刷用インクを塗布して乾燥させ、カーボン分子を金属導体６０１の表面に配置し、高周波電流を周知の表皮効果によってカーボン分子間に発生する容量結合を介して伝達させる。これにより、配線の電気抵抗における純抵抗成分が低減され、該純抵抗成分による高周波電流の損失が低減される。さらに、信号伝達を担う電子の移動速度が通常の金属導体よりも高速となるため、配線における電気信号の伝達速度が向上する。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波回路基板及びその製造方法に関し、特に回路基板上の配線 における高周波電流の損失を低減し伝達速度の向上を図ることができる高周波回路基板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子機器においては機器の小型化に伴って印刷回路基板に配線を形成し、この基板上に電子部品を実装することがほとんどである。この様な印刷回路基板としては、例えば、特開２００１−３０８５４８号公報に開示されるような樹脂基板を用いるものや、特開２００１−２６７７２５号公報に開示されるようなセラミック基板を用いるもの、或いは、特開２００２−２６４７４号公報に開示されるようなプラスチックフィルムを基板として用いるものなど様々な回路基板が存在する。また、回路基板に形成される配線としては、ほとんどの場合、銅などの金属導体が用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３０８５４８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２６７７２５号公報
【特許文献３】
特開２００２−２６４７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記金属導体からなる配線に高周波信号（高周波電流）を流すと、配線の電気抵抗によって損失が生じたり、さらにはこの損失によって生じる信号の歪みよって信号の送れを生じたりもする。この損失を低減するために、高周波電流を通電する配線としてマイクロストリップ線路等を用いてインピーダンスの整合を図る方法がとられている。
【０００５】
しかし、近年の電子機器においてはＧＨｚ帯の電波を用いた高周波通信を行う機器やＧＨｚ帯のクロック信号によって動作するＣＰＵを用いた機器も多数開発されており、この様な電子機器ではマイクロストリップ線路等を用いたインピーダンスの整合を行っても上記損失の低減には限界が生じている。
【０００６】
本発明の目的は上記の問題点に鑑み、高周波電流の損失を低減し、高周波信号の伝達速度の向上を図ることができる高周波回路基板及びその製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、絶縁基板上に高周波電流を通電する配線が形成されてなる高周波回路基板において、前記配線の経路に沿って所定の間隔で配置された複数の炭素分子を有する高周波回路基板を提案する。
【０００８】
本発明の高周波回路基板によれば、高周波電流は周知の表皮効果によって前記炭素分子間に発生する容量結合を介して前記炭素分子間を伝達する。これにより、前記配線の電気抵抗における純抵抗成分が低減され、該純抵抗成分による前記高周波電流の損失が低減される。さらに、信号伝達を担う電子の移動速度が通常の金属導体よりも高速となるため、前記配線における電気信号の伝達速度が向上する。
【０００９】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記配線の経路に沿って配置された複数の炭素分子及び該炭素分子を前記絶縁基板に接着する接着剤のみによって前記配線が形成されている高周波回路基板を提案する。
【００１０】
本発明の高周波回路基板によれば、配線経路に沿って配置された複数の炭素分子のみによって配線が形成され、高周波電流は前記炭素分子間に発生する容量結合を介して前記炭素分子間を伝達する。これにより、前記配線の電気抵抗における純抵抗成分が低減され、該純抵抗成分による前記高周波電流の損失が低減される。さらに、信号伝達を担う電子の移動速度が通常の金属導体よりも高速となるため、前記配線における電気信号の伝達速度が向上する。
【００１１】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記配線の経路に沿って配置された金属導体と、該金属導体の表面に配置された前記炭素分子とから前記配線が形成されている高周波回路基板を提案する。
【００１２】
本発明の高周波回路基板によれば、配線経路に沿って配置された金属導体と、該金属導体の表面に配置された前記炭素分子とから前記配線が形成され、高周波電流は表皮効果によって前記金属導体の表面しか流れない。このため、高周波電流は、前記金属導体の表面に配置された炭素分子間に発生する容量結合を介して前記炭素分子間を伝達する。これにより、前記配線の電気抵抗における純抵抗成分が低減され、該純抵抗成分による前記高周波電流の損失が低減される。さらに、信号伝達を担う電子の移動速度が通常の金属導体よりも高速となるため、前記配線における電気信号の伝達速度が向上する。
【００１３】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記複数の炭素分子がフェラーレンからなる高周波回路基板を提案する。
【００１４】
本発明の高周波回路基板によれば、高周波電流は隣り合う前記フェラーレン間に発生する容量結合を介して前記フェラーレン間を前記配線経路に沿って伝達する。
【００１５】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記複数の炭素分子がカーボンナノチューブからなる高周波回路基板を提案する。
【００１６】
本発明の高周波回路基板によれば、高周波電流は隣り合う前記カーボンナノチューブ間に発生する容量結合を介して前記カーボンナノチューブ間を前記配線経路に沿って伝達する。
【００１７】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記カーボンナノチューブが同一方向に整列している高周波回路基板を提案する。
【００１８】
本発明の高周波回路基板によれば、カーボンナノチューブが同一方向に整列しているため、カーボンナノチューブの配置における密度が高められるので、隣り合うカーボンナノチューブ間における電子の移動効率が高められる。
【００１９】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記配線がアンテナである高周波回路基板を提案する。
【００２０】
本発明の高周波回路基板によれば、前記配線における複数の炭素分子によってアンテナが形成され、該アンテナを用いた電磁波の輻射および受波が可能になる。
【００２１】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記絶縁基板がセラミックからなる高周波回路基板を提案する。
【００２２】
本発明の高周波回路基板によれば、セラミックからなる絶縁基板上に前記配線経路に沿って所定の間隔で配置された複数の炭素分子を有する配線が形成されている。
【００２３】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記絶縁基板が樹脂からなる高周波回路基板を提案する。
【００２４】
本発明の高周波回路基板によれば、樹脂からなる絶縁基板上に前記配線経路に沿って所定の間隔で配置された複数の炭素分子を有する配線が形成されている。
【００２５】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記絶縁基板がプラスチックフィルムからなる高周波回路基板を提案する。
【００２６】
本発明の高周波回路基板によれば、プラスチックフィルムからなる絶縁基板上に前記配線経路に沿って所定の間隔で配置された複数の炭素分子を有する配線が形成されている。
【００２７】
さらに、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法として、絶縁基板上に高周波電流を通電する配線が形成されてなる高周波回路基板の製造方法において、炭素分子を液体状の接着剤に混合した混合物を生成するステップと、該混合物を前記配線の経路に沿って前記絶縁基板上に塗布するステップと、前記塗布した混合物の接着剤を固化して前記配線を形成するステップとを含む高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００２８】
本発明の高周波回路基板の製造方法によれば、炭素分子を液体状の接着剤に混合した混合物が絶縁基板上の配線の経路に沿って前記絶縁基板上に塗布され、前記塗布され混合物の接着剤が固化されて配線が形成される。
【００２９】
この様にして形成された高周波回路基板では、上記のように、高周波電流は周知の表皮効果によって前記炭素分子間に発生する容量結合を介して前記炭素分子間を伝達する。これにより、前記配線の電気抵抗における純抵抗成分が低減され、該純抵抗成分による前記高周波電流の損失が低減される。さらに、信号伝達を担う電子の移動速度が通常の金属導体よりも高速となるため、前記配線における電気信号の伝達速度が向上する。
【００３０】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法として、絶縁基板上に高周波電流を通電する配線が形成されてなる高周波回路基板の製造方法において、炭素分子を液体状の接着剤に混合した混合物を生成するステップと、前記絶縁基板上に前記配線の経路に沿って金属導体を配置するステップと、前記金属導体の表面に前記混合物を塗布するステップと、前記塗布した混合物の接着剤を固化して前記配線を形成するステップとを含む高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００３１】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、炭素分子を液体状の接着剤に混合した混合物が生成されると共に、配線の経路に沿って絶縁基板上に金属導体が配置され、該金属導体の表面に前記混合物が塗布され、前記塗布された混合物の接着剤が固化されて配線が形成される。
【００３２】
この様にして形成された高周波回路基板では、上記のように、配線経路に沿って配置された金属導体と、該金属導体の表面に配置された前記炭素分子とから前記配線が形成され、高周波電流は表皮効果によって前記金属導体の表面しか流れない。このため、高周波電流は、前記金属導体の表面に配置された炭素分子間に発生する容量結合を介して前記炭素分子間を伝達する。これにより、前記配線の電気抵抗における純抵抗成分が低減され、該純抵抗成分による前記高周波電流の損失が低減される。さらに、信号伝達を担う電子の移動速度が通常の金属導体よりも高速となるため、前記配線における電気信号の伝達速度が向上する。
【００３３】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記炭素分子としてフェラーレンを用いる高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００３４】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、フェラーレンを液体状の接着剤に混合した混合物が生成されると共に、配線の経路に沿って前記混合物が塗布され、前記塗布された混合物の接着剤が固化されて配線が形成される。
【００３５】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記炭素分子としてカーボンナノチューブを用いる高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００３６】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、カーボンナノチューブを液体状の接着剤に混合した混合物が生成されると共に、配線の経路に沿って前記混合物が塗布され、前記塗布された混合物の接着剤が固化されて配線が形成される。
【００３７】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記金属導体の表面に前記混合物を塗布した後、前記接着剤を固化する前に、前記混合物に磁界を印加して前記カーボンナノチューブを所定方向に整列させるステップを含む高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００３８】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、金属導体の表面に前記カーボンナノチューブと接着剤との混合物が塗布された後、前記接着剤が固化される前に、前記混合物に磁界が印加されて前記カーボンナノチューブが所定方向に整列される。このように、カーボンナノチューブが同一方向に整列しているため、カーボンナノチューブの配置における密度が高められるので、回路基板の使用時において、隣り合うカーボンナノチューブ間における電子の移動効率が高められる。
【００３９】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記金属導体の表面に前記混合物を塗布した後、前記接着剤を固化する前に、前記混合物に電界を印加して前記カーボンナノチューブを所定方向に整列させるステップを含む高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００４０】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、金属導体の表面に前記カーボンナノチューブと接着剤との混合物が塗布された後、前記接着剤が固化される前に、前記混合物に電界て印加されて前記カーボンナノチューブが所定方向に整列される。
【００４１】
このように、カーボンナノチューブが同一方向に整列しているため、カーボンナノチューブの配置における密度が高められるので、回路基板の使用時において、隣り合うカーボンナノチューブ間における電子の移動効率が高められる。
【００４２】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記電界の電気力線の方向が前記配線経路方向に一致するように前記電界を印加する高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００４３】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、前記電界の電気力線の方向が前記配線経路方向に一致するように前記電界が印加されることによって、前記カーボンナノチューブの長手方向が前記配線経路方向に一致するように整列される。
【００４４】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記絶縁基板としてセラミック基板を用いる高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００４５】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、セラミックからなる絶縁基板上に記配線の経路に沿って所定の間隔で配置された複数の炭素分子を有する配線が形成されて高周波回路基板が製造される。
【００４６】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記絶縁基板として樹脂基板を用いる高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００４７】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、樹脂からなる絶縁基板上に記配線の経路に沿って所定の間隔で配置された複数の炭素分子を有する配線が形成されて高周波回路基板が製造される。
【００４８】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記絶縁基板としてプラスチックフィルム基板を用いる高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００４９】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、プラスチックフィルムからなる絶縁基板上に記配線の経路に沿って所定の間隔で配置された複数の炭素分子を有する配線が形成されて高周波回路基板が製造される。
【００５０】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記接着剤として印刷用インクを用いる高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００５１】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、炭素分子を液体状の印刷用インクに混合した混合物が絶縁基板上の配線の経路に沿って前記絶縁基板上に塗布され、前記塗布され混合物の印刷用インクが固化されて配線が形成される。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
【００５３】
図１は本発明の第１実施形態における高周波回路基板を用いたタイヤ監視システムの全体を示す構成図、図２は本発明の第１実施形態における高周波回路基板を用いたタイヤ装着用センサ装置の本体を示す平面図、図３は図２におけるＡ−Ａ線矢視方向断面図、図４は本発明の第１実施形態における高周波回路基板の配線を説明する図、図５は本発明の第１実施形態におけるタイヤ装着用センサ装置の電気系回路を示すブロック図である。
【００５４】
図１において、１は車両であり、例えば４輪の普通乗用車で、４つの車輪２のそれぞれにはタイヤの状態を検知するタイヤ装着用センサ装置（以下、単にセンサ装置と称する）３が設けられている。
【００５５】
また、運転席近傍にはコントローラ４ａと表示パネル４ｂとを含むモニタ装置本体４が設置されている。さらに、モニタ装置本体４に接続されたアンテナ５が車両のほぼ中央部に設けられている。
【００５６】
センサ装置３は、図２に示すように、例えばベースとなる基板がセラミックからなる印刷回路基板（高周波回路基板）３０１と、印刷回路基板３０１に実装されたＩＣ（半導体集積回路）３０２〜３０４によって構成され、これらは図示せぬ絶縁性樹脂によって被覆されている。
【００５７】
ＩＣ３０２，３０３は後述するアンテナ切替器３２Ａ，３２ｂを構成するものであり、ＩＣ３０４は後述する整流回路３３、中央処理部３４、検波部３５、発信部３６、センサ部３７を構成するものである。
【００５８】
また、印刷回路基板３０１上には、後述する第１アンテナ３１Ａと第２アンテナ３１Ｂが直線状のプリント配線によって形成されており、例えば単一型のアンテナであり、互いに直角をなすように配置されている。
【００５９】
さらに、印刷回路基板３０１の表裏面には、第１及び第２アンテナ３１Ａ，３１Ｂ及びＩＣ３０２〜３０４の間を接続する配線４０１〜４１２，５０１〜５０４が形成されていると共に、表裏面の配線を所定位置にて接続するビアホール導体４２０（図中の黒点）が設けられている。配線４０４は後述する整流回路３３及び検波部３６とアンテナ切替器３２Ｂとを接続し、配線４０５は高周波増幅回路３６３とアンテナ切替器３２Ｂとを接続し、それぞれ高周波電流が通電される配線である。また、配線４０１〜４０３も同様に高周波電流を通電する配線である。
【００６０】
配線４０９，５０１〜５０３は接地用配線であり、配線４０６，４１１，５０４はアンテナ切替器３２Ａ，３２Ｂを駆動するための電力を供給する配線である。また、配線４０７，４０８はアンテナ切替器３２Ａ，３２Ｂを切替制御するための信号電流を通電するため或いは信号電圧を印加するための配線である。
【００６１】
また、これらの第１及び第２アンテナ３１Ａ，３１Ｂと配線４０１〜４１２，５０１〜５０４は、例えば、図３に示すように印刷回路基板３０１上の配線経路に沿って設けられた金属導体６０１とその表面に所定間隔で配置された複数のカーボン分子（炭素分子）とから構成されている。これらのカーボン分子は、カーボン分子を含む印刷用インク６０２を金属導体６０１の表面に塗布して固化することにより金属導体６０１の表面に接着した状態で配置される。この様に印刷用インクを接着剤として用いることにより、非常に低コストでカーボン分子を配置することができる。
【００６２】
これにより、複数のカーボン分子は分子レベルの間隔をあけて配置される。このカーボン分子として、本実施形態では周知のカーボンナノチューブを用いている。カーボンナノチューブは、炭素分子の一種であり、炭素原子が複数結合してできた直径が１ｎｍ、長さが１／１００〜１／１０ｍｍの円筒形物質である。
【００６３】
さらに、図４に示すように、本実施形態では金属導体６０１の表面において、各カーボンナノチューブ６０３はその長さ方向が通電方向、すなわち金属導体６０１の長さ方向に一致するように配置されている。このように各カーボンナノチューブ６０３を整列させるには、カーボンナノチューブ６０３を含む印刷用インク６０２を金属導体６０１の表面に塗布した後、これが乾燥して固化する前に、金属導体６０１の長さ方向に電界或いは磁界（例えば１０００ガウス程度）を印加しこの状態で印刷用インクを乾燥させて固化すればよい。尚、図４においては理解し易いように金属導体６０１に対するカーボンナノチューブ６０３の寸法比を実際とは変えて描いてある。
【００６４】
一方、センサ装置３の電気系回路は、図５に示すように、第１アンテナ３１Ａと、第２アンテナ３１Ｂ、第１アンテナ切替器３２Ａ、第２アンテナ切替器３２Ｂ、整流回路３３、中央処理部３４、検波部３５、発信部３６、センサ部３７から構成されている。
【００６５】
アンテナ３１Ａ，３１Ｂは、アンテナ５との間で電磁波を用いて通信するためのもので、例えばＧＨｚ帯の所定の通信周波数に整合されている。
【００６６】
アンテナ切替器３２Ａ、３２Ｂは、例えば電子スイッチ等から構成され、中央処理部３４の制御によってそれぞれ個別に切り替わり、アンテナ３１或いはアンテナ３２と整流回路３３及び検波部３５との接続とを切り替えるとともに、アンテナ３１或いはアンテナ３２と発信部３６との接続とを切り替える。
【００６７】
整流回路３３は、ダイオード３３１，３３２と、コンデンサ３３３、抵抗器３３４から構成され、周知の全波整流回路を形成している。この整流回路３３の入力側にはアンテナ切替器３１Ａ，３２Ｂを介してアンテナ３２が接続されている。整流回路３３は、中継装置４から送信された情報要求信号によってアンテナ３１に誘起した高周波電流を整流して直流電流に変換してコンデンサ３３３に蓄え、これを中央処理部３４、検波部３５、及び発信部３６の駆動電源として出力するものである。コンデンサ３３３は平滑と蓄電の両作用をなすが、一時的な蓄電用にスーパーキャパシタや２次電池を設けても良い。
【００６８】
中央処理部３４は、周知のＣＰＵ３４１と、ディジタル／アナログ（以下、Ｄ／Ａと称する）変換回路３４２、記憶部３４３から構成されている。ＣＰＵ３４１は、記憶部３４３の半導体メモリに格納されているプログラムに基づいて動作し、電源が供給されて駆動すると、センサ部３７に対して電源部３８の電池３８１を接続してセンサ部３７を駆動し、センサ検知データを中継装置４にワイヤレスで送信する。さらに、ＣＰＵ３４１は、受信した信号の中に書き込み命令と共に書き込み対象情報が含まれているときには、この書き込み命令に従って記憶部３４１内の情報の書き換えや追加或いは削除を行う。
【００６９】
また、ＣＰＵ３４１のプログラムには、中継装置４から後述する自己の識別情報を指定した情報要求信号を受信したときに応答信号を送信するように設定されている。本実施形態では、情報要求信号には情報要求であることを示すヘッダ部を設け、応答信号には応答であることを表すヘッダ部を設けることによって、情報要求信号と応答信号とを区別できるようにしている。
【００７０】
記憶部３４３は、ＣＰＵ３４１を動作させるプログラムが記録されたＲＯＭと、例えばＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）等の電気的に書き換え可能な不揮発性の半導体メモリとからなり、個々の検知装置３に固有の識別情報が、製造時に記憶部３４３内の書き換え不可に指定された領域に予め記憶されている。
【００７１】
検波部３５は、ダイオード３５１とアナログ／ディジタル（以下、単にＡ／Ｄと称する）変換器３５２からなり、ダイオード３５１のアノードはアンテナ３１に接続され、カソードはＡ／Ｄ変換器３５２を介して中央処理部３４のＣＰＵ３４１に接続されている。これにより、受信した信号は検波部３５によってディジタルデータに変換されてＣＰＵ３４１に入力される。
【００７２】
発信部３６は、発振回路３６１、変調回路３６２及び高周波増幅回路３６３から構成され、発振回路３６１によって発振された搬送波を、中央処理部３４から入力した情報信号に基づいて変調回路３６２で変調し、これを高周波増幅回路３６３及びアンテナ切替器３２Ａ，３２Ｂを介して第１アンテナ３１Ａまたは第２アンテナ３１Ｂに供給する。
【００７３】
センサ部３７は、センサ３７１とＡ／Ｄ変換回路３７２から構成されている。センサ３７１としてはタイヤ２の状態を検知して電気信号に変換して出力するセンサが用いられ、例えば空気圧センサや温度センサ、圧力センサ、湿度センサ、振動センサなどである。本実施形態では、センサ３７１としてタイヤ内部の空気圧を検知して空気圧に対応した電圧を出力する空気圧センサを構成した。
【００７４】
Ａ／Ｄ変換回路３７２は、入力されたセンサ３７１の出力電圧をディジタル値に変換してＣＰＵ３４１に対して出力する。尚、センサ３７１の検知結果は正常と異常とを判別できるほかに要注意状態にあることを判別できるように３段階以上に表すことが好ましく、ディジタル値では２ビット以上のディジタル値に変換することが好ましい。本実施形態では８ビットのディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路３７４を用いている。
【００７５】
次に、前述の構成よりなる第１実施形態の動作について図６に示す処理フローチャート及び図７に示す応答信号送信タイミングチャートを参照して説明する。
【００７６】
モニタ装置本体４は、各センサ装置３に対する情報要求信号を送信する。このときモニタ装置本体４は、個々のセンサ装置３毎にその識別情報を指定した情報要求信号を送信する。この後、モニタ装置本体４は、送信した情報要求信号に対する全てのセンサ装置３からの応答信号を受信したか否かを判定し、全ての応答信号を受信できたときは、受信した応答信号から識別情報と検知情報とを抽出する。さらに、抽出した検知情報から空気圧データを解析して、表示パネル４ｂの液晶表示器に各タイヤ２２の空気圧を数字表示する。この後、モニタ装置本体４は、前述した処理を繰り返す。
【００７７】
一方、センサ装置３は、モニタ装置本体４から送信された情報要求信号によって駆動エネルギーが供給されて動作を開始すると、自己の識別情報を指定した情報要求信号を受信したか否かを判定し（ＳＡ１）、自己の識別情報を含む情報要求信号を受信したときはセンサ部３７が検知した空気圧のセンサデータを取り込み（ＳＡ２）、これらのデータと自己の識別情報を含む応答信号を生成する（ＳＡ３）。
【００７８】
次に、センサ装置３は、第１アンテナ切替器３２Ａと第２アンテナ切替器３２Ｂを操作して、第１アンテナ３１Ａからの送信を可能にし（ＳＡ４）、第１アンテナ３１Ａから応答信号を送信する（ＳＡ５）。この後、さらに第１アンテナ切替器３２Ａと第２アンテナ切替器３２Ｂを操作して、第２アンテナ３１Ｂからの送信を可能にし（ＳＡ６）、第２アンテナ３１Ｂから応答信号を送信する（ＳＡ７）。
【００７９】
本実施形態では、図７に示すように、センサ装置３は情報要求信号を受信した後に第１アンテナ３１Ａからｔ１秒の間に１回目の応答信号を送信し、この後、ｔ２秒経過してから第２アンテナ３１Ｂからｔ３秒の間に２回目の応答信号を送信する。尚、本実施形態では、ｔ１，ｔ２，ｔ３のそれぞれを１５ｍｓに設定している。
【００８０】
前述したように第１実施形態のタイヤ監視システムでは、センサ装置３に２つのアンテナ３１Ａ，３１Ｂを設けると共に、それぞれの指向性の方向が直角となるように各アンテナ３１Ａ，３１Ｂを配置したので、タイヤ２内部の空気圧がセンサ装置３によって検出され、電波によってタイヤ２の外部に送信される際に、異なる位置に配置された２つのアンテナ３１Ａ，３１Ｂのそれぞれから所定時間の送信期間内で順次検出結果が送信されるため、センサ装置３からは、それぞれ異なる位置に配置された２個以上のアンテナ３１Ａ，３１Ｂのそれぞれから電波が送信されるので、モニタ装置本体４側ではこれらのアンテナ３１Ａ，３１Ｂから送信された電波のうちの少なくとも電界強度が最大となる電波を受信することによってセンサ装置３からの信号を確実に受信することができる。従って、電波のマルチパスなどによる通信品質の劣化を低減することができる。
【００８１】
また、本実施形態では、印刷回路基板３０１上の配線経路に沿って設けられた金属導体６０１の表面に所定間隔で複数のカーボンナノチューブ（炭素分子）６０３を配置したので、図８に示すように、高周波電流は周知の表皮効果によってカーボンナノチューブ６０３間に発生する静電容量Ｃｐによる容量結合を介してカーボンナノチューブ６０３間を伝達する。これにより、配線の電気抵抗における純抵抗成分すなわち金属導体６０１の純抵抗成分が低減され、この純抵抗成分による高周波電流の損失が低減される。さらに、カーボンナノチューブ６０３間の容量結合によって信号伝達を担う電子の移動速度が通常の金属導体よりも高速となるため、配線における電気信号の伝達速度が向上する。
【００８２】
尚、本実施形態では、カーボンナノチューブ６０３を整列させたが、図９に示すように、カーボンナノチューブ６０３を整列させない状態、すなわち各カーボンナノチューブ６０３の長手方向が任意の方向を向いていても、隣り合うカーボンナノチューブ６０３間には容量結合が生じるので、上記とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００８３】
また、図１０に示すように、カーボンナノチューブ６０３に代えてほぼ同等の大きさを有するカーボン分子の一種であるフェラーレン（Ｃ６０，Ｃ７０）６０４を用いても、同様の効果を得ることができる。カーボンナノチューブ６０３が円筒形状であるのに対して、フェラーレン（Ｃ６０，Ｃ７０）６０４は球形状である点だけが異なる。
【００８４】
また、本実施形態では、印刷回路基板３０１のベース基板としてセラミック基板を用いたが、樹脂基板であっても良いし、プラスチックフィルム基板であっても良い。
【００８５】
また、本実施形態では、金属導体６０１の表面にカーボンナノチューブ６０３を付着させるために、その接着剤として印刷用インクを用いたがこれに限定されることはなく、カーボンナノチューブ６０３を金属導体６０１に付着できる接着剤で有ればよいことは言うまでもない。
【００８６】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
【００８７】
第２実施形態では、高周波電流が流れる部分の配線において、金属導体を除去してカーボンナノチューブ６０３を含む印刷用インク６０２を塗布するのみで形成した。即ち、図１１及び図１２に示すように、直流電流を流す必要が無く、高周波で変化する電流が流れる配線においては、高周波電流は表皮効果によって表面のみを流れるので、必ずしも金属導体６０１を必要としない。従って、カーボン分子（カーボンナノチューブ６０３或いはフェラーレン６０４）を所定間隔で配置することで配線を形成することが可能である。
【００８８】
図１１は本発明の第２実施形態における高周波回路基板を用いたタイヤ装着用センサ装置の本体を示す平面図、図１２は図１１におけるＢ−Ｂ線矢視方向断面図である。
【００８９】
第２実施形態では、図１１，１２に示すように、第１及び第２アンテナ３１Ａ，３１Ｂ、配線４０１〜４０５をカーボンナノチューブ６０３を含む印刷用インク６０２を塗布するのみで形成した。
【００９０】
尚、上記実施形態は本願発明の一具体例であり、本願発明が上記実施形態の構成のみに限定されることはない。例えば、上記実施形態では、高周波回路基板としてタイヤ装着用センサ装置３，３Ｂの印刷回路基板３０１を例として説明したが、アンテナに供給する高周波電流やＣＰＵのクロック信号等の周波数の高い信号電流を流す配線を有する回路基板であれば、本発明を適用して、上記の効果を得ることができる。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の高周波回路基板によれば、高周波電流は周知の表皮効果によって炭素分子間に発生する容量結合を介して炭素分子間を伝達するため、配線の電気抵抗における純抵抗成分が低減され、該純抵抗成分による高周波電流の損失が低減されると共に、信号伝達を担う電子の移動速度が通常の金属導体よりも高速となるため、配線における電気信号の伝達速度が向上するという非常に優れた効果を奏するものである。
【００９２】
また、本発明の高周波回路基板の製造方法によれば、上記の高周波回路基板を低コストで容易に形成することができるという非常に優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における高周波回路基板を用いたタイヤ監視システムの全体を示す構成図
【図２】本発明の第１実施形態における高周波回路基板を用いたタイヤ装着用センサ装置の本体を示す平面図
【図３】図２におけるＡ−Ａ線矢視方向断面図
【図４】本発明の第１実施形態における高周波回路基板の配線を説明する図
【図５】本発明の第１実施形態におけるタイヤ装着用センサ装置の電気系回路を示すブロック図
【図６】本発明の第１実施形態におけるタイヤ装着用センサ装置の動作を説明するフローチャート
【図７】本発明の第１実施形態におけるタイヤ装着用センサ装置の応答信号送信タイミングチャート
【図８】本発明の第１実施形態における高周波回路基板でのカーボン分子間の通電状態を説明する図
【図９】本発明の第１実施形態における高周波回路基板の他の配線例を説明する図
【図１０】本発明の第１実施形態における高周波回路基板の他の配線例を説明する図
【図１１】本発明の第２実施形態における高周波回路基板を用いたタイヤ装着用センサ装置の本体を示す平面図
【図１２】図１１におけるＢ−Ｂ線矢視方向断面図
【符号の説明】
１…車両、２…タイヤ、３，３Ａ，３Ｂ…センサ装置、４…モニタ装置本体、４ａ…コントローラ、４ｂ…表示パネル、５…アンテナ、３１Ａ，３１Ｂ…アンテナ、３２Ａ，３２Ｂ…アンテナ切替器、３３…整流回路、３４…中央処理部、３５…検波部、３６…発信部、３７…センサ部、３０１…配線回路基板、３０２〜３０４…ＩＣ（半導体集積回路）、３３１，３３２…ダイオード、３３３…コンデンサ、３３４…抵抗器、３４１…ＣＰＵ、３４２…ディジタル／アナログ変換回路、３４３…記憶部、３５１…ダイオード、アナログ／ディジタル変換器、３６１…発振回路、３６２…変調回路、高周波増幅回路３６３，３６４、３６５…切替器、３７１…センサ、３７２…アナログ／ディジタル変換回路、４０１〜４１１…配線、４２０…ビアホール導体、５０１〜５０３…配線、６０１…金属導体、６０２…カーボン分子を含む印刷用インク、６０３…カーボンナノチューブ、６０４…フェラーレン。
【発明の属する技術分野】
本発明は、高周波回路基板及びその製造方法に関し、特に回路基板上の配線 における高周波電流の損失を低減し伝達速度の向上を図ることができる高周波回路基板及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子機器においては機器の小型化に伴って印刷回路基板に配線を形成し、この基板上に電子部品を実装することがほとんどである。この様な印刷回路基板としては、例えば、特開２００１−３０８５４８号公報に開示されるような樹脂基板を用いるものや、特開２００１−２６７７２５号公報に開示されるようなセラミック基板を用いるもの、或いは、特開２００２−２６４７４号公報に開示されるようなプラスチックフィルムを基板として用いるものなど様々な回路基板が存在する。また、回路基板に形成される配線としては、ほとんどの場合、銅などの金属導体が用いられている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−３０８５４８号公報
【特許文献２】
特開２００１−２６７７２５号公報
【特許文献３】
特開２００２−２６４７４号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記金属導体からなる配線に高周波信号（高周波電流）を流すと、配線の電気抵抗によって損失が生じたり、さらにはこの損失によって生じる信号の歪みよって信号の送れを生じたりもする。この損失を低減するために、高周波電流を通電する配線としてマイクロストリップ線路等を用いてインピーダンスの整合を図る方法がとられている。
【０００５】
しかし、近年の電子機器においてはＧＨｚ帯の電波を用いた高周波通信を行う機器やＧＨｚ帯のクロック信号によって動作するＣＰＵを用いた機器も多数開発されており、この様な電子機器ではマイクロストリップ線路等を用いたインピーダンスの整合を行っても上記損失の低減には限界が生じている。
【０００６】
本発明の目的は上記の問題点に鑑み、高周波電流の損失を低減し、高周波信号の伝達速度の向上を図ることができる高周波回路基板及びその製造方法を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の目的を達成するために、絶縁基板上に高周波電流を通電する配線が形成されてなる高周波回路基板において、前記配線の経路に沿って所定の間隔で配置された複数の炭素分子を有する高周波回路基板を提案する。
【０００８】
本発明の高周波回路基板によれば、高周波電流は周知の表皮効果によって前記炭素分子間に発生する容量結合を介して前記炭素分子間を伝達する。これにより、前記配線の電気抵抗における純抵抗成分が低減され、該純抵抗成分による前記高周波電流の損失が低減される。さらに、信号伝達を担う電子の移動速度が通常の金属導体よりも高速となるため、前記配線における電気信号の伝達速度が向上する。
【０００９】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記配線の経路に沿って配置された複数の炭素分子及び該炭素分子を前記絶縁基板に接着する接着剤のみによって前記配線が形成されている高周波回路基板を提案する。
【００１０】
本発明の高周波回路基板によれば、配線経路に沿って配置された複数の炭素分子のみによって配線が形成され、高周波電流は前記炭素分子間に発生する容量結合を介して前記炭素分子間を伝達する。これにより、前記配線の電気抵抗における純抵抗成分が低減され、該純抵抗成分による前記高周波電流の損失が低減される。さらに、信号伝達を担う電子の移動速度が通常の金属導体よりも高速となるため、前記配線における電気信号の伝達速度が向上する。
【００１１】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記配線の経路に沿って配置された金属導体と、該金属導体の表面に配置された前記炭素分子とから前記配線が形成されている高周波回路基板を提案する。
【００１２】
本発明の高周波回路基板によれば、配線経路に沿って配置された金属導体と、該金属導体の表面に配置された前記炭素分子とから前記配線が形成され、高周波電流は表皮効果によって前記金属導体の表面しか流れない。このため、高周波電流は、前記金属導体の表面に配置された炭素分子間に発生する容量結合を介して前記炭素分子間を伝達する。これにより、前記配線の電気抵抗における純抵抗成分が低減され、該純抵抗成分による前記高周波電流の損失が低減される。さらに、信号伝達を担う電子の移動速度が通常の金属導体よりも高速となるため、前記配線における電気信号の伝達速度が向上する。
【００１３】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記複数の炭素分子がフェラーレンからなる高周波回路基板を提案する。
【００１４】
本発明の高周波回路基板によれば、高周波電流は隣り合う前記フェラーレン間に発生する容量結合を介して前記フェラーレン間を前記配線経路に沿って伝達する。
【００１５】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記複数の炭素分子がカーボンナノチューブからなる高周波回路基板を提案する。
【００１６】
本発明の高周波回路基板によれば、高周波電流は隣り合う前記カーボンナノチューブ間に発生する容量結合を介して前記カーボンナノチューブ間を前記配線経路に沿って伝達する。
【００１７】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記カーボンナノチューブが同一方向に整列している高周波回路基板を提案する。
【００１８】
本発明の高周波回路基板によれば、カーボンナノチューブが同一方向に整列しているため、カーボンナノチューブの配置における密度が高められるので、隣り合うカーボンナノチューブ間における電子の移動効率が高められる。
【００１９】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記配線がアンテナである高周波回路基板を提案する。
【００２０】
本発明の高周波回路基板によれば、前記配線における複数の炭素分子によってアンテナが形成され、該アンテナを用いた電磁波の輻射および受波が可能になる。
【００２１】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記絶縁基板がセラミックからなる高周波回路基板を提案する。
【００２２】
本発明の高周波回路基板によれば、セラミックからなる絶縁基板上に前記配線経路に沿って所定の間隔で配置された複数の炭素分子を有する配線が形成されている。
【００２３】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記絶縁基板が樹脂からなる高周波回路基板を提案する。
【００２４】
本発明の高周波回路基板によれば、樹脂からなる絶縁基板上に前記配線経路に沿って所定の間隔で配置された複数の炭素分子を有する配線が形成されている。
【００２５】
また、本発明は、上記構成の高周波回路基板において、前記絶縁基板がプラスチックフィルムからなる高周波回路基板を提案する。
【００２６】
本発明の高周波回路基板によれば、プラスチックフィルムからなる絶縁基板上に前記配線経路に沿って所定の間隔で配置された複数の炭素分子を有する配線が形成されている。
【００２７】
さらに、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法として、絶縁基板上に高周波電流を通電する配線が形成されてなる高周波回路基板の製造方法において、炭素分子を液体状の接着剤に混合した混合物を生成するステップと、該混合物を前記配線の経路に沿って前記絶縁基板上に塗布するステップと、前記塗布した混合物の接着剤を固化して前記配線を形成するステップとを含む高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００２８】
本発明の高周波回路基板の製造方法によれば、炭素分子を液体状の接着剤に混合した混合物が絶縁基板上の配線の経路に沿って前記絶縁基板上に塗布され、前記塗布され混合物の接着剤が固化されて配線が形成される。
【００２９】
この様にして形成された高周波回路基板では、上記のように、高周波電流は周知の表皮効果によって前記炭素分子間に発生する容量結合を介して前記炭素分子間を伝達する。これにより、前記配線の電気抵抗における純抵抗成分が低減され、該純抵抗成分による前記高周波電流の損失が低減される。さらに、信号伝達を担う電子の移動速度が通常の金属導体よりも高速となるため、前記配線における電気信号の伝達速度が向上する。
【００３０】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法として、絶縁基板上に高周波電流を通電する配線が形成されてなる高周波回路基板の製造方法において、炭素分子を液体状の接着剤に混合した混合物を生成するステップと、前記絶縁基板上に前記配線の経路に沿って金属導体を配置するステップと、前記金属導体の表面に前記混合物を塗布するステップと、前記塗布した混合物の接着剤を固化して前記配線を形成するステップとを含む高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００３１】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、炭素分子を液体状の接着剤に混合した混合物が生成されると共に、配線の経路に沿って絶縁基板上に金属導体が配置され、該金属導体の表面に前記混合物が塗布され、前記塗布された混合物の接着剤が固化されて配線が形成される。
【００３２】
この様にして形成された高周波回路基板では、上記のように、配線経路に沿って配置された金属導体と、該金属導体の表面に配置された前記炭素分子とから前記配線が形成され、高周波電流は表皮効果によって前記金属導体の表面しか流れない。このため、高周波電流は、前記金属導体の表面に配置された炭素分子間に発生する容量結合を介して前記炭素分子間を伝達する。これにより、前記配線の電気抵抗における純抵抗成分が低減され、該純抵抗成分による前記高周波電流の損失が低減される。さらに、信号伝達を担う電子の移動速度が通常の金属導体よりも高速となるため、前記配線における電気信号の伝達速度が向上する。
【００３３】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記炭素分子としてフェラーレンを用いる高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００３４】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、フェラーレンを液体状の接着剤に混合した混合物が生成されると共に、配線の経路に沿って前記混合物が塗布され、前記塗布された混合物の接着剤が固化されて配線が形成される。
【００３５】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記炭素分子としてカーボンナノチューブを用いる高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００３６】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、カーボンナノチューブを液体状の接着剤に混合した混合物が生成されると共に、配線の経路に沿って前記混合物が塗布され、前記塗布された混合物の接着剤が固化されて配線が形成される。
【００３７】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記金属導体の表面に前記混合物を塗布した後、前記接着剤を固化する前に、前記混合物に磁界を印加して前記カーボンナノチューブを所定方向に整列させるステップを含む高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００３８】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、金属導体の表面に前記カーボンナノチューブと接着剤との混合物が塗布された後、前記接着剤が固化される前に、前記混合物に磁界が印加されて前記カーボンナノチューブが所定方向に整列される。このように、カーボンナノチューブが同一方向に整列しているため、カーボンナノチューブの配置における密度が高められるので、回路基板の使用時において、隣り合うカーボンナノチューブ間における電子の移動効率が高められる。
【００３９】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記金属導体の表面に前記混合物を塗布した後、前記接着剤を固化する前に、前記混合物に電界を印加して前記カーボンナノチューブを所定方向に整列させるステップを含む高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００４０】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、金属導体の表面に前記カーボンナノチューブと接着剤との混合物が塗布された後、前記接着剤が固化される前に、前記混合物に電界て印加されて前記カーボンナノチューブが所定方向に整列される。
【００４１】
このように、カーボンナノチューブが同一方向に整列しているため、カーボンナノチューブの配置における密度が高められるので、回路基板の使用時において、隣り合うカーボンナノチューブ間における電子の移動効率が高められる。
【００４２】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記電界の電気力線の方向が前記配線経路方向に一致するように前記電界を印加する高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００４３】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、前記電界の電気力線の方向が前記配線経路方向に一致するように前記電界が印加されることによって、前記カーボンナノチューブの長手方向が前記配線経路方向に一致するように整列される。
【００４４】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記絶縁基板としてセラミック基板を用いる高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００４５】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、セラミックからなる絶縁基板上に記配線の経路に沿って所定の間隔で配置された複数の炭素分子を有する配線が形成されて高周波回路基板が製造される。
【００４６】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記絶縁基板として樹脂基板を用いる高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００４７】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、樹脂からなる絶縁基板上に記配線の経路に沿って所定の間隔で配置された複数の炭素分子を有する配線が形成されて高周波回路基板が製造される。
【００４８】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記絶縁基板としてプラスチックフィルム基板を用いる高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００４９】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、プラスチックフィルムからなる絶縁基板上に記配線の経路に沿って所定の間隔で配置された複数の炭素分子を有する配線が形成されて高周波回路基板が製造される。
【００５０】
また、本発明は、上記高周波回路基板の製造方法において、前記接着剤として印刷用インクを用いる高周波回路基板の製造方法を提案する。
【００５１】
本発明の高周波回路基板の製造方法では、炭素分子を液体状の印刷用インクに混合した混合物が絶縁基板上の配線の経路に沿って前記絶縁基板上に塗布され、前記塗布され混合物の印刷用インクが固化されて配線が形成される。
【００５２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。
【００５３】
図１は本発明の第１実施形態における高周波回路基板を用いたタイヤ監視システムの全体を示す構成図、図２は本発明の第１実施形態における高周波回路基板を用いたタイヤ装着用センサ装置の本体を示す平面図、図３は図２におけるＡ−Ａ線矢視方向断面図、図４は本発明の第１実施形態における高周波回路基板の配線を説明する図、図５は本発明の第１実施形態におけるタイヤ装着用センサ装置の電気系回路を示すブロック図である。
【００５４】
図１において、１は車両であり、例えば４輪の普通乗用車で、４つの車輪２のそれぞれにはタイヤの状態を検知するタイヤ装着用センサ装置（以下、単にセンサ装置と称する）３が設けられている。
【００５５】
また、運転席近傍にはコントローラ４ａと表示パネル４ｂとを含むモニタ装置本体４が設置されている。さらに、モニタ装置本体４に接続されたアンテナ５が車両のほぼ中央部に設けられている。
【００５６】
センサ装置３は、図２に示すように、例えばベースとなる基板がセラミックからなる印刷回路基板（高周波回路基板）３０１と、印刷回路基板３０１に実装されたＩＣ（半導体集積回路）３０２〜３０４によって構成され、これらは図示せぬ絶縁性樹脂によって被覆されている。
【００５７】
ＩＣ３０２，３０３は後述するアンテナ切替器３２Ａ，３２ｂを構成するものであり、ＩＣ３０４は後述する整流回路３３、中央処理部３４、検波部３５、発信部３６、センサ部３７を構成するものである。
【００５８】
また、印刷回路基板３０１上には、後述する第１アンテナ３１Ａと第２アンテナ３１Ｂが直線状のプリント配線によって形成されており、例えば単一型のアンテナであり、互いに直角をなすように配置されている。
【００５９】
さらに、印刷回路基板３０１の表裏面には、第１及び第２アンテナ３１Ａ，３１Ｂ及びＩＣ３０２〜３０４の間を接続する配線４０１〜４１２，５０１〜５０４が形成されていると共に、表裏面の配線を所定位置にて接続するビアホール導体４２０（図中の黒点）が設けられている。配線４０４は後述する整流回路３３及び検波部３６とアンテナ切替器３２Ｂとを接続し、配線４０５は高周波増幅回路３６３とアンテナ切替器３２Ｂとを接続し、それぞれ高周波電流が通電される配線である。また、配線４０１〜４０３も同様に高周波電流を通電する配線である。
【００６０】
配線４０９，５０１〜５０３は接地用配線であり、配線４０６，４１１，５０４はアンテナ切替器３２Ａ，３２Ｂを駆動するための電力を供給する配線である。また、配線４０７，４０８はアンテナ切替器３２Ａ，３２Ｂを切替制御するための信号電流を通電するため或いは信号電圧を印加するための配線である。
【００６１】
また、これらの第１及び第２アンテナ３１Ａ，３１Ｂと配線４０１〜４１２，５０１〜５０４は、例えば、図３に示すように印刷回路基板３０１上の配線経路に沿って設けられた金属導体６０１とその表面に所定間隔で配置された複数のカーボン分子（炭素分子）とから構成されている。これらのカーボン分子は、カーボン分子を含む印刷用インク６０２を金属導体６０１の表面に塗布して固化することにより金属導体６０１の表面に接着した状態で配置される。この様に印刷用インクを接着剤として用いることにより、非常に低コストでカーボン分子を配置することができる。
【００６２】
これにより、複数のカーボン分子は分子レベルの間隔をあけて配置される。このカーボン分子として、本実施形態では周知のカーボンナノチューブを用いている。カーボンナノチューブは、炭素分子の一種であり、炭素原子が複数結合してできた直径が１ｎｍ、長さが１／１００〜１／１０ｍｍの円筒形物質である。
【００６３】
さらに、図４に示すように、本実施形態では金属導体６０１の表面において、各カーボンナノチューブ６０３はその長さ方向が通電方向、すなわち金属導体６０１の長さ方向に一致するように配置されている。このように各カーボンナノチューブ６０３を整列させるには、カーボンナノチューブ６０３を含む印刷用インク６０２を金属導体６０１の表面に塗布した後、これが乾燥して固化する前に、金属導体６０１の長さ方向に電界或いは磁界（例えば１０００ガウス程度）を印加しこの状態で印刷用インクを乾燥させて固化すればよい。尚、図４においては理解し易いように金属導体６０１に対するカーボンナノチューブ６０３の寸法比を実際とは変えて描いてある。
【００６４】
一方、センサ装置３の電気系回路は、図５に示すように、第１アンテナ３１Ａと、第２アンテナ３１Ｂ、第１アンテナ切替器３２Ａ、第２アンテナ切替器３２Ｂ、整流回路３３、中央処理部３４、検波部３５、発信部３６、センサ部３７から構成されている。
【００６５】
アンテナ３１Ａ，３１Ｂは、アンテナ５との間で電磁波を用いて通信するためのもので、例えばＧＨｚ帯の所定の通信周波数に整合されている。
【００６６】
アンテナ切替器３２Ａ、３２Ｂは、例えば電子スイッチ等から構成され、中央処理部３４の制御によってそれぞれ個別に切り替わり、アンテナ３１或いはアンテナ３２と整流回路３３及び検波部３５との接続とを切り替えるとともに、アンテナ３１或いはアンテナ３２と発信部３６との接続とを切り替える。
【００６７】
整流回路３３は、ダイオード３３１，３３２と、コンデンサ３３３、抵抗器３３４から構成され、周知の全波整流回路を形成している。この整流回路３３の入力側にはアンテナ切替器３１Ａ，３２Ｂを介してアンテナ３２が接続されている。整流回路３３は、中継装置４から送信された情報要求信号によってアンテナ３１に誘起した高周波電流を整流して直流電流に変換してコンデンサ３３３に蓄え、これを中央処理部３４、検波部３５、及び発信部３６の駆動電源として出力するものである。コンデンサ３３３は平滑と蓄電の両作用をなすが、一時的な蓄電用にスーパーキャパシタや２次電池を設けても良い。
【００６８】
中央処理部３４は、周知のＣＰＵ３４１と、ディジタル／アナログ（以下、Ｄ／Ａと称する）変換回路３４２、記憶部３４３から構成されている。ＣＰＵ３４１は、記憶部３４３の半導体メモリに格納されているプログラムに基づいて動作し、電源が供給されて駆動すると、センサ部３７に対して電源部３８の電池３８１を接続してセンサ部３７を駆動し、センサ検知データを中継装置４にワイヤレスで送信する。さらに、ＣＰＵ３４１は、受信した信号の中に書き込み命令と共に書き込み対象情報が含まれているときには、この書き込み命令に従って記憶部３４１内の情報の書き換えや追加或いは削除を行う。
【００６９】
また、ＣＰＵ３４１のプログラムには、中継装置４から後述する自己の識別情報を指定した情報要求信号を受信したときに応答信号を送信するように設定されている。本実施形態では、情報要求信号には情報要求であることを示すヘッダ部を設け、応答信号には応答であることを表すヘッダ部を設けることによって、情報要求信号と応答信号とを区別できるようにしている。
【００７０】
記憶部３４３は、ＣＰＵ３４１を動作させるプログラムが記録されたＲＯＭと、例えばＥＥＰＲＯＭ（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ｅｒａｓａｂｌｅ ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ｒｅａｄ−ｏｎｌｙ ｍｅｍｏｒｙ）等の電気的に書き換え可能な不揮発性の半導体メモリとからなり、個々の検知装置３に固有の識別情報が、製造時に記憶部３４３内の書き換え不可に指定された領域に予め記憶されている。
【００７１】
検波部３５は、ダイオード３５１とアナログ／ディジタル（以下、単にＡ／Ｄと称する）変換器３５２からなり、ダイオード３５１のアノードはアンテナ３１に接続され、カソードはＡ／Ｄ変換器３５２を介して中央処理部３４のＣＰＵ３４１に接続されている。これにより、受信した信号は検波部３５によってディジタルデータに変換されてＣＰＵ３４１に入力される。
【００７２】
発信部３６は、発振回路３６１、変調回路３６２及び高周波増幅回路３６３から構成され、発振回路３６１によって発振された搬送波を、中央処理部３４から入力した情報信号に基づいて変調回路３６２で変調し、これを高周波増幅回路３６３及びアンテナ切替器３２Ａ，３２Ｂを介して第１アンテナ３１Ａまたは第２アンテナ３１Ｂに供給する。
【００７３】
センサ部３７は、センサ３７１とＡ／Ｄ変換回路３７２から構成されている。センサ３７１としてはタイヤ２の状態を検知して電気信号に変換して出力するセンサが用いられ、例えば空気圧センサや温度センサ、圧力センサ、湿度センサ、振動センサなどである。本実施形態では、センサ３７１としてタイヤ内部の空気圧を検知して空気圧に対応した電圧を出力する空気圧センサを構成した。
【００７４】
Ａ／Ｄ変換回路３７２は、入力されたセンサ３７１の出力電圧をディジタル値に変換してＣＰＵ３４１に対して出力する。尚、センサ３７１の検知結果は正常と異常とを判別できるほかに要注意状態にあることを判別できるように３段階以上に表すことが好ましく、ディジタル値では２ビット以上のディジタル値に変換することが好ましい。本実施形態では８ビットのディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換回路３７４を用いている。
【００７５】
次に、前述の構成よりなる第１実施形態の動作について図６に示す処理フローチャート及び図７に示す応答信号送信タイミングチャートを参照して説明する。
【００７６】
モニタ装置本体４は、各センサ装置３に対する情報要求信号を送信する。このときモニタ装置本体４は、個々のセンサ装置３毎にその識別情報を指定した情報要求信号を送信する。この後、モニタ装置本体４は、送信した情報要求信号に対する全てのセンサ装置３からの応答信号を受信したか否かを判定し、全ての応答信号を受信できたときは、受信した応答信号から識別情報と検知情報とを抽出する。さらに、抽出した検知情報から空気圧データを解析して、表示パネル４ｂの液晶表示器に各タイヤ２２の空気圧を数字表示する。この後、モニタ装置本体４は、前述した処理を繰り返す。
【００７７】
一方、センサ装置３は、モニタ装置本体４から送信された情報要求信号によって駆動エネルギーが供給されて動作を開始すると、自己の識別情報を指定した情報要求信号を受信したか否かを判定し（ＳＡ１）、自己の識別情報を含む情報要求信号を受信したときはセンサ部３７が検知した空気圧のセンサデータを取り込み（ＳＡ２）、これらのデータと自己の識別情報を含む応答信号を生成する（ＳＡ３）。
【００７８】
次に、センサ装置３は、第１アンテナ切替器３２Ａと第２アンテナ切替器３２Ｂを操作して、第１アンテナ３１Ａからの送信を可能にし（ＳＡ４）、第１アンテナ３１Ａから応答信号を送信する（ＳＡ５）。この後、さらに第１アンテナ切替器３２Ａと第２アンテナ切替器３２Ｂを操作して、第２アンテナ３１Ｂからの送信を可能にし（ＳＡ６）、第２アンテナ３１Ｂから応答信号を送信する（ＳＡ７）。
【００７９】
本実施形態では、図７に示すように、センサ装置３は情報要求信号を受信した後に第１アンテナ３１Ａからｔ１秒の間に１回目の応答信号を送信し、この後、ｔ２秒経過してから第２アンテナ３１Ｂからｔ３秒の間に２回目の応答信号を送信する。尚、本実施形態では、ｔ１，ｔ２，ｔ３のそれぞれを１５ｍｓに設定している。
【００８０】
前述したように第１実施形態のタイヤ監視システムでは、センサ装置３に２つのアンテナ３１Ａ，３１Ｂを設けると共に、それぞれの指向性の方向が直角となるように各アンテナ３１Ａ，３１Ｂを配置したので、タイヤ２内部の空気圧がセンサ装置３によって検出され、電波によってタイヤ２の外部に送信される際に、異なる位置に配置された２つのアンテナ３１Ａ，３１Ｂのそれぞれから所定時間の送信期間内で順次検出結果が送信されるため、センサ装置３からは、それぞれ異なる位置に配置された２個以上のアンテナ３１Ａ，３１Ｂのそれぞれから電波が送信されるので、モニタ装置本体４側ではこれらのアンテナ３１Ａ，３１Ｂから送信された電波のうちの少なくとも電界強度が最大となる電波を受信することによってセンサ装置３からの信号を確実に受信することができる。従って、電波のマルチパスなどによる通信品質の劣化を低減することができる。
【００８１】
また、本実施形態では、印刷回路基板３０１上の配線経路に沿って設けられた金属導体６０１の表面に所定間隔で複数のカーボンナノチューブ（炭素分子）６０３を配置したので、図８に示すように、高周波電流は周知の表皮効果によってカーボンナノチューブ６０３間に発生する静電容量Ｃｐによる容量結合を介してカーボンナノチューブ６０３間を伝達する。これにより、配線の電気抵抗における純抵抗成分すなわち金属導体６０１の純抵抗成分が低減され、この純抵抗成分による高周波電流の損失が低減される。さらに、カーボンナノチューブ６０３間の容量結合によって信号伝達を担う電子の移動速度が通常の金属導体よりも高速となるため、配線における電気信号の伝達速度が向上する。
【００８２】
尚、本実施形態では、カーボンナノチューブ６０３を整列させたが、図９に示すように、カーボンナノチューブ６０３を整列させない状態、すなわち各カーボンナノチューブ６０３の長手方向が任意の方向を向いていても、隣り合うカーボンナノチューブ６０３間には容量結合が生じるので、上記とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００８３】
また、図１０に示すように、カーボンナノチューブ６０３に代えてほぼ同等の大きさを有するカーボン分子の一種であるフェラーレン（Ｃ６０，Ｃ７０）６０４を用いても、同様の効果を得ることができる。カーボンナノチューブ６０３が円筒形状であるのに対して、フェラーレン（Ｃ６０，Ｃ７０）６０４は球形状である点だけが異なる。
【００８４】
また、本実施形態では、印刷回路基板３０１のベース基板としてセラミック基板を用いたが、樹脂基板であっても良いし、プラスチックフィルム基板であっても良い。
【００８５】
また、本実施形態では、金属導体６０１の表面にカーボンナノチューブ６０３を付着させるために、その接着剤として印刷用インクを用いたがこれに限定されることはなく、カーボンナノチューブ６０３を金属導体６０１に付着できる接着剤で有ればよいことは言うまでもない。
【００８６】
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
【００８７】
第２実施形態では、高周波電流が流れる部分の配線において、金属導体を除去してカーボンナノチューブ６０３を含む印刷用インク６０２を塗布するのみで形成した。即ち、図１１及び図１２に示すように、直流電流を流す必要が無く、高周波で変化する電流が流れる配線においては、高周波電流は表皮効果によって表面のみを流れるので、必ずしも金属導体６０１を必要としない。従って、カーボン分子（カーボンナノチューブ６０３或いはフェラーレン６０４）を所定間隔で配置することで配線を形成することが可能である。
【００８８】
図１１は本発明の第２実施形態における高周波回路基板を用いたタイヤ装着用センサ装置の本体を示す平面図、図１２は図１１におけるＢ−Ｂ線矢視方向断面図である。
【００８９】
第２実施形態では、図１１，１２に示すように、第１及び第２アンテナ３１Ａ，３１Ｂ、配線４０１〜４０５をカーボンナノチューブ６０３を含む印刷用インク６０２を塗布するのみで形成した。
【００９０】
尚、上記実施形態は本願発明の一具体例であり、本願発明が上記実施形態の構成のみに限定されることはない。例えば、上記実施形態では、高周波回路基板としてタイヤ装着用センサ装置３，３Ｂの印刷回路基板３０１を例として説明したが、アンテナに供給する高周波電流やＣＰＵのクロック信号等の周波数の高い信号電流を流す配線を有する回路基板であれば、本発明を適用して、上記の効果を得ることができる。
【００９１】
【発明の効果】
以上説明したように本発明の高周波回路基板によれば、高周波電流は周知の表皮効果によって炭素分子間に発生する容量結合を介して炭素分子間を伝達するため、配線の電気抵抗における純抵抗成分が低減され、該純抵抗成分による高周波電流の損失が低減されると共に、信号伝達を担う電子の移動速度が通常の金属導体よりも高速となるため、配線における電気信号の伝達速度が向上するという非常に優れた効果を奏するものである。
【００９２】
また、本発明の高周波回路基板の製造方法によれば、上記の高周波回路基板を低コストで容易に形成することができるという非常に優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態における高周波回路基板を用いたタイヤ監視システムの全体を示す構成図
【図２】本発明の第１実施形態における高周波回路基板を用いたタイヤ装着用センサ装置の本体を示す平面図
【図３】図２におけるＡ−Ａ線矢視方向断面図
【図４】本発明の第１実施形態における高周波回路基板の配線を説明する図
【図５】本発明の第１実施形態におけるタイヤ装着用センサ装置の電気系回路を示すブロック図
【図６】本発明の第１実施形態におけるタイヤ装着用センサ装置の動作を説明するフローチャート
【図７】本発明の第１実施形態におけるタイヤ装着用センサ装置の応答信号送信タイミングチャート
【図８】本発明の第１実施形態における高周波回路基板でのカーボン分子間の通電状態を説明する図
【図９】本発明の第１実施形態における高周波回路基板の他の配線例を説明する図
【図１０】本発明の第１実施形態における高周波回路基板の他の配線例を説明する図
【図１１】本発明の第２実施形態における高周波回路基板を用いたタイヤ装着用センサ装置の本体を示す平面図
【図１２】図１１におけるＢ−Ｂ線矢視方向断面図
【符号の説明】
１…車両、２…タイヤ、３，３Ａ，３Ｂ…センサ装置、４…モニタ装置本体、４ａ…コントローラ、４ｂ…表示パネル、５…アンテナ、３１Ａ，３１Ｂ…アンテナ、３２Ａ，３２Ｂ…アンテナ切替器、３３…整流回路、３４…中央処理部、３５…検波部、３６…発信部、３７…センサ部、３０１…配線回路基板、３０２〜３０４…ＩＣ（半導体集積回路）、３３１，３３２…ダイオード、３３３…コンデンサ、３３４…抵抗器、３４１…ＣＰＵ、３４２…ディジタル／アナログ変換回路、３４３…記憶部、３５１…ダイオード、アナログ／ディジタル変換器、３６１…発振回路、３６２…変調回路、高周波増幅回路３６３，３６４、３６５…切替器、３７１…センサ、３７２…アナログ／ディジタル変換回路、４０１〜４１１…配線、４２０…ビアホール導体、５０１〜５０３…配線、６０１…金属導体、６０２…カーボン分子を含む印刷用インク、６０３…カーボンナノチューブ、６０４…フェラーレン。
Claims (21)
- 絶縁基板上に高周波電流を通電する配線が形成されてなる高周波回路基板において、
前記配線の経路に沿って所定の間隔で配置された複数の炭素分子を有する
ことを特徴とする高周波回路基板。 - 前記配線の経路に沿って配置された複数の炭素分子及び該炭素分子を前記絶縁基板に接着する接着剤のみによって前記配線が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。 - 前記配線の経路に沿って配置された金属導体と、該金属導体の表面に配置された前記炭素分子とから前記配線が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。 - 前記複数の炭素分子がフェラーレンからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の高周波回路基板。
- 前記複数の炭素分子がカーボンナノチューブからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の高周波回路基板。
- 前記カーボンナノチューブが同一方向に整列していることを特徴とする請求項５に記載の高周波回路基板。
- 前記配線がアンテナであることを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
- 前記絶縁基板がセラミックからなることを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
- 前記絶縁基板が樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
- 前記絶縁基板がプラスチックフィルムからなることを特徴とする請求項１に記載の高周波回路基板。
- 絶縁基板上に高周波電流を通電する配線が形成されてなる高周波回路基板の製造方法において、
炭素分子を液体状の接着剤に混合した混合物を生成するステップと、
該混合物を前記配線の経路に沿って前記絶縁基板上に塗布するステップと、
前記塗布した混合物の接着剤を固化して前記配線を形成するステップとを含む
ことを特徴とする高周波回路基板の製造方法。 - 絶縁基板上に高周波電流を通電する配線が形成されてなる高周波回路基板の製造方法において、
炭素分子を液体状の接着剤に混合した混合物を生成するステップと、
前記絶縁基板上に前記配線の経路に沿って金属導体を配置するステップと、
前記金属導体の表面に前記混合物を塗布するステップと、
前記塗布した混合物の接着剤を固化して前記配線を形成するステップとを含む
ことを特徴とする高周波回路基板の製造方法。 - 前記炭素分子としてフェラーレンを用いることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の高周波回路基板の製造方法。
- 前記炭素分子としてカーボンナノチューブを用いることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の高周波回路基板の製造方法。
- 前記金属導体の表面に前記混合物を塗布した後、前記接着剤を固化する前に、前記混合物に磁界を印加して前記カーボンナノチューブを所定方向に整列させるステップを含む
ことを特徴とする請求項１４に記載の高周波回路基板の製造方法。 - 前記金属導体の表面に前記混合物を塗布した後、前記接着剤を固化する前に、前記混合物に電界を印加して前記カーボンナノチューブを所定方向に整列させるステップを含む
ことを特徴とする請求項１４に記載の高周波回路基板の製造方法。 - 前記電界の電気力線の方向が前記配線経路方向に一致するように前記電界を印加する
ことを特徴とする請求項１６に記載の高周波回路基板の製造方法。 - 前記絶縁基板としてセラミック基板を用いることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の高周波回路基板の製造方法。
- 前記絶縁基板として樹脂基板を用いることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の高周波回路基板の製造方法。
- 前記絶縁基板としてプラスチックフィルム基板を用いることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の高周波回路基板の製造方法。
- 前記接着剤として印刷用インクを用いることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の高周波回路基板の製造方法。
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