JP2013098923A

JP2013098923A - リングアンテナ

Info

Publication number: JP2013098923A
Application number: JP2011242548A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Ito; 淳伊藤
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-11-04
Filing date: 2011-11-04
Publication date: 2013-05-20

Abstract

【課題】製造が容易であり、衝撃による破損の恐れがなく、軽量化も達成可能なリングアンテナを提供する。
【解決手段】リングアンテナ１０は、基体１１の粗面化された表面に形成されたメッキ層によりアンテナエレメント１２〜１４が構成されているため、製造が容易である。また、セラミックスに較べてじん性が高く比重の小さい誘電体プラスチックスによって基体１１が構成されているため、衝撃による破損の恐れがなく、軽量化も達成可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信機能を有する小型の携帯機器などに内蔵可能なリングアンテナに関するものである。

無線通信機能を有する小型の携帯機器として、例えば腕時計と合体した小型受信機が従来一般に知られている。この小型受信機には、リング状のアンテナ部（２）がリングアンテナとして組み込まれている（例えば特許文献１参照）。

ここで、特許文献１に記載されたリングアンテナ、すなわちリング状のアンテナ部（２）は、リング状の誘電体基板（２１）上にＣ型ループ素子（２２）が形成されたものであり、誘電体基板（２１）はセラミックス製とされている。そして、Ｃ型ループ素子（２２）は、誘電体基板（２１）上に導電材をＣ型のパターンで蒸着することにより形成され、あるいはＣ型に加工された金属薄板を誘電体基板（２１）上に貼着することで形成されている。

特開２０００−５９２４１号公報

ところで、特許文献１に記載されたリングアンテナは、セラミックス製の誘電体基板（２１）の上に導電材を蒸着し、あるいは金属薄板を貼着してＣ型ループ素子（２２）を形成したものであるため、Ｃ型ループ素子（２２）の形成に手間が掛かるという製造上の問題がある。また、誘電体基板（２１）がセラミックス製であるため、落下などの衝撃により破損し易く、重量も重くなるという問題がある。

そこで、本発明は、製造が容易であり、衝撃による破損の恐れがなく、軽量化も達成可能なリングアンテナを提供することを課題とする。

このような課題を解決するため、本発明に係るリングアンテナは、環状の誘電体プラスチックスからなる基体と、この基体の粗面化された表面にそれぞれ周長の異なるリング状のパターンで形成された複数のメッキ層からなるアンテナエレメントとを備えたリングアンテナであって、環状の基体には、内面にメッキ層を有する複数のスルーホールが形成されており、そのスルーホールの内面のメッキ層により、アンテナエレメントが相互に導通されて給電ピンに接続されることを特徴とする。

本発明に係るリングアンテナは、粗面化された基体の表面に形成されたメッキ層によりアンテナエレメントが構成されているため、製造が容易である。また、セラミックスに較べてじん性が高く比重の小さい誘電体プラスチックスによって基体が構成されているため、衝撃による破損の恐れがなく、軽量化も達成可能である。もちろん、本発明に係るリングアンテナにおいては、基体としてセラミックスを配合した誘電体プラスチックスをも使用することができる。

本発明のリングアンテナにおいて、アンテナエレメントは、例えば、以下の手法により形成することができる。
すなわち、基体は射出成形法により成形し、該基体の表面、言い換えれば、アンテナエレメント形成面（具体的には、スルーホールの内面を含む基体全面、あるいはエレメント形成面全面）をサンドブラストして粗面化する。
次いで、無電解メッキする。スルーホールの内面を含む基体全面を粗面化する場合には、メッキは、エレメント非形成面にも施されるため、レーザーパターニング処理してエレメント非形成面のメッキを除去する。スルーホールの内面を含むエレメント形成面のみを粗面化する場合には、メッキは、エレメント形成面のみに施されるため、レザーパターニング処理は不要となる。

後者の場合、サンドブラスト時にエレメント非形成面へのマスキング処理が必要となる。このマスキング処理は、マスキング用の合成樹脂（水溶性や水分解性樹脂、光照射により溶媒溶解性となる樹脂等）を射出成形するなどがあるが、該樹脂の除去の際に、水、その他の溶媒を使用するため、煩雑な廃液処理が必要となるため、前者の手法を採用することが好ましい。

なお、本発明のリングアンテナにおいては、レザーパターニング処理後に、再度、無電解メッキしてもよい。これにより、より高品質のエレメントを形成することができる。

ここで、本発明のリングアンテナにおいて、誘電体プラスチックスからなる基体の誘電率εが５〜１２であると、誘電体プラスチックスによる波長短縮率が大きくなるため、リングアンテナを一層小型化することが可能となる。

本発明に係るリングアンテナは、粗面化された基体の表面に形成されたメッキ層によりアンテナエレメントが構成されているため、製造が容易である。また、セラミックスに較べてじん性が高く比重の小さい誘電体プラスチックスによって基体が構成されているため、衝撃による破損の恐れがなく、軽量化も達成可能である。

本発明の一実施形態に係るリングアンテナの外観を示す斜視図である。一実施形態に係るリングアンテナのスルーホールを示す半断面斜視図である。

以下、添付の図面を参照して本発明に係るリングアンテナの実施の形態を説明する。図１に示す一実施形態のリングアンテナ１０は、例えば図示しない腕時計に無線通信機能を付加するように組み込まれるものである。

このリングアンテナ１０は、環状に射出成形された誘電体プラスチックスからなる基体１１と、この基体１１の表面にそれぞれ周長の異なるリング状のパターンで形成された複数のメッキ層からなるアンテナエレメント１２〜１４とを備えている。

環状の基体１１は、従来の誘電体セラミックスに較べてじん性が高く比重の小さい誘電体プラスチックス、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）で構成されており、誘電率εが１０程度の高い誘電性を有する。この基体１１は、半田加工が可能な耐熱性（２６０℃）、メッキ加工性およびサンドブラスト加工性を備えている。

このような環状の基体１１は、径方向に平行する左右の側面と、径方向に直交する内周面および外周面とを有する八角形の断面形状に形成されている。そして、この基体１１の内周面には周長の短いアンテナエレメント１２が形成され、一方の側面には周長が中位のアンテナエレメント１３が形成され、外周面には周長の長いアンテナエレメント１４が形成されている。

ここで、環状の基体１１には、内面にメッキ層を有するスルーホール１５，１６が形成されている。スルーホール１５はＬ字状に屈曲した孔であり、一端が基体１１の他の側面に開口し、他端が基体１１の内周面に開口している。そして、このスルーホール１５の一端部に給電ピン１７が圧入嵌合されることで、給電ピン１７がスルーホール１５の内面のメッキ層を介して基体１１の内周面のアンテナエレメント１２に導通される。

スルーホール１６はＴ字状に交差した孔であり、基体１１の内周面と外周面と一方の側面とに開口している。そして、このスルーホール１６の内面のメッキ層を介して基体１１の内周面のアンテナエレメント１２と、基体１１の外周面のアンテナエレメント１４と、基体１１の一方の側面のアンテナエレメント１３とが相互に導通されている。

アンテナエレメント１２〜１４を構成する基体１１の表面のメッキ層、およびスルーホール１５，１６の内面のメッキ層は、銅（Ｃｕ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の３層構造のメッキ層であり、以下に述べる下地処理工程、第１メッキ工程、パターニング工程、第２メッキ工程を経て形成される。

下地処理工程では、サンドブラストにより基体１１の表面およびスルーホール１５，１６の内面が粗面化される。このサンドブラストには、例えば粒度が８０番の高純度アルミナであるホワイトアランダム（ＷＡ♯８０）が使用される。そして、この下地処理工程により、基体１１の表面およびスルーホール１５，１６の内面がＲａ２．０μｍ程度に粗面化される。

第１メッキ工程では、Ｒａ２．０μｍ程度に粗面化された基体１１の表面およびスルーホール１５，１６の内面に無電解メッキ（上記の３層構造の場合は、銅メッキ）が施される。この無電解メッキ（銅メッキ）層の厚さは、０．５〜１．０μｍ程度である。

パターニング工程では、基体１１の表面全面に形成された無電解メッキ層のうち、アンテナエレメント１２〜１４を構成しない不要部分がレーザ光線の照射によるレーザパターニング処理によって除去される。このレーザパターニング処理に使用されるレーザ光線は、スポット径が例えば３０μｍであり、周波数が例えば９０ｋＨｚである。

第２メッキ工程では、レーザ光線の照射により不要部分が除去された無電解メッキ層上に電解メッキ（先ず、ニッケルメッキ、続いて金メッキ）が施される。銅（Ｃｕ）／ニッケル（Ｎｉ）／金（Ａｕ）の３層構造の厚さは銅（Ｃｕ）が３〜３０μｍ、ニッケル（Ｎｉ）が０．５〜３．０μｍ、金（Ａｕ）が０．０１〜０．１μｍ程度である。

以上のように構成された一実施形態のリングアンテナ１０は、基体１１の誘電率εが５〜１２程度であって高い誘電性を有するため、その波長短縮効果により、例えばＵＨＦ帯の電波を短縮して良好に送受信する。このリングアンテナ１０は、従来の誘電体セラミックスに較べてじん性が高く比重の小さい誘電体プラスチックス、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ），液晶ポリマー（ＬＣＰ）で構成されているため、落下などの衝撃による破損の恐れがなく、しかも軽量である。

ここで、送受信する電波の真空中の波長λ₀を０．２ｍとした場合、誘電率εが３の一般樹脂からなる基体では、波長λは、λ＝０．２／３^1/2の式により、０．１１５ｍに短縮する。これに対し、誘電率εが６の誘電体セラミックスからなる基体１１では、波長λは、λ＝０．２／６^1/2の式により、０．０８２ｍに短縮する。

この場合、一般樹脂からなる基体に対する誘電体セラミックスからなる基体１１の寸法的縮小率は、縮小率＝（０．０８２ｍ／０．１１５ｍ）×１００＝７１．３％となる。すなわち、誘電率εが６の誘電体セラミックスからなる基体１１の寸法は、誘電率εが３の一般樹脂からなる基体の寸法に対し、その７１．３％に縮小する。

このリングアンテナ１０は、従来の誘電体セラミックスに較べてじん性が高く比重の小さい誘電体プラスチックス、例えばポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、シンジオタクチックポリスチレン（ＳＰＳ），液晶ポリマー（ＬＣＰ）で構成されているため、落下などの衝撃による破損の恐れがなく、しかも軽量である。

また、一実施形態のリングアンテナ１０は、アンテナエレメント１２〜１４が基体１１の表面に形成されるメッキ層によって構成されるため、そのリング状のパターンを若干変更するだけで共振周波数を調整することができる。

すなわち、一実施形態のリングアンテナ１０によれば、落下による破損の恐れがなく、しかも軽量であって、より高精度の送受信が可能となる。加えて、要求される共振周波数への調整を容易に行うことができる。

本発明に係るリングアンテナは、前述した一実施形態に限定されるものではない。例えば、基体１１は、誘電率が３〜２０の結晶性ポリスチレン（ＳＰＳ）をベース樹脂とした熱可塑性樹脂で構成してもよいし、誘電率が３〜２０のポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）と液晶ポリマ（ＬＣＰ）とをコンパウンドした複合材料（この複合材料の誘電率も３〜２０程度が好ましい）としてもよいし、あるいは樹脂とセラミックスとのコンパウンドで誘電率が３〜２０程度のものであってもい。これらの複合材料からなる基体１１も、このように高い誘電特性を備えると共に、精密成形に適した寸法安定性、ハンダに対する耐熱性、あるいはサンドブラスト適正等を備える。

１０：リングアンテナ
１１：基体
１２：アンテナエレメント
１３：アンテナエレメント
１４：アンテナエレメント
１５：スルーホール
１６：スルーホール
１７：給電ピン

Claims

環状の誘電体プラスチックスからなる基体と、この基体の粗面化された表面にそれぞれ周長の異なるリング状のパターンで形成されたメッキ層からなる複数のアンテナエレメントとを備えたリングアンテナであって、
前記環状の基体には、内面にメッキ層を有する複数のスルーホールが形成されており、そのスルーホールの内面のメッキ層により、前記複数のアンテナエレメントが相互に導通され、かつ、給電ピンに接続されていることを特徴とするリングアンテナ。
前記基体は射出成形されたものであり、
前記基体の表面はサンドブラストにより粗面化されており、
前記アンテナエレメントは、粗面化された基体の表面に無電解メッキ層を形成し、この無電解メッキ層をレーザパターニング処理して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のリングアンテナ。