JP2013126008A - 無線給電用スパイラルアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】高い伝送効率の無線給電用スパイラルアンテナを提供する。
【解決手段】電導線１１が任意の間隔で巻回されたアンテナ素子１０を備え、前記アンテナ素子１０は、前記電導線１１の側面に接する支持体２０により固定され、前記支持体２０は、ポリオレフィンを主成分とすることよりなる。磁性体層が積層されていることが好ましく、前記アンテナ素子１０は、コンデンサと接続されていることが好ましく、前記磁性体層を介して、前記アンテナ素子１０と接続されているシート状のコンデンサが積層されていることが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線給電用スパイラルアンテナに関する。

無線での電力供給技術として、電磁誘導を利用した電力供給技術や電波を利用した電力供給技術の開発が進められてきた。
しかしながら、電磁誘導型や電波型の電力供給技術は、全方位にエネルギーが放射されるため、エネルギーのロスが多く、長距離の電力供給には向かないものであった。
こうした問題に対し、送信側のアンテナ及び受信側のアンテナとして導電性ワイヤ・ループ（ループアンテナ）を用い、磁場共鳴を利用した電力供給技術が提案されている（例えば、特許文献１）。
磁場共鳴を利用した電力供給技術は、２つのアンテナが同一の周波数に共振する場合に電磁波が近距離電磁場を通じて一方のアンテナから他方のアンテナへ移動するエバネッセント結合を原理としている。このため、使われないエネルギーは空気中へ放射されずに電磁場に再吸収され、エネルギー伝送に無駄のないシステムとなる。
加えて、磁場共鳴を利用した電力供給技術は、非放射型の無線エネルギー伝送技術であり、指向性が高いため、長距離の電力供給においてもエネルギーのロスを少なくできる。このため、磁場共鳴を利用することで、より少ないエネルギーロスで、電力を供給できる（伝送効率が高い）。

特表２００９−５０１５１０号公報

磁場共鳴を利用した電力供給技術には、より強い磁場を発生できるアンテナが必要とされる。強い磁場を発生させるには、高いインダクタンスを持つアンテナ、即ち総線路長の長いアンテナを用いることが必要となる。総線路長を長くしたアンテナとしては、ループアンテナの半径方向に間隔を持たせ、電導線を巻回したスパイラルアンテナが知られている。
しかしながら、単に電導線を巻回してスパイラルアンテナとしても、電導線間の間隔が一定でなかったり、外的要因（例えば、衝撃等）により間隔が変動したりすると、伝送効率が低下してしまう。そこで、電導線の間に支持体等を設けて電導線を固定することが考えられるが、支持体による誘電損失が生じ、伝送効率が低下してしまう。
そこで、本発明は、高い伝送効率の無線給電用スパイラルアンテナを目的とする。

本発明の無線給電用スパイラルアンテナは、電導線が任意の間隔で巻回されたアンテナ素子を備え、前記アンテナ素子は、前記電導線の側面に接する支持体により固定され、前記支持体は、ポリオレフィンを主成分とすることを特徴とする。
磁性体層が積層されていることが好ましく、前記アンテナ素子は、コンデンサと接続されていることが好ましく、前記磁性体層を介して、前記アンテナ素子と接続されているシート状のコンデンサが積層されていることが好ましい。

本発明の無線給電用スパイラルアンテナによれば、伝送効率の向上が図れる。

本発明の第一の実施形態にかかる無線給電用スパイラルアンテナの平面図である。 図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。 本発明の第二の実施形態にかかる無線給電用スパイラルアンテナの平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ断面図である。 本発明の第三の実施形態にかかる無線給電用スパイラルアンテナの平面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ断面図である。 本発明の一実施形態にかかる無線給電用スパイラルアンテナの平面図である。 伝送効率を測定する際のスパイラルアンテナの配置を示す模式図である。

（第一の実施形態）
本発明の第一の実施形態にかかる無線給電用スパイラルアンテナ（以下、単にスパイラルアンテナということがある）について、図１〜２を参照して説明する。図１〜２に示すように、スパイラルアンテナ１は、支持体２０と、アンテナ素子１０とを備えるものである。

支持体２０は、平面視円形の平板状とされている。
アンテナ素子１０は、電導線１１が任意の間隔で巻回されたものであり、全体として平面視円形の渦巻状とされている。アンテナ素子１０は、厚さ方向の一部が支持体２０に埋まり、厚さ方向の一部が露出するように、支持体２０に設けられている。こうして、アンテナ素子１０は、電導線１１の側面に接する支持体２０により固定されている。
支持体２０には、支持体２０を貫通し内周端１２に接続された内周端延長部１３と、支持体２０を貫通し外周端１４に接続された外周端延長部１５とが設けられている。

支持体２０の材質は、ポリオレフィンを主成分とするものである。ポリオレフィンは、誘電率２．２〜２．６Ｆ／ｍ（１ＭＨｚ）、誘電損失０．００５以下（１ＭＨｚ）である。これは、電装用部材に汎用されるエポキシ樹脂（誘電率２．８〜３．５Ｆ／ｍ、誘電損失０．００５〜０．０１５）に比べて、誘電率及び誘電損失が小さい。このため、支持体２０がポリオレフィンを主成分とするものであれば、スパイラルアンテナ１の誘電損失を抑制して、伝送効率を高められる。
なお、「ポリオレフィンを主成分とする」とは、支持体２０を構成する樹脂（支持体樹脂ということがある）中のポリオレフィンの含有量が５０質量％超であることを意味する。

ポリオレフィンとしては、例えば、低密度ポリエチレン、中密度ポリエチレン、高密度ポリエチレン等のポリエチレン、αオレフィン（ブテン−１、ヘキセン−１、オクテン−１、４−メチルペンテン−１）とエチレンとの共重合体、ポリプロピレン、ポリブテン−１、ポリ４−メチルペンテン−１等のポリαオレフィン、ランダム共重合ポリプロピレン、ブロック共重合ポリプロピレン、エチレン−プロピレン−ブテン共重合体、ブテン−プロピレン共重合体、エチレン−環状オレフィン共重合体、エチレン−酢酸ビニル共重合体、エチレン−アクリル酸エチル共重合体等が挙げられる。中でも、成形性や機械的強度、耐熱性に優れる点で高密度ポリエチレン、ポリプロピレンが好ましい。また、後述する無機フィラーへの接着性を増す目的で、ポリオレフィンに無水マレイン酸等の不飽和有機酸でグラフト変性させたものを用いてもよい。
これらのポリオレフィンは、１種単独で用いられてもよいし、２種以上が組み合わされて用いられてもよい。

支持体樹脂中のポリオレフィンの含有量は、７０質量％以上が好ましく、９０質量％以上がより好ましく、実質的に１００質量％がさらに好ましい。支持体樹脂中のポリオレフィンの含有量が上記下限値以上であれば、スパイラルアンテナ１の誘電損失を抑制して、伝送効率を高められる。なお、実質的に１００質量％とは、本発明の効果を損なわない程度に他の樹脂が含まれることを許容するものである。

支持体２０は、無機フィラーを含有できる。後述するように、電導線１１には銅等の金属が用いられることが多く、電導線１１の線膨張率とポリオレフィンの線膨張率との差が大きい。このため、電導線１１に通電されて、電導線１１の温度が上昇すると、電導線１１の膨張に支持体２０の膨張が追随できず、支持体２０から電導線１１が外れやすくなる。加えて、電導線１１に通電されて支持体２０の温度が上昇すると、支持体２０が軟化して変形しやすくなる。そして、支持体２０から電導線１１が外れたり、支持体２０が変形して、電導線１１間の間隔が小さくなって放電を起こしたり、電導線１１同士が接触したりするおそれがある。支持体２０は、無機フィラーを含有することで、線膨張率が低減され、あるいは耐熱性や熱放散性が高められて変形が良好に防止され、電導線１１の支持を維持し、かつ電導線１１間の間隔を維持して放電の発生や電導線１１同士が接触するのを良好に防止できる。
無機フィラーとしては、アスペクト比が高く誘電損失が小さいものが好ましい。アスペクト比が高ければ、熱線膨張の抑制効果、熱変形の抑制効果等、大きな複合効果を得られるためである。このような無機フィラーとしては、炭酸カルシウム、タルク、カオリンクレー、珪石、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化アルミニウム、ゼオライト、マイカ、アルミナ、硫酸バリウム、ガラス繊維等が挙げられる。中でも、ガラス繊維は、アスペクト比が高く、誘電損失が低いため、高い複合効果が期待できる。また、ポリオレフィンの線膨張率は、１００ｐｐｍ以上であるのに対し、ガラス繊維の線膨張率は、５ｐｐｍである。また、ガラスは、誘電損失０．００１程度と低い。加えて、ガラスの熱伝導率は約１Ｗ／ｍ・Ｋであり、ポリオレフィンの熱伝導率（０．３５Ｗ／ｍ・Ｋ）に比べて高いため、支持体２０からの熱放散性を高められる。

無機フィラーの配合量は、無機フィラーの種類や、支持体２０に求める物性等を勘案して決定でき、例えば、支持体樹脂１００質量部に対し、無機フィラー３０〜３００質量部が好ましく、５０〜２００質量部がより好ましい。上記下限値未満では、線膨張率の低下等、無機フィラーを含有することの効果が発揮されにくく、上記上限値超では、支持体２０の機械的強度が低下し、使用中に破損しやすくなるおそれがある。

支持体２０は、ポリオレフィン、無機フィラー以外に、必要に応じて任意成分を含有してもよい。任意成分としては、顔料、滑剤、酸化防止剤等が挙げられる。

支持体２０の形態は、スパイラルアンテナ１の用法等を勘案して決定でき、非発泡体であってもよいし、発泡体であってもよい。
支持体２０の誘電率や誘電損失を低減するためには、支持体２０を発泡体とすることが好ましい。支持体２０を発泡体とするには、支持体樹脂に発泡剤を添加し、熱分解させる方法や、炭化水素系、フッ素系の発泡剤を高圧で支持体樹脂に溶解させた後に圧力を開放することで発泡させる方法等が挙げられる。
支持体２０を発泡体とする場合、空隙率が高すぎると支持体２０の機械的強度が損なわれ、空隙率が低すぎると誘電率や誘電損失の低減効果が得られにくい。このため、空隙率は、１〜９０体積％が好ましく、５〜５０体積％がより好ましい。
また、支持体２０の機械的強度を重視する場合には、支持体２０を非発泡体とすることが好ましい。

支持体２０の直径Ｒ１は、後述するアンテナ素子１０の直径Ｒ２に応じて適宜決定される。
支持体２０の厚みＴ１は、支持体２０に求める機械的強度と、支持体２０の材質とを勘案して決定でき、例えば、４〜１０ｍｍとされる。

電導線１１の材質としては、電気抵抗が小さいものが好ましく、例えば、銅又は銀等が挙げられ、価格の観点から銅が好ましい。また、電導線１１は、使用中に表面が酸化されて抵抗値が変化するのを防止するため、表面が錫等で被覆されたものであってもよい。

アンテナ素子１０の直径Ｒ２は、利用される共振周波数等を勘案して決定でき、例えば、利用する共振周波数が１０〜１０００ＫＨｚであれば、直径Ｒ２は３０〜１００ｃｍとされる。また、例えば、利用する共振周波数が１ＭＨｚ超１０００ＭＨｚ以下であれば、直径Ｒ２は３〜３０ｃｍとされる。直径Ｒ２が上記下限値未満では、伝送距離を十分に高められないおそれがあり、上記上限値超では、スパイラルアンテナ１が大きくなりすぎて、設置場所が制限される等、不都合を生じやすい。

アンテナ素子１０の総線路長は、利用される共振周波数や、伝送距離等を勘案して適宜決定され、例えば、利用する共振周波数が１０〜１０００ＫＨｚであれば、１〜４００ｍとされ、利用する共振周波数が１ＭＨｚ超１０００ＭＨｚ以下であれば、０．１〜４０ｍとされる。上記下限値未満では、伝送効率を十分に高められないおそれがあり、上記上限値超では、スパイラルアンテナ１が大きくなりすぎて、設置場所が制限される等、不都合を生じやすい。

アンテナ素子１０の巻回数は、伝送距離等を勘案して決定でき、例えば、１０〜１００回とされる。上記下限値未満では、伝送効率を十分に高められないおそれがあり、上記上限値超では、スパイラルアンテナ１が大きくなりすぎて、設置場所が制限される等、不都合を生じやすい。

電導線１１の太さ（線径）は、利用する共振周波数等を勘案して決定でき、細すぎると電気抵抗が高くなりすぎ、太すぎるとスパイラルアンテナの質量が大きくなりすぎる。例えば、利用する共振周波数が１０〜１０００ＫＨｚであれば、電導線１１の太さは０．５ｍｍ〜５ｍｍが好ましく、１ｍｍ〜３ｍｍがより好ましい。また、利用する共振周波数が１ＭＨｚ超１０００ＭＨｚ以下であれば、電導線１１の太さは、０．５〜５ｍｍが好ましい。

アンテナ素子１０における電導線１１同士の間隔Ｄ１は、利用される共振周波数等を勘案して決定でき、例えば、利用される共振周波数が１０〜１０００ＫＨｚであれば、０．１〜５ｍｍが好ましく、１〜３ｍｍがより好ましい。上記下限値以上であれば、電導線１１同士の間隔Ｄ１を制御しやすく、上記上限値以下であれば、スパイラルアンテナ１のコンパクト化が図れる。

内周端延長部１３は、アンテナ素子１０を形成する電導線１１の延長部であってもよいし、電導線１１とは異なる部材が内周端１２に接続されたものであってもよい。
外周端延長部１５は、アンテナ素子１０を形成する電導線１１の延長部であってもよいし、電導線１１とは異なる部材が外周端１４に接続されたものであってもよい。

スパイラルアンテナ１は、例えば、以下の製造方法により製造される。
アンテナ素子１０の形状に対応する渦巻状の溝を表面に形成した支持体２０を成形する。支持体２０の成形方法としては、原料樹脂を射出成形する方法が挙げられる。原料樹脂の調製方法は、ポリオレフィンと、必要に応じて無機フィラー、その他の任意成分とをドライブレンドした後に、混練押出機等を用いて溶融混練する方法等が挙げられる。
次いで、支持体２０に形成された渦巻状の溝に電導線１１を嵌め込んで、アンテナ素子１０を形成して、スパイラルアンテナ１を得る。
あるいは、アンテナ素子１０の形状に応じた凹条が形成された金型を用いスパイラルアンテナを得る製造方法が挙げられる。この製造方法では、まず、金型の凹条に電導線１１を嵌め込む。この際、電導線１１は、その一部が凹条に埋まり、一部が金型から突出した状態とされる。次いで、金型内に原料樹脂を注入し、その後冷却して、スパイラルアンテナ１を得る。

本実施形態のスパイラルアンテナによれば、アンテナ素子が、電導線の側面に接する支持体により固定されているため、電導線間の間隔を保ち、外的要因による電導線間の間隔の変動を防止して、伝送効率を高められる。
加えて、本実施形態のスパイラルアンテナは、支持体がポリオレフィンを主成分とするものであるため、誘電損失を低減し、伝送効率を高められる。

一般に、スパイラルアンテナは、利用する共振周波数が低いほど、アンテナ素子の総線路長を長くする必要があるため、スパイラルアンテナをコンパクト化するためには、電導線の巻回数を多くする必要がある。
本実施形態のスパイラルアンテナによれば、電導線間の間隔を狭くしても、電導線同士が接触したり、電導線間の間隔が不安定になるのを防止できる。このため、例えば、共振周波数として１０〜１０００ＫＨｚを用いる場合であっても、間隔を狭めてスパイラルアンテナをコンパクトにできる。

（第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態にかかるスパイラルアンテナについて、図３〜４を参照して説明する。第一の実施形態と同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略すると共に、主に第一の実施形態と異なる点について説明する。
図３〜４に示すように、スパイラルアンテナ１００は、基板１２０と、アンテナ素子１０と、磁性体層１３０と、コンデンサ１４０とを備えるものである。

基板１２０は、支持体１２４と、支持体１２４の一方の面に設けられた第一の強化層１２２と、支持体１２４の他方の面に設けられた第二の強化層１２６とを備える。
第二の強化層１２６の表面には、磁性体層１３０とコンデンサ１４０とがこの順で積層され、コンデンサ１４０には、内周端延長部１３及び外周端延長部１５が接続されている。

支持体１２４は、内部にアンテナ素子１０が設けられたものであり、アンテナ素子１０は、電導線１１の側面に接する支持体１２４により固定されている。
支持体１２４の材質は、支持体２０と同様である。
支持体１２４の厚みは、アンテナ素子１０を埋設できるものであればよく、電導線１１の太さに応じて適宜決定される。

第一の強化層１２２は、機械的強度が高められた層である。第一の強化層１２２としては、例えば、ガラス長繊維を織物としこれをバインダで被覆したものや、ガラス長繊維をニードルパンチ加工により絡み合わせ、これをバインダで被覆したもの等、ガラス長繊維を用いたものが挙げられる。第一の強化層１２２は、ガラス長繊維を含有することで、高い強度を備えるものとなる。第一の強化層１２２に用いられるバインダとしては、ポリオレフィンが好ましい。
第二の強化層１２６の材質は、第一の強化層１２２の材質と同様である。

第一の強化層１２２の厚みは、基板１２０の大きさや基板１２０に求める強度等を勘案して決定でき、例えば、１〜１０ｍｍとされる。上記下限値未満では、基板１２０の強度を十分に高められないおそれがあり、上記上限値超では、誘電損失が大きくなって、伝送効率が低下するおそれがある。
第二の強化層１２６の厚みは、第一の強化層１２２の厚みと同様である。

磁性体層１３０は、磁性体を含むものであればよく、例えば、酸化鉄を主成分とするセラミックス（フェライト）や、ポリオレフィンをバインダとしてフェライトの粉末を成形したもの等が挙げられる。例えば、第一の実施形態のスパイラルアンテナ１を金属（特に外部金属という）に近づけると、アンテナ素子１０から発生する磁場により、外部金属の内部に渦電流が生じる。外部金属に渦電流が生じると、その部分の電気抵抗による損失が高まったり、アンテナ素子１０から発生する磁場の方向性が乱されたりして、伝送効率が低下する。このような現象は、後述するコンデンサ１４０を基板１２０に設けた場合も同様に生じる。スパイラルアンテナ１００は、磁性体層１３０を備えることで、外部金属の存在による渦電流を抑制し、磁場の方向性が乱されることなく伝送効率を高められる。
加えて、コンデンサ１４０と基板１２０との間に磁性体層１３０が存在することで、磁力線Ｆは、磁性体層１３０が設けられた側に回りこんだ際に、コンデンサ１４０の影響を受けないように磁性体層１３０に引き寄せられる（図４）。このため、コンデンサ１４０によって磁場が乱されることがない。

磁性体層１３０の比透磁率は、アンテナ素子１０の総線路長や直径等を勘案して決定され、好ましくは１０〜１０００、より好ましくは１００〜５００とされる。比透磁率が上記下限値未満では磁性体層１３０を設けた効果が発揮されにくく、上記上限値超では質量が大きくなりすぎ、取り扱いが煩雑になるおそれがある。
磁性体層１３０の厚みは、１０〜１０００μｍが好ましく、１００〜５００μｍがより好ましい。上記下限値未満では、磁性体層１３０を設けた効果が発揮されにくく、上記上限値超では、質量が大きくなりすぎて、取り扱いが煩雑になるおそれがある。

コンデンサ１４０は、磁性体層１３０を介して基板１２０に積層されたものであり、磁性体層１３０側から順に第一の金属層１４２と、誘電体層１４４と、第二の金属層１４６とが積層された、シート状のものである。スパイラルアンテナ１００は、コンデンサ１４０を備えることで、共振の制御が容易となる。特に、利用される共振周波数が１０〜１０００ＫＨｚである場合に、コンデンサ１４０を設ける効果が顕著である。
加えて、コンデンサ１４０としてシート状のものを用いることで、コンデンサ１４０が効率的に放熱でき、コンデンサ１４０の蓄熱による不具合が生じるのを防止できる。スパイラルアンテナ１００は、２つのスパイラルアンテナが同一の周波数に共振し、電磁波が電磁場を通じてスパイラルアンテナ間を移動するエバネッセント結合を利用するものである。共振周波数は、コンデンサの容量に依存する。コンデンサが蓄熱すると静電容量が変化して、共振周波数が不安定になりやすい。このため、シート状のコンデンサ１４０を採用することで、コンデンサ１４０の蓄熱による不都合を防止しつつ、スパイラルアンテナ１００のコンパクト化が図れる。

第一の金属層１４２は、従来、コンデンサの電極として用いられるものであればよく、例えば、アルミニウムや銅等の薄膜等が挙げられる。
第一の金属層１４２の厚みは、特に限定されず、例えば、１０〜１０００μｍとされる。
第二の金属層１４６の材質は、第一の金属層１４２の材質と同様であり、第二の金属層１４６の厚みは、第一の金属層１４２の厚みと同様である。

誘電体層１４４は、従来、コンデンサの誘電体層として用いられているものが挙げられ、例えば、ポリオレフィン製のシートや、板状のセラミックス等が挙げられる。

コンデンサ１４０の静電容量は、利用する共振周波数等を勘案して決定でき、例えば、１〜１００ｎＦとされる。

本実施形態によれば、アンテナ素子が基板中に設けられているため、アンテナ素子を外部衝撃から保護できる。
加えて、本実施形態によれば、支持体の両面に強化層が設けられているため、基板の強度が高められている。このため、スパイラルアンテナが地面や地中に設置され、荷重が掛けられても、支持体が変形したり破損したりするのを防止できる。

本実施形態によれば、基板に磁性体層が積層されているため、外部金属の存在による伝送効率の低下を防止できる。
本実施形態によれば、シート状のコンデンサが設けられているため、コンデンサの容量の変化を防止し、伝送効率を高められる。

（第三の実施形態）
本発明の第三の実施形態にかかるスパイラルアンテナについて、図５〜６を参照して説明する。第一及び第二の実施形態と同じ構成には同じ符号を付してその説明を省略すると共に、主に第一及び第二の実施形態と異なる点について説明する。
図５〜６に示すように、スパイラルアンテナ２００は、被覆電導線２０１が巻回され、固定されたものである。

被覆電導線２０１は、電導線２１０が芯材とされ、電導線２１０の側面が被覆材２２０で被覆されたものである。
電導線２１０の材質は、電導線１１の材質と同様であり、電導線２１０の太さは、電導線１１の太さと同様である。
被覆材２２０は、支持体２０の材質と同様である。
被覆材２２０の厚みは、電導線２１０同士の間隔やスパイラルアンテナ２００に求める機械的強度等を勘案して決定でき、例えば、０．１〜３ｍｍとされる。

スパイラルアンテナ２００の製造方法としては、例えば、被覆電導線２０１を巻回し、次いで、熱処理を施して隣接する被覆材２２０同士を融着させたり、接着剤を用いて隣接する被覆材２２０同士を接着したりして被覆材２２０同士を固着させる。
こうして製造されたスパイラルアンテナ２００は、互いに固着された被覆材２２０により支持体が形成され、電導線２１０が平面視円形に巻回されてアンテナ素子が形成され、形成されたアンテナ素子は、電導線２１０の側面に接する支持体により固定されることとなる。

本実施形態によれば、被覆電導線を巻回し、被覆材同士を固着するという簡便な方法で、アンテナ素子が電導線の側面に接する支持体で固定されたスパイラルアンテナを得られる。

（その他の実施形態）
本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
第一及び第二の実施形態では、支持体が平面視円形の板状とされているが、本発明はこれに限定されず、支持体が、平面視多角形であってもよいし、円柱状又は角柱状であってもよい。
第一〜第三の実施形態では、アンテナ素子が平面視円形の渦巻状とされているが、本発明はこれに限定されず、例えば、図７のスパイラルアンテナ３００のように、平面視矩形の支持体３２０に平面視矩形の渦巻状のアンテナ素子３１０を設けたものであってもよい。

第一〜第三の実施形態では、内周端と外周端とは、アンテナ素子の中心軸を基準として点対称の位置に形成されているが、本発明はこれに限定されず、内周端と外周端とは、いかなる位置関係であってもよい。

第一の実施形態では、支持体の一方の面にアンテナ素子が突出して設けられているが、本発明はこれに限定されず、例えば、支持体からアンテナ素子が突出していなくてもよいし、アンテナ素子を覆うように強化層が設けられていてもよい。

第一の実施形態では、支持体の一方の面に形成された渦巻状の溝に電導線が嵌め込まれてアンテナ素子が形成されているが、本発明はこれに限定されず、支持体の一方の面に渦巻状の凸条が形成され、この凸条の間に電導線が嵌め込まれてアンテナ素子が形成されていてもよい。

第二の実施形態では、基板の両面に強化層が設けられているが、本発明はこれに限定されず、基板の一方の面にのみ強化層が設けられていてもよいし、強化層が設けられていなくてもよい。

第二の実施形態では、支持体の一方の面に磁性体層及びコンデンサが設けられているが、本発明はこれに限定されず、磁性体層及びコンデンサが設けられていなくてもよいし、磁性体層のみが設けられていてもよい。
第二の実施形態では、コンデンサが磁性体層上に設けられていているが、本発明はこれに限定されず、コンデンサが磁性体層と離間していてもよい。あるいは、磁性体層上にコンデンサが積層され、さらにコンデンサ上に磁性体層が積層されていてもよい。また、コンデンサを介して、スパイラルアンテナを電圧源に接続して用いてもよい。
例えば、利用される共振周波数が１ＭＨｚ超１０００ＭＨｚ以下であれば、アンテナ素子自体がコンデンサの役割を果たすため、コンデンサを設ける必要がない。即ち、利用する共振周波数が１０〜１０００ＫＨｚである場合、スパイラルアンテナにコンデンサを設けたり、コンデンサを介してスパイラルアンテナを電圧源に接続することが好ましい。

第二の実施形態では、コンデンサがシート状とされているが、本発明はこれに限定されず、２枚の金属層の間に誘電体層を設け、これを巻回したコンデンサを用いてもよい。ただし、コンデンサの蓄熱を防止する観点から、コンデンサをシート状とすることが好ましい。

第二の実施形態では、２枚の金属層の間に誘電体層が設けられたシート状のコンデンサが１つ設けられているが、本発明はこれに限定されず、２つ以上のシート状のコンデンサが積層されていてもよい。ただし、コンデンサの蓄熱を防止する観点から、シート状のコンデンサの積層数は２０以下が好ましく、１０以下がより好ましく、１がさらに好ましい。

本発明のスパイラルアンテナは、アンテナ素子が、電導線の側面に接する支持体により固定されているため、アンテナ素子を大型化しても電導線間の間隔を狭くかつ正確に維持できる。加えて、支持体は、誘電損失が小さいポリオレフィンを主成分とする。このため、強い磁場を発生でき、かつ誘電損失等の電力ロスが小さいことから、比較的、大容量の電力伝送に適しており、例えば、電気自動車の二次電池への給電等に好適に利用できる。

以下、実施例を示して本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の記載によって限定されるものではない。

（実施例１−１）
高密度ポリエチレンペレット（ＨＪ３６０、ＭＦＲ＝５．５、日本ポリエチレン株式会社製）１００質量部と、ジターシャリーブチルパーオキサイド（パーブチルＤ、液体状過酸化物、日油株式会社製）０．２質量部とを混合し、密閉容器中で２４時間放置した。ジターシャリーブチルパーオキサイドが高密度ポリエチレンペレット中へ吸収されたことを目視で確認後、無水マレイン酸（ペレットタイプ、和光純薬工業株式会社製）０．２質量部及びガラス短繊維（ＡＣＳ１３Ｓ−７５０、日本電気硝子株式会社製）１００質量部と共に、バレル径３０ｍｍの小型２軸混練押出機へ投入した。その後、バレル温度を２００℃に制御し混練した後に、ダイを通してストランド状に押し出した。押出機内の平均滞留時間を測定したところ約２分で変性反応に十分な時間であった。押し出されたストランドは、間隔を２ｍｍに設定した一対の冷却ロールを用いて引き取り、その後、ペレタイザを用いて切断して、無機フィラーを含有した樹脂ペレットを得た。
得られた樹脂ペレットを直径５００ｍｍの円形のメス型内部に入れ、全体を２００℃に加熱した熱風オーブン中に３０分間放置し、樹脂ペレットを完全に溶融させた。その後、メス型を熱風オーブンから取り出し、樹脂が冷却硬化する前にオス型を嵌めて全体を油圧プレス（３０ｔ油圧プレス 東洋精機株式会社製）で圧縮した。オス型としては、平面視円形の渦巻状の凸条（凸条間の間隔：２ｍｍ）を形成した直径５００ｍｍの円形型を用いた。圧縮した後、冷却硬化して、支持体（厚み４ｍｍ）を得た。得られた支持体は、幅２ｍｍ、深さ２．５ｍｍの渦巻状の溝が２ｍｍ間隔で形成されたものである。

得られた支持体の溝に、直径２ｍｍの電導線（錫めっき銅線）を外側から内側へと嵌め込み、総線路長２０ｍｍのアンテナ素子（直径：４００ｍｍ）を形成した。このアンテナ素子のインダクタンスは４０５μＨであった。
支持体におけるアンテナ素子を設けた面の反対面の中心を含む領域に、フェライトシート（ＦＳＦ５０１、１１０ｍｍ×１１０ｍｍ、厚み２００μｍ、株式会社ＭＡＲＵＷＡ製）を積層して、磁性体層を設けた。
さらに、磁性体層にシート状のコンデンサを積層した。積層したコンデンサとしては、２枚のアルミニウム箔（１００ｍｍ角）の間に、プロピレンフィルム（厚み１０μｍ）を挟んだ、静電容量５ｎＦのものを用いた。
アンテナ素子の内周端から延長された電導線と、アンテナ素子の外周端から延長された電導線とをコンデンサに接続して、スパイラルアンテナを得た。

得られたスパイラルアンテナについて、反射特性（Ｓ１１）を測定した。Ｓ１１の測定には、ベクトルネットワークアナライザ（ＭＳ２０３６Ｃ、アンリツ株式会社製）を用いた。コンデンサにベクトルネットワークアナライザを接続し、ポート１のみを用いて測定周波数５ＫＨｚから２００ＫＨｚまで掃引し、最も損失が小さくなる１１７ＫＨｚでの値を並列共振時のＳ１１とした。得られた結果を表１に示す。
なお、本測定試験は、発信側のスパイラルアンテナを単独（受信側のスパイラルアンテナがない状態）で駆動させたものである。このため、電気の放射損失、誘電損失、銅損がない状態では、Ｓ１１＝１．０となり、これが理想値である。

（実施例１−２）
支持体に磁性体層及びコンデンサを設けなかった以外は、実施例１−１と同様にしてスパイラルアンテナを得た。得られたスパイラルアンテナについて、実施例１−１に用いたコンデンサを介してベクトルネットワークアナライザに接続し、Ｓ１１を測定した。得られた結果を表１に示す。

（比較例１−１）
支持体を以下の製造方法で得られた支持体とした以外は、実施例１−１と同様にしてスパイラルアンテナを得た。得られたスパイラルアンテナについて、Ｓ１１を測定し、その結果を表１に示す。
支持体は、以下の製造方法で作製されたものである。ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（ＲＥ４１０Ｓ、日本化薬株式会社製）１００質量部と、イミダゾール系硬化促進剤（２Ｐ４ＭＺ、四国化成株式会社製）２質量部とを８０℃の水浴中で攪拌しながらイミダゾール系硬化促進剤を溶解して、エポキシ樹脂組成物とした。このエポキシ樹脂組成物を室温（２５℃）まで冷却した後に、実施例１−１で使用したメス型内へ注入した。このメス型を１００℃に加熱した熱風オーブン中に３０分間放置し、エポキシ樹脂組成物の粘度上昇が確認された時点でオス型を嵌め込み、次いで、オーブン（１２０℃）中に１時間放置してエポキシ樹脂組成物を硬化して、支持体を得た。

表１に示すように、本発明を適用した実施例１−１、１−２のＳ１１は０．９６以上であった。これに対し、支持体をエポキシ樹脂製とした比較例１−１のＳ１１は、０．９５であった。
この結果から、スパイラルアンテナは、ポリオレフィンを主成分とする支持体でアンテナ素子を固定することで、放射損失、誘電損失又は導損が抑制され、伝送効率を高められることが判った。

（実施例２−１）
下記仕様に従い、図７に示すスパイラルアンテナ３００と同様のスパイラルアンテナを得た。
実施例１−１で用いた樹脂ペレットを４００ｍｍ角の矩形のメス型内部に入れ、全体を２００℃に加熱した熱風オーブン中に３０分間放置し、樹脂ペレットを完全に溶融させた。その後、メス型を熱風オーブンから取り出し、樹脂が冷却硬化する前にオス型を嵌めて全体を油圧プレス（３０ｔ油圧プレス、東洋精機株式会社製）で圧縮した。オス型としては、平面視矩形の渦巻状の凸条（凸条間の間隔：２ｍｍ）を形成した４００ｍｍ角の矩形型を用いた。圧縮した後、冷却硬化して、支持体（厚み４ｍｍ）を得た。得られた支持体は、幅２ｍｍ、深さ２．５ｍｍの渦巻状の溝が２ｍｍ間隔で形成されたものである。
得られた支持体の溝に、直径２ｍｍの電導線（錫めっき銅線）を外側から内側へと嵌め込み、総線路長２０ｍｍのアンテナ素子（３００ｍｍ角）を形成して、本例のスパイラルアンテナを得た。このアンテナ素子のインダクタンスは４００μＨであった。
得られたスパイラルアンテナについて、後述する「外部金属の影響の評価方法」に従って伝送効率を求め、その結果を表２に示す。

（実施例２−２〜２−１３）
実施例２−１で得られたスパイラルアンテナのアンテナ素子上にポリエチレン製板（４００ｍｍ角、厚み５ｍｍ）を設け、さらに表２に示す厚みのフェライトシート（１１０ｍｍ×１１０ｍｍ、株式会社ＭＡＲＵＷＡ製）をポリエチレン製板上に、アンテナ素子を覆うように並べて、各例のスパイラルアンテナを得た。
得られたスパイラルアンテナについて、後述する「外部金属の影響の評価方法」に従って伝送効率を求め、その結果を表２に示す。

（外部金属の影響の評価方法）
本評価方法における伝送効率の測定方法について、図８を参照して説明する。送信側媒体であるスパイラルアンテナ３００と、受信側媒体であるスパイラルアンテナ３０２と、鉄製板４００とを任意の間隔で離間して配置した。スパイラルアンテナ３００として実施例２−１で得られたスパイラルアンテナを用い、このスパイラルアンテナ３００の上方に配置するスパイラルアンテナ３０２として各例のスパイラルアンテナを用いた。スパイラルアンテナ３００とスパイラルアンテナ３０２とをそれぞれのアンテナ素子３１０が鉛直方向上方に臨むように配置し、スパイラルアンテナ３０２を、アンテナ素子３１０上にポリエチレン製板３５０とフェライト３３０とがこの順で載置された状態とした。スパイラルアンテナ３００におけるアンテナ素子３１０の端面と、スパイラルアンテナ３０２におけるアンテナ素子３１０の端面との距離ｄ２を４ｃｍとした。なお、実施例２−１において、ポリエチレン製板３５０及びフェライト３３０は省略されている。
さらに、鉄製板４００（４００ｍｍ×４００ｍｍ、厚み４ｍｍ）をスパイラルアンテナ３０２のアンテナ素子３１０と対向させて配置した。鉄製板４００の下面と、スパイラルアンテナ３０２のアンテナ素子３１０の端面との距離ｄ１を２ｃｍとした。
スパイラルアンテナ３０２における内周端３１２及び外周端３１４を電導線でベクトルネットワークアナライザに接続し、スパイラルアンテナ３００における内周端及び外周端を電導線で同じくベクトルネットワークアナライザに接続した。スパイラルアンテナ３００のアンテナ素子３１０に、周波数５ＫＨｚから２００ＫＨｚまで掃引しながら電圧を印加した。この間、スパイラルアンテナ３０２で受信された電流を測定し、伝送効率をＳ２１として評価した。この伝送効率が高いほど、鉄製板４００（即ち、外部金属）の影響を受けにくいといえる。

表２に示すように、磁性体層を設けた実施例２−２〜２−１３は、磁性体層を設けなかった実施例２−１に比べて、伝送効率が上昇していた。この結果から、磁性体層を設けることで、外部金属の影響を抑制できることが判った。

１、１００、２００、３００、３０２ 無線給電用スパイラルアンテナ
１０、３１０ アンテナ素子
１１、２１０ 電導線
２０、１２４、３２０ 支持体
１３０ 磁性体層
１４０ コンデンサ

Claims (4)

1. 電導線が任意の間隔で巻回されたアンテナ素子を備え、
   前記アンテナ素子は、前記電導線の側面に接する支持体により固定され、
   前記支持体は、ポリオレフィンを主成分とすることを特徴とする無線給電用スパイラルアンテナ。
2. 磁性体層が積層されていることを特徴とする請求項１に記載の無線給電用スパイラルアンテナ。
3. 前記アンテナ素子は、コンデンサと接続されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の無線給電用スパイラルアンテナ。
4. 前記磁性体層を介して、前記アンテナ素子と接続されているシート状のコンデンサが積層されていることを特徴とする請求項２に記載の無線給電用スパイラルアンテナ。

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