JP2021027386A - 誘電体アンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】高い比誘電率を示し、かつ低誘電正接を有しながら、形状の自由度や生産性に優れる誘電体基板を備えた誘電体アンテナを提供する。【解決手段】誘電体アンテナ１は、誘電体基板２と、誘電体基板２に装着されるアンテナ部材３とを備えてなり、誘電体基板２は、熱可塑性エラストマーに誘電性セラミックス粉末が配合された誘電性エラストマー組成物の射出成形体であり、周波数１ＧＨｚおよび温度２０℃において、比誘電率が５以上、誘電正接が０．０１以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば誘電性エラストマー組成物からなる誘電体基板を備えた誘電体アンテナに関する。

近年、携帯電話、コードレスフォン、ＲＦＩＤ等に用いるパッチアンテナ、電波望遠鏡やミリ波レーダ等のレンズアンテナ等の目覚しい普及、衛星通信機器の著しい発達に伴い、通信信号の周波数の高周波化および通信機器の一層の小型化が望まれている。

通信機器は、通信機器内部に組み込まれたアンテナ材料の比誘電率が高くなると、より一層の小型化が図れる。比誘電率は、誘電体内部の分極の程度を示すパラメータである。また、アンテナ材料の誘電正接が小さくなると、低損失になり、高周波化に有利となる。従って、比誘電率が高く、誘電正接が小さいアンテナ材料を使用できれば、高周波化ひいては回路の短縮化および通信機器の小型化が図れる。また、通信機器の使用態様が多様化するにつれて、アンテナ材料には、低温から高温まで電気的特性の変化が少ないことや、形状の自由度に優れること等も求められる。

従来の誘電体アンテナとして、例えば、ＵＨＦ帯の電波を送受信するための平面アンテナが挙げられる（特許文献１）。特許文献１に示される平面アンテナは、ＵＨＦ帯の電波を送受信するための平面アンテナであって、導体によって構成されるグランド板と、誘電体によって構成される誘電体層と、導体によって構成されるパッチ素子とを備え、誘電体層が、ポリオレフィン樹脂とグラスファイバー樹脂とを積層し、熱融着することによって形成された積層体として構成されている。

特開２０１３−８９９９５号公報

上記特許文献１記載の平面アンテナは、高い比誘電率を示し、低誘電正接を有する誘電体アンテナとして形成させることも可能とされているが、特許文献１に示される平面アンテナは、必ずしも形状の自由度に優れたものではなく、また、生産性に優れたものとも言い難い。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、高い比誘電率を示し、かつ低誘電正接を有しながら、形状の自由度や生産性に優れる誘電体基板を備えた誘電体アンテナを提供することを目的とする。

本発明の誘電体アンテナは、誘電体基板と、該誘電体基板に装着されるアンテナ部材とを備えてなる誘電体アンテナであって、上記誘電体基板は、熱可塑性エラストマーに誘電性セラミックス粉末が配合された誘電性エラストマー組成物の射出成形体であり、周波数１ＧＨｚおよび温度２０℃において、比誘電率が５以上、誘電正接が０．０１以下であることを特徴とする。

上記誘電体基板の平面視略中央に装着部が設けられ、上記装着部に上記アンテナ部材が装着されていることを特徴とする。

上記誘電体アンテナは、上記誘電体基板および上記アンテナ部材を覆うフィルムを有し、上記フィルムによって、上記誘電体基板と上記アンテナ部材とが一体化されていることを特徴とする。また、上記フィルムが、上記誘電体基板および上記アンテナ部材の少なくとも一方に対して、接着または熱溶着されていることを特徴とする。

上記誘電体基板は、該誘電体基板と上記アンテナ部材を固定する熱かしめ部を有し、上記熱かしめ部によって、上記誘電体基板と上記アンテナ部材とが一体化されていることを特徴とする。

上記熱かしめ部は、上記誘電体基板に装着された上記アンテナ部材の周縁の少なくとも一部を覆うように折り曲げられていることを特徴とする。

上記アンテナ部材に貫通孔が形成され、上記誘導体基板に上記貫通孔に挿通されるボス部が形成されており、上記熱かしめ部は、上記貫通孔に挿通された上記ボス部の先端に形成されることを特徴とする。

上記誘電体基板は複数の誘電体基板から構成され、上記誘電体アンテナは、上記複数の誘電体基板の間に上記アンテナ部材が挟まれて、一体化されていることを特徴とする。

上記誘電体アンテナは、上記誘電体基板同士の熱溶着により一体化されていることを特徴とする。

上記誘電体アンテナは、上記誘電体基板と上記アンテナ部材とを固定させる止め具により一体化されていることを特徴とする。

本発明の誘電体アンテナは、誘電体基板と、該誘電体基板に装着されるアンテナ部材とを備えてなり、誘電体基板は、熱可塑性エラストマーに誘電性セラミックス粉末が配合された誘電性エラストマー組成物の射出成形体であり、周波数１ＧＨｚおよび温度２０℃において、比誘電率が５以上、誘電正接が０．０１以下であるので、高い比誘電率を示し、かつ低誘電正接を有しながら、形状の自由度や生産性にも優れた誘電体アンテナとなる。

誘電体基板の平面視略中央に装着部が設けられ、その装着部にアンテナ部材が装着されているので、アンテナとしてのバランスが良くなり、高い比誘電率を示し、かつ低誘電正接を有する誘電体アンテナが構成される。

誘電体アンテナは、フィルムによって、誘電体基板とアンテナ部材とが一体化されているので、形状の自由度が向上する。また、そのフィルムが、誘電体基板およびアンテナ部材の少なくとも一方に対して、接着または熱溶着されているので、誘電体基板とアンテナ部材の一体化を強固にできる。

誘電体基板は、該誘電体基板とアンテナ部材を固定する熱かしめ部を有し、熱かしめ部によって、誘電体基板とアンテナ部材とが一体化されているので、他の部材を必要とすることなく、誘電体基板とアンテナ部材を一体化でき、形状の自由度がより向上する。

熱かしめ部は、誘電体基板に装着されたアンテナ部材の周縁の少なくとも一部を覆うように折り曲げられているので、誘電体基板とアンテナ部材を安定して固定できる。

アンテナ部材に貫通孔が形成され、誘導体基板に貫通孔に挿通されるボス部が形成されており、熱かしめ部は、貫通孔に挿通されたボス部の先端に形成されるので、ボス部による位置決めを容易としつつ、誘電体基板とアンテナ部材を安定して固定できる。

誘電体基板は複数の誘電体基板から構成され、誘電体アンテナは、複数の誘電体基板の間にアンテナ部材が挟まれて、一体化されているので、より高い比誘電率を示し、かつ低誘電正接を有する誘電体アンテナが構成される。

誘電体アンテナは、誘電体基板同士の熱溶着により、または、誘電体基板とアンテナ部材とを固定させる止め具により、一体化されているので、より高い比誘電率を示し、かつ低誘電正接を有しながら、形状の自由度にも優れる。

本発明に係る誘電体アンテナの第１実施形態を示す斜視図である。 本発明に係る誘電体アンテナの第２実施形態を示す平面図などである。 本発明に係る誘電体アンテナの第３実施形態を示す斜視図などである。 本発明に係る誘電体アンテナの第４実施形態を示す断面図などである。 本発明に係る誘電体アンテナの第５実施形態を示す断面図などである。 本発明に係る誘電体アンテナの第６実施形態を示す断面図である。 本発明に係る誘電体アンテナの第７実施形態を示す断面図などである。 本発明に係る誘電体アンテナの第８実施形態を示す拡大断面図などである。

本発明に係る誘電体アンテナ（パッチアンテナ）の第１実施形態を図１に基づき説明する。図１は、誘電体基板と、該誘電体基板に装着されるアンテナ部材とを備える誘電体アンテナの斜視図である。図１に示すように、誘電体アンテナ１は、誘電性エラストマー組成物からなる誘電体基板２の上表面中央部に、アンテナとして機能するアンテナ部材３（以下、電極とも言う）が形成されており、アンテナ部材３の所定箇所に通電部材接続部５が設けられている。アンテナ部材３の形成方法として、例えば、金属めっき処理、金属箔の接着などが挙げられる。なお、誘電体基板２の下表面には接地導体４が接合されていてもよい。通電部材接続部５は、増幅回路や発信回路等（図示省略）と電気的に接続されており、通電部材接続部５を介してアンテナ部材３に高周波信号が給電される。なお、通電部材接続部５を設けることなく、アンテナ部材３から延設された給電ライン等を利用する構造も採用できる。

本発明に係る誘電体アンテナは１００ＭＨｚ以上の高周波帯で使用でき、具体的には、５００ＭＨｚ以上や１ＧＨｚ以上の高周波帯でも使用できる。

図１の誘電体アンテナ１は、誘電体基板２に装着されるアンテナ部材３と、熱可塑性エラストマーに誘電性セラミックス粉末が配合された誘電性エラストマー組成物の射出成形体であり、周波数１ＧＨｚおよび温度２０℃において、比誘電率が５以上、誘電正接が０．０１以下である誘電体基板２とを備える。このように誘電体アンテナ１を構成することで、高い比誘電率を示し、かつ低誘電正接を有しながら、形状の自由度や生産性にも優れた誘電体アンテナ１となる。

図１において、略矩形板状の誘電体基板２の平面視略中央に略矩形凹状の装着部２ａが設けられ、装着部２ａに略矩形板状のアンテナ部材３が装着されている。このように誘電体アンテナ１が構成されることで、アンテナとしてのバランスが良くなり、高い比誘電率を示し、かつ低誘電正接を有する誘電体アンテナ１が構成される。図１の構成において、誘電体基板２とアンテナ材料３との一体化は、例えば、エポキシ樹脂系の接着用フィルムを間に介在させて行う。

以下には、誘電体基板２の詳細について説明する。本発明に用いる熱可塑性エラストマーとしては、例えば、スチレン系（略称ＴＰＳ／ＳＢＣ）、オレフィン系（ＴＰＯ）、アルケン系、塩化ビニル系（ＴＰＶＣ）、ウレタン系（ＴＰＵ）、エステル系（略称ＴＰＥＥまたはＴＰＣ）、アミド系（ＴＰＡＥ）、フッ素系などを用いることができる。これらは単独で又は２種以上を組み合わせて用いてもよい。

スチレン系熱可塑性エラストマーとは、ハードセグメントであるポリスチレンブロックを端部に持ち、ソフトセグメントがポリスチレンブロックに挟まれた分子構造を有するブロック共重合体である。ソフトセグメントの違いによって、スチレン−ブタジエン−スチレンブロック共重合体、スチレン−イソプレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−エチレンブチレン−スチレンブロック共重合体、スチレン−エチレンプロピレン−スチレンブロック共重合体などが知られている。

オレフィン系熱可塑性エラストマーとしては、単純にゴム粒子を樹脂中に分散させたブレンド型、反応時にハードセグメントとソフトセグメントとを段階的に重合させたインプラント型、混合機でオレフィン樹脂と未加硫ゴムと加硫剤とを同時に反応させながら高温混練した動的架橋型などを用いることができる。これらの中でも、動的架橋型は、ゴム粒子を細かく分散させて高いゴム弾性を実現できるため好ましい。

動的架橋型ＴＰＯ（ＴＰＶ）は、ポリプロピレン（ＰＰ）樹脂やポリエチレン（ＰＥ）樹脂といったオレフィン樹脂チップを、エチレンプロピレンゴム（ＥＰＤＭ）やニトリルゴムチップと混合し、さらに硫黄やパーオキサイドといった架橋剤とともに押出し混練機で混練反応させたものである。これらの中でも、耐熱耐久性に優れることからＰＰ樹脂とＥＰＤＭとを含むオレフィン系熱可塑性エラストマーがより好ましい。動的架橋型ＴＰＯ（ＴＰＶ）としては、例えば、ミラストマー（三井化学株式会社製）、サーリンク（東洋紡社製）、エクセリンク（ＪＳＲ株式会社製）などの市販品を用いることができる。

ウレタン系熱可塑性エラストマーは、ジイソシアネートと短鎖ジオールからなるハードセグメントと、ジイソシアネートと短鎖ジオールからなるソフトセグメントとのブロック共重合体である。市販品として、例えば、エラストラン（ＢＡＳＦジャパン社製）などを用いることができる。

ポリエステル系熱可塑性エラストマーは、ハードセグメントとして芳香族ポリエステル、ソフトセグメントとして脂肪族ポリエーテルまたは脂肪族ポリエステルからなるエステル−エーテル型またはエステル−エステル型のマルチブロック共重合体である。市販品として、例えば、ペルプレン（東洋紡社製）、ハイトレル（東レ・デュポン社製）、プリマロイ（三菱化学社製）などを用いることができる。

アミド系熱可塑性エラストマーは、ハードセグメントとしてポリアミド、ソフトセグメントとしてポリエーテルまたはポリエステルからなるブロック共重合体である。また、フッ素系熱可塑性エラストマーは、ハードセグメントとしてフッ素樹脂、ソフトセグメントとしてフッ素ゴムからなるブロック共重合体である。市販品として、例えば、ダイエル（ダイキン工業社製）などを用いることができる。

上記の熱可塑性エラストマーの中でも、ゴム弾性、低誘電正接、低比重、電気絶縁性、耐寒性に優れることから、オレフィン系熱可塑性エラストマーが好ましい。熱可塑性エラストマーにオレフィン系熱可塑性エラストマーを用いる場合、アンテナ部材（銅材）との接触による樹脂劣化対策（銅害対策）として、誘電性エラストマー組成物に重金属不活性化剤を添加することが好ましい。重金属不活性化剤の添加量は、例えば、誘電性エラストマー組成物全体に対して０．１〜１．０質量％である。重金属不活性化剤の市販品としては、例えば、アデカスタブ ＣＤＡ−１、ＣＤＡ−６、ＣＤＡ−１０（ＡＤＥＫＡ社製）などを用いることができる。

本発明に用いる熱可塑性エラストマーの硬度は、デュロメータＡ硬度（ＪＩＳ Ｋ ６２５３）が１５度〜８０度であることが好ましい。この範囲内のものを用いることで、誘電体基板に適度な柔軟性を持たせることができ、丸めたり折り曲げたりすることが可能となる。より好ましくは、デュロメータＡ硬度が１５度〜７５度であり、さらに好ましくは、デュロメータＡ硬度が１５度〜７０度である。また、本発明に用いる熱可塑性エラストマーは、比重が１．００ｇ／ｃｍ^３以下であることが好ましく、０．９５ｇ／ｃｍ^３以下であることがより好ましい。これにより、アンテナ部品などの軽量化が図れる。

本発明に用いる誘電性セラミックス粉末は、チタン酸金属塩で、Ｓｍ、Ｎｄ、Ｌａ等の希土類を少なくとも１種類以上と、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｃｏ、Ｐｄ、Ｚｎ、Ｂｅ、Ｂｉ等から選ばれた１種または２種以上の金属元素を配合したセラミックス粉末が好ましい。Ｓｍ、Ｎｄ、Ｌａ等の希土類は、比誘電率の温度変化を小さくする温度特性の改善に寄与し、Ｂａ、Ｓｒ等の金属元素は誘電率を高め、誘電正接を小さくするなど、誘電特性の向上に寄与するので好ましい。より好適な誘電性セラミックス粉末としては、Ｔｉ−Ｂａ−Ｓｍ−Ｌａ−Ｂｉ系のチタン酸バリウム・サマリウム・ランタン系セラミックス粉末である。

誘電性セラミックス粉末の平均粒子径は０．０１μｍ〜１００μｍ程度が好ましい。平均粒子径が０．０１μｍより小さい場合、粉末の取り扱いが困難であり好ましくない。１００μｍより大きい場合、成形体内での誘電特性のばらつきを引き起こすおそれがあるので好ましくない。より好ましい範囲は、０．１μｍ〜２０μｍ程度である。

また、高周波域に使用される誘電体アンテナ等の電子部品材料は高誘電率かつ低誘電正接が求められており、本発明に用いる誘電体基板は、周波数１ＧＨｚおよび温度２０℃において、比誘電率が５以上、誘電正接が０．０１以下である。誘電体基板の比誘電率が５よりも小さいと、電子部品材料内を伝播する波長の短縮効果が少ないため、製品の小型化ができないおそれがある。また、誘電正接が０．０１よりも大きいと、高周波領域で使用される場合、電子部品材料内の損失が大きくなるおそれがある。誘電体基板は、好ましくは比誘電率が６以上、誘電正接が０．００５未満であり、より好ましくは、比誘電率が６以上、誘電正接が０．００３以下である。なお、比誘電率の上限は特に限定されないが、例えば１０以下である。

誘電性セラミックス粉末の配合割合は、射出成形可能であり、誘電体基板の比誘電率を５以上、誘電正接を０．０１以下に維持できる量であればよい。誘電性エラストマー組成物の比誘電率の温度係数αを−１５００×１０^−６＜α＜−３００×１０^−６の範囲にできることが好ましい。さらに、誘電性エラストマー組成物の比誘電率の温度係数αを−１５００×１０^−６＜α＜−６５０×１０^−６の範囲にできることがより好ましく、−１０００×１０^−６＜α＜−６５０×１０^−６の範囲にできることがさらに好ましい。具体的には、誘電性セラミックス粉末は、熱可塑性エラストマー１００重量部に対して、１００重量部〜５００重量部配合される。誘電性セラミックス粉末が、熱可塑性エラストマー１００重量部に対して、１００重量部未満であると、誘電性セラミックス粉末の種類によっては比誘電率が５未満となることが懸念される。また、誘電性セラミックス粉末が、熱可塑性エラストマー１００重量部に対して、５００重量部を超えると、誘電性エラストマー組成物を用いて誘電体基板を形成する際に射出成形が困難となるおそれがある。配合量としてより好ましくは、熱可塑性エラストマー１００重量部に対して、誘電性セラミックス粉末が２００重量部〜４００重量部配合される。この範囲とすることで、誘電体基板に柔軟性を付与できるとともに、比誘電率をより向上させることができる。配合量としてさらに好ましくは、熱可塑性エラストマー１００重量部に対して、誘電性セラミックス粉末が２００重量部〜３００重量部配合される。

本発明に用いる誘電性エラストマー組成物には、本発明の効果を妨げない範囲で（１）エラストマーとセラミックス粉末の界面の親和性や接合性を向上させ、機械的強度を改良するために、シラン系カップリング剤、チタネート系カップリング剤、ジルコニアアルミネート系カップリング剤等のカップリング剤を、（２）電極形成性を改良するために、タルク、ピロリン酸カルシウム等の微粒子性充填剤を、（３）熱安定性を一層改善するために酸化防止剤を、（４）耐光性を改良するために紫外線吸収剤等の光安定剤を、（５）難燃性を一層改善するためにハロゲン系、リン系、無機水酸化物系もしくは膨張化黒鉛等の難燃助剤を、（６）耐衝撃性を改良するために耐衝撃性付与剤を、（７）着色するために染料、顔料などの着色剤を、（８）物性を調整するために可塑剤、硫黄やパーオキサイド等の架橋剤を、（９）加硫を進めるための加硫促進剤をそれぞれ配合することができる。

また、本発明に用いる誘電性エラストマー組成物には、本発明の目的を損なわない範囲内でガラスファイバー、チタン酸カリウムウィスカ等のチタン酸アルカリ金属繊維、酸化チタン繊維、ホウ酸マグネシウムウィスカやホウ酸アルミニウムウィスカ等のホウ酸金属塩系繊維、ケイ酸亜鉛ウィスカやケイ酸マグネシウムウィスカ等のケイ酸金属系繊維、カーボンファイバ、アルミナ繊維、アラミド繊維等の各種有機または無機の充填剤を併用できる。

本発明に用いる誘電体基板は、例えば自動車に搭載される各種アンテナの誘電体基板として用いられる。自動車のアンテナは多様な形状のものがあり、その誘電体基板には良好な柔軟性が求められる。本発明に用いる誘電体基板の硬度は、デュロメータＡ硬度（ＪＩＳ Ｋ ６２５３）が５０度以上８０度未満であることが好ましい。この範囲内のものを用いることで、誘電体基板に良好な柔軟性を持たせることができ、丸めたり折り曲げたりすることが可能となる。より好ましくは、デュロメータＡ硬度が６０度以上８０度未満であり、さらに好ましくは、デュロメータＡ硬度が６０度以上７０度以下である。

以上を考慮して、誘電体基板の特に好ましい形態は、誘電体アンテナに使用され、熱可塑性エラストマーに誘電性セラミックス粉末が配合された誘電性エラストマー組成物からなる誘電体基板であって、上記熱可塑性エラストマーが、オレフィン系熱可塑性エラストマーであり、ポリプロピレン樹脂とＥＰＤＭとを含み、上記誘電性エラストマー組成物において、上記誘電性セラミックス粉末が、上記熱可塑性エラストマー１００質量部に対して、２００〜４００質量部配合され、上記誘電性エラストマー組成物は、−３０℃〜８５℃の温度範囲において、２０℃を基準とする該誘電性エラストマー組成物の比誘電率の温度係数α（単位：１／℃）が−１５００×１０^−６より大きく、かつ、−３００×１０^−６未満であり、上記誘電体基板は、上記誘電性エラストマー組成物の射出成形体であり、周波数１ＧＨｚおよび温度２０℃において、比誘電率が５以上、誘電正接が０．００３以下であり、デュロメータＡ硬度が５０度以上８０度未満である。

誘電体基板は一般的な熱可塑性樹脂用の射出成形機を用い、射出成形によって成形される。上記誘電性エラストマー組成物を構成する各材料を、必要に応じて、ヘンシェルミキサー、ボールミキサー、リボンブレンダーなどにて混合した後、二軸混練押出し機などの溶融押出し機にて溶融混練し、成形用ペレットを得ることができる。なお、充填材の投入は、二軸押出し機などで溶融混練する際にサイドフィードを採用してもよい。この成形用ペレットを用いて射出成形により誘電体基板を成形する。

本発明において、上述の誘電性エラストマー組成物を用いることで、加硫工程や後加工を省略することができ、低コストで、従来の誘電性エラストマー組成物（熱硬化性エラストマー組成物）と同等の機能を提供することができる。また、射出成形が可能となり、複雑な形状にも対応でき、形状自由度が向上できる。また、熱硬化性エラストマー組成物に起因するゴム臭のような不快な臭いを軽減できる。

以下には、アンテナ部材３（電極）について説明する。誘電体基板２の表面に設けられる電極は、銅箔であることが好ましく、より好ましくはめっき処理を施した銅箔である。銅箔としては、３５μｍ程度の厚さの電解銅箔を用いるのが好ましい。銅箔の上に処理するめっき材料は、アンテナとして機能する導電性を保持できれば特に限定されないが、金（Ａｕ）、白金（Ｐｔ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）、スズ（Ｓｎ）などがある。その中で、耐酸化性、導電性などに優れることから、Ｎｉ、Ａｇが好ましい。コスト的に有利で工業的に利用しやすいことからＮｉが特に好ましい。めっきの厚みは、０．１μｍ〜５μｍが好ましく、さらに好ましくは０．５μｍ〜３μｍである。めっき厚が０．１μｍ未満では、耐酸化性の向上が少なく、めっき厚が５μｍより大きいと、めっき厚が不均一になるおそれがある。

めっき処理は、無電解めっき法、電気めっき法、またはこれらの併用がある。特に、無電解めっき法が簡便であり、めっき層の厚さを均一に形成しやすいので好ましい。無電解めっき法は、次亜燐酸塩などの還元浴に硫酸ニッケル、醋化剤、安定剤、ｐＨ緩衝剤、外観調整剤、分散助剤などを分散させて得られるめっき液を約８０℃以上に加熱して、このめっき液に金属板を浸漬することにより、めっき層を形成する方法である。なお、無電解めっきは、金属板のめっき形成部分を脱脂、酸洗いした後にめっき処理する。

次に、本発明に係る誘電体アンテナの第２実施形態を図２に基づき説明する。図２（ａ）は、その誘電体アンテナの平面図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ線断面図であり、図２（ｃ）は、斜視図である。なお、各部材の構成について、上記第１実施形態と同様のものについてはその詳細な説明を省略する。

図２に示すように、誘電体アンテナ１１は、誘電体基板１２と、アンテナ部材１３と、フィルム１４とを有している。図２において、略矩形板状の誘電体基板１２の平面視略中央に略矩形凹状の装着部１２ａが設けられ、その装着部１２ａに略矩形板状のアンテナ部材１３が内装されて装着されている。フィルム１４は、誘導体アンテナ１１の一端面側に設けられ、誘電体基板１２、および装着部１２ａに装着されたアンテナ部材１３の表面を覆っている。フィルム１４によって誘電体基板１２とアンテナ部材１３とが分離されることなく一体化されている。フィルム１４で一体化することで、誘電体アンテナ１１はより曲がり易くなり、形状の自由度が向上する。また、アンテナ部材１３は誘電体基板１２とフィルム１４間に内包されるため、形状を変化させた際にアンテナ部材１３が分離することを好適に防げる。

フィルム１４の材料としては、例えば、ポリオレフィン系のエラストマーフィルムなどが挙げられる。誘導体アンテナ１１全体としての柔軟性を損ないにくく、誘電体基板１２およびアンテナ部材１３との接着が良好な材料が好ましい。例えば、誘電体基板１２およびアンテナ部材１３（の保護層）の少なくともいずれか一方の材料と同種の材料が好ましい。また、フィルム１４の厚さは、例えば、２００μｍ以下である。また、アンテナ部材１３の厚さは、例えば、１２μｍ〜５０μｍである。図２に示す例では、フィルム１４の厚さは、アンテナ部材１３の厚さよりも小さくなっている。なお、誘電体基板１２の厚さは、例えば、１ｍｍ〜３ｍｍである。フィルム１４は、誘電体基板１２およびアンテナ部材１３の少なくとも一方に対して、接着または熱溶着されている。
ここで、アンテナ部材１３には誘電体基板１２と線膨張係数が異なる材料が採用される場合があり、フィルム１４の材料は誘電体基板１２と同種材料を使用しやすい。誘電体基板１２とフィルム１４との材料を同種のエラストマーとし、これらを熱溶着することで溶着箇所の線膨張係数が同等となり、熱溶着後の剥がれなどを防止できる。このような点に加えて、作業性にも優れることから、フィルム１４は、誘電体基板１２に対してのみ、熱溶着されている構成とすることが好ましい。

アンテナ部材１３は、例えば、銅箔、ポリイミド樹脂製などの保護層内に銅箔、エッチング部が装備されたフレキシブルプリントサーキット（ＦＰＣ；Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）などのプリント基板（ＰＣＢ；Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄ）、絶縁被覆層内に銅箔、通電部材などが装備されたフレキシブルフラットケーブル（ＦＦＣ；Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｆｌａｔ Ｃａｂｌｅ）として形成される。

次に、本発明に係る誘電体アンテナの第３実施形態を図３に基づき説明する。図３（ａ）は、その誘電体アンテナの製造過程を示す断面図であり、図３（ｂ）は、製造後の誘電体アンテナの斜視図である。なお、各部材の構成について、上記第１実施形態と同様のものについてはその詳細な説明を省略する。

図３に示すように、誘電体アンテナ２１は、誘電体基板として複数の略矩形板状の誘電体基板２２、２２を有し、複数の誘電体基板２２、２２の平面視略中央の装着部２２ａ、２２ａ間に、略矩形板状のアンテナ部材２３を挟み込んだ構造となっている。２つの誘電体基板２２、２２の装着部２２ａ、２２ａ間にアンテナ部材２３を挟んだ状態で（図３（ａ）上段）、誘電体基板２２、２２同士に圧力をかけつつ、各誘電体基板２２、２２の周縁部同士を熱溶着させることにより、２つの誘電体基板２２、２２とアンテナ部材２３とが分離されることなく一体化される。

具体的には、各誘電体基板２２、２２の周縁部が、アンテナ部材２３に対して熱かしめされることにより、その周縁部が熱かしめ部２２ｂとなる。熱かしめ部２２ｂによって、誘電体基板２２、２２とアンテナ部材２３は固定される。図３の形態のように、熱かしめ部２２ｂによってアンテナ材料２３を挟んで一体化することで、誘電体アンテナ２１は、より曲がり易くなり、形状の自由度が向上する。また、アンテナ部材２３は誘電体基板２２、２２間に内包されるため、形状を変化させた際にアンテナ部材２３が分離することを好適に防げる。

誘電体基板２２、２２の厚さは、例えば、１ｍｍ〜３ｍｍであり、アンテナ部材の厚さは、例えば、１２μｍ〜５０μｍである。なお、誘電体基板２２、２２の各厚さは互いに同じでも、異なっていてもよい。例えば、一方の誘電体基板が内側となるように丸めて使用する場合には、一方の（内側となる）誘電体基板の厚さを小さくすることで、アンテナ部材２３の分離を防ぎつつ、加工性を向上できる。

次に、本発明に係る誘電体アンテナの第４実施形態を図４に基づき説明する。図４（ａ）は、その誘電体アンテナの断面図であり、図４（ｂ）は、斜視図である。なお、各部材の構成について、上記第１実施形態と同様のものについてはその詳細な説明を省略する。

図４に示すように、誘電体アンテナ３１は、略矩形板状の誘電体基板３２の平面視略中央に略矩形凹状の装着部３２ａが設けられ、装着部３２ａに略矩形板状のアンテナ部材３３が内装されて装着されている。このアンテナ部材３３に対して誘電体基板３２を熱かしめさせることにより、誘電体基板３２とアンテナ部材３３とが分離されることなく一体化されている。具体的には、誘電体基板３２は、装着部３２ａの開口周縁に、誘電体基板３２とアンテナ部材３３とを固定させる、略リップ状の熱かしめ部３２ｂを有している。熱かしめ部３２ｂは、開口周縁の全周にわたって連続して設けられている。熱かしめ部３２ｂは、熱が加えられつつ、誘電体基板３２に装着されたアンテナ部材３３の周縁を覆うように折り曲げられて形成される。

このように誘電体アンテナ３１が構成されることで、誘電体アンテナ３１は、より曲がり易くなり、形状の自由度が向上する。また、アンテナ部材３３は露出した状態で固定されるため、フィルムなどの存在がなく、誘電率が変動しないので、高精度な通信が要求される（狭い帯域幅を要求される）用途に好適である。ただし、アンテナ部材の表面における酸化膜の生成や異物の付着がアンテナ特性の劣化（ばらつき大）を引き起こす。一般的にアンテナ部材が外気にさらされることは好ましくないため、誘電体アンテナの周囲にカバーを設けるなどして異物の侵入を防ぎ、湿気がこもらないようにするなどして、錆発生の対策を施すことが好ましい。

なお、図４の形態では、熱かしめ部３２ｂを装着部３２ａの開口周縁の全周に形成したが、これに限らず、アンテナ部材３３の周縁の一部を覆うように装着部３２ａの開口周縁に断続的に形成してもよい。その場合、各熱かしめ部３２ｂを周方向に均等な間隔で配置してもよく、不均等な間隔で配置してもよい。

次に、本発明に係る誘電体アンテナの第５実施形態を図５に基づき説明する。図５（ａ）は、その誘電体アンテナの断面図であり、図５（ｂ）は、斜視図である。なお、各部材の構成について、上記第１実施形態と同様のものについてはその詳細な説明を省略する。

図５に示すように、誘電体アンテナ４１は、誘電体基板４２と、アンテナ部材４３と、止め具４４（ピン）とを有している。図５において、略矩形板状の誘電体基板４２の平面視略中央の装着部４２ａに、略矩形板状をしたアンテナ部材４３が載置されている。誘電体基板４２とアンテナ部材４３とは、略円柱状の止め具４４によって、分離されることなく一体化されている。

略円柱状の止め具４４は、円柱状の本体部４４ａと、該本体部４４ａから軸方向外側に向かってなだらかに拡径するテーパ状の頭部４４ｂとを備えている。止め具４４は、円柱状の本体部４４ａがアンテナ部材４３を貫通して誘電体基板４２内に打ち込まれるとともに、頭部４４ｂは、アンテナ部材４３上に突出している。特に、円柱状の本体部４４ａの直径よりも径が大きい頭部４４ｂがアンテナ部材４３上に位置することで、誘電体基板４２とアンテナ部材４３とが分離されることなく一体化される。このように、誘電体アンテナ４１を構成することで、誘電体アンテナ４１の形状の自由度が向上する。

なお、図５の形態では、略矩形板状のアンテナ部材４３の四隅にそれぞれ位置するように止め具４４が設けられているが、この配置や数は限定されず、アンテナ部材４３の形状によっても適宜変更できる。

次に、本発明に係る誘電体アンテナの第６実施形態を図６に基づき説明する。図６（ａ）は、その誘電体アンテナの断面図であり、図６（ｂ）は、斜視図である。なお、各部材の構成について、上記第１実施形態と同様のものについてはその詳細な説明を省略する。

図６に示すように、誘電体アンテナ５１は、誘電体基板として複数の略矩形板状の誘電体基板５２、５２と、アンテナ部材５３と、止め具５４（ピン）とを有しており、複数の誘電体基板５２、５２の平面視略中央の装着部５２ａ、５２ａ間に、略矩形板状のアンテナ部材５３を挟んだ構造となっている。２つの誘電体基板５２、５２とアンテナ部材５３を積層した状態で、止め具５４をその積層体（２つの誘電体基板およびアンテナ部材）に貫通させて固定することで、誘電体基板５２、５２とアンテナ部材５３とが分離されることなく一体化される。このように、誘電体アンテナ５１を構成することで、誘電体アンテナ５１は、より高い比誘電率を示し、かつ低誘電正接を有しながら、誘電体アンテナ５１の形状の自由度が向上する。

また、アンテナ部材５３を挟み込んだ複数の誘電体基板５２、５２にかける圧力を調整することで、アンテナ部材５３を挟み込んだ複数の誘電体基板５２、５２の厚さを管理できる。

次に、本発明に係る誘電体アンテナの第７実施形態を図７に基づき説明する。図７（ａ）は、その誘電体アンテナの製造過程を示す断面図であり、図７（ｂ）は、製造後の誘電体アンテナの斜視図である。なお、各部材の構成について、上記第１実施形態と同様のものについてはその詳細な説明を省略する。

図７に示すように、誘電体アンテナ６１において、略矩形板状の誘電体基板６２の平面視略中央の装着部６２ａに、略矩形板状のアンテナ部材６３が載置されている。アンテナ部材６３に対して誘電体基板６２を熱かしめすることにより、誘電体基板６２とアンテナ部材６３とが分離されることなく一体化されている。

この熱かしめについて、図７（ａ）を用いて詳しく説明する。図７（ａ）に示すように、誘電体基板６２の一端面には、直立した略円柱状のボス部６２ｃが形成されている。アンテナ部材６３には貫通孔６３ａが形成されており、その貫通孔６３ａに誘電体基板６２のボス部６２ｃが挿通されることで、誘電体基板６２上でアンテナ部材６３が位置決めされる。この状態（図７（ａ）の上段）では、ボス部６２ｃの頭部がアンテナ部材６３の端面から突出している。この状態において、ボス部６２ｃの頭部に熱が加えられつつ、誘電体基板６２側に向けて押し潰されることにより、略円柱状のボス部６２ｃの頭部は、突出高さが減少するとともに直径が増大し、例えばリベットの頭部状と化す。そして、アンテナ部材６３上に拡径した熱かしめ部６２ｂが形成されることで、誘電体基板６２とアンテナ部材６３とが分離されることなく一体化される。

このように誘電体アンテナ６１が構成されることで、誘電体アンテナ６１は、より曲がり易くなり、形状の自由度がより向上する。なお、図７の形態では、略矩形板状のアンテナ部材６３の四隅にそれぞれ位置するようにボス部６２ｃおよび熱かしめ部６２ｂが設けられるが、この配置や数は限定されず、アンテナ部材６３の形状によっても適宜変更できる。

次に、本発明に係る誘電体アンテナの第８実施形態を図８に基づき説明する。図８（ａ）は、その誘電体アンテナの拡大断面図であり、図８（ｂ）は、誘電体アンテナ全体の斜視図である。なお、各部材の構成について、上記第１実施形態と同様のものについてはその詳細な説明を省略する。

図８に示すように、誘導体アンテナ７１は、誘電体基板として複数の略矩形板状の誘電体基板７２、７２と、アンテナ部材７３と、略係止部材状の止め具７４（ピン）とを有しており、複数の誘電体基板７２、７２の平面視略中央の装着部（図示省略）間に、略矩形板状のアンテナ部材７３を挟んだ構造となっている。２つの誘電体基板７２、７２とアンテナ部材７３を積層した状態で、止め具７４をその積層体（２つの誘電体基板およびアンテナ部材）に貫通させて固定することで、誘電体基板７２、７２とアンテナ部材７３とが分離されることなく一体化される。このように、誘電体アンテナ７１を構成することで、誘電体アンテナ７１は、より高い比誘電率を示し、かつ低誘電正接を有しながら、誘電体アンテナ７１の形状の自由度が向上する。

略係止部材状の止め具７４は、円柱状の本体部７４ａと、本体部７４ａの一端側に位置し、該本体部７４ａの直径よりも径が大きい略円板状の頭部７４ｂと、本体部７４ａの他端側に位置し、該本体部７４ａの直径よりも径が大きい部分を有する略鉤状の係止部７４ｃとを備える。略係止部材状の止め具７４は、略円柱状の本体部７４ａが複数の誘電体基板７２の貫通孔７２ａおよびアンテナ部材７３の貫通孔７３ａを貫通するととともに、略円板状の頭部７４ｂは、一方の誘電体基板７２の端面の外側に密着し、且つ、略鉤状の係止部７４ｃは、他方の誘電体基板７２の端面の外側に密着する。つまり、頭部７４ｂと係止部７４ｃで、２つの誘電体基板７２、７２およびアンテナ部材７３を挟むことで、複数の誘電体基板７２、７２とアンテナ部材７３とが分離されることなく一体化される。このように誘電体アンテナ７１が構成されることで、形状の自由度がより向上する。

以上、本発明に係る誘電体アンテナとして、第１実施形態から第８実施形態について説明したが、誘導体アンテナの形態はこれらに限定されない。また、上記実施形態では、アンテナ部材は、銅箔、ＦＰＣ、ＰＣＢ、ＦＦＣとして説明したが、これ以外にも、例えば銅板などの通電部材を用いることができる。

実施例１〜４、比較例１
オレフィン系熱可塑性エラストマー（製品名：三井化学社製、ミラストマー４０１０ＮＳ）とセラミックス粉末（共立マテリアル社製、ＨＦ−１２０Ｄ：チタン酸バリウム・サマリウム・ランタン系セラミックス粉）、さらに重金属不活性化剤（ＡＤＥＫＡ社製、アデカスタブ ＣＤＡ−１）をそれぞれ混合し、二軸溶融押出し機を用いて押出して造粒して、ペレットを得た。得られたペレットを射出成形機に供給して、射出成形し、５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの矩形板状の誘電体基板を２枚得た。また、ポリイミド樹脂製の保護層内に銅箔・通電部材を有するＦＰＣのアンテナ部材（３５ｍｍ×３５ｍｍ×１００μｍ）を用意した。得られた誘電体基板の平面視略中央の装着部間に、アンテナ部材を挟み込み、誘電体基板同士に圧力をかけつつ、各誘電体基板の周縁部同士を熱溶着させることで一体化して、誘導体アンテナ（図３参照）を得た。
また、誘電体基板の評価のため、得られたペレットを射出成形機に供給して、射出成形し、φ２５ｍｍ×ｔ１．５ｍｍの円柱状試験片を得た。

実施例５〜８、比較例２〜３
オレフィン系熱可塑性エラストマー（製品名：三井化学社製、ミラストマー４０１０ＮＳ）とセラミックス粉末（共立マテリアル社製、ＳＴ−２：チタン酸ストロンチウム系セラミックス粉）、さらに重金属不活性化剤（ＡＤＥＫＡ社製、アデカスタブ ＣＤＡ−１）をそれぞれ混合し、二軸溶融押出し機を用いて押出して造粒して、ペレットを得た。得られたペレットを射出成形機に供給して、射出成形し、実施例１と同形状の誘導体基板を得た。この誘電体基板と、実施例１と同じアンテナ部材を用いて、実施例１と同様の一体化工程により誘導体アンテナ（図３参照）を得た。なお、比較例３は射出成形できなかったため、誘電体アンテナは制作していない。
また、誘電体基板の評価のため、比較例３以外については、得られたペレットを射出成形機に供給して、射出成形し、φ２５ｍｍ×ｔ１．５ｍｍの円柱状試験片を得た。

実施例９
ポリエステル系熱可塑性エラストマー（製品名：東洋紡社製、ペルプレンＰ−３０Ｂ）とセラミックス粉末（共立マテリアル社製、ＳＴ−２：チタン酸ストロンチウム系セラミックス粉）をそれぞれ混合し、二軸溶融押出し機を用いて押出して造粒して、ペレットを得た。得られたペレットを射出成形機に供給して、射出成形し、実施例１と同形状の誘導体基板を得た。この誘電体基板と、実施例１と同じアンテナ部材を用いて、実施例１と同様の一体化工程により誘導体アンテナ（図３参照）を得た。
また、誘電体基板の評価のため、得られたペレットを射出成形機に供給して、射出成形し、φ２５ｍｍ×ｔ１．５ｍｍの円柱状試験片を得た。

比較例４
ＥＰＤＭと、セラミックス粉末（共立マテリアル社製、ＨＦ−１２０：チタン酸バリウム・ネオジウム系セラミックス粉）と、加硫促進剤および加工助剤等とをそれぞれ混合し、加熱圧縮成形にてシート材を得た後、打ち抜き加工にて５０ｍｍ×５０ｍｍ×１ｍｍの矩形板状の誘電体基板を２枚得た。なお、加硫条件は、それぞれ１７０℃×３０分である。この誘電体基板と、実施例１と同じアンテナ部材を用いて、実施例１と同様の一体化工程により誘導体アンテナ（図３参照）を得た。
また、誘電体基板の評価のため、上記誘電体基板と同様の条件の加熱圧縮成形にて得られたシート材から、φ２５ｍｍ×ｔ１．５ｍｍの円柱状試験片を得た。

得られた各円柱状試験片を用いて、１ＧＨｚ帯で２０℃での比誘電率を容量法により測定した。容量法に用いた測定装置はＲＦ ｉｍｐｅｄａｎｃｅ／ｍａｔｅｒｉａｌ ａｎａｌｙｚｅｒ ＨＰ４２９１Ｂ（アジレント・テクノロジー社製）、電極はＨＰ１６４５３Ａ（アジレント・テクノロジー社製）をそれぞれ用いた。また、得られた各円柱状試験片と上記測定装置を用いて、１ＧＨｚ帯で２０℃での誘電正接を容量法により測定した。測定結果を表１に示す。
なお、実施例２、実施例６および実施例７については、５０ｍｍ×５０ｍｍ×ｔ１．５ｍｍのシート状試験片を作成し、空洞共振器法（ＪＩＳ Ｒ １６４１）により、８ＧＨｚ帯で２０℃での誘電正接も測定した。

表１より、実施例１〜９は、成形体（試験片）の１ＧＨｚ帯で２０℃での比誘電率が５以上、誘電正接が０．０１以下であった。また、比誘電率の温度係数α（単位：１／℃）が−１５００×１０^−６より大きく、かつ、−３００×１０^−６未満であった。特に、実施例１〜４の誘電正接は０．００２以下であり、実施例５〜９および比較例４の誘電正接よりも低く、より高い高周波帯域への対応が可能である。また、セラミックス粉末として、チタン酸バリウム・サマリウム・ランタン系セラミックス粉を用いた実施例１〜４の比誘電率の温度係数αの絶対値は、実施例５〜９および比較例４よりも小さく、温度変化による比誘電率の変化がより小さいものとなった。さらに、実施例１〜９の誘電体基板の臭気は軽微であったが、比較例４の誘電体基板の臭気は不快なものであった。

実施例２、実施例６および実施例７において、周波数８ＧＨｚ、温度２０℃での誘電正接は、周波数１ＧＨｚ、温度２０℃での誘電正接と同程度（実施例２は０．００１７、実施例６、７ともに０．００２８）であり、高周波領域でも良好な低誘電正接を維持した。また、熱可塑性エラストマーとしては、オレフィン系熱可塑性エラストマーの方がポリエステル系熱可塑性エラストマーよりも柔軟性が良好であった（実施例５、９）。

また、実施例１〜９の誘電体基板は射出成形体であるので、複雑な形状にも対応でき、形状自由度が高いのに対して、比較例４の誘電体基板は主にシート材からの打ち抜き加工であるので、複雑な形状に適していない。環境負荷の面では、実施例１〜９の成形体はリサイクル可能であるのに対して、比較例４の成形体はリサイクル不可である。コスト面では、実施例１〜９の成形体は後加工が不要となるのに対して、比較例４の成形体は切断加工や打ち抜き加工が必要となるため、コストが増加傾向にある。

これらの結果、実施例１〜９で得られた誘電体アンテナは、高い比誘電率を示し、かつ低誘電正接を有して、広い温度範囲、高周波帯域への対応が可能でありながら、形状の自由度や生産性にも優れることが分かる。

本発明の誘電体アンテナは、その構成部材の誘電体基板が高い比誘電率を示し、かつ低誘電正接を有しながら、形状の自由度や生産性に優れるので、誘導体アンテナとして広く利用でき、特に複雑形状の高周波通信機の誘電体アンテナに好適に利用できる。

１、１１、２１、３１、４１、５１、６１、７１ 誘電体アンテナ
２、１２、２２、３２、４２、５２、６２、７２ 誘電体基板
２ａ、１２ａ、２２ａ、３２ａ、４２ａ、５２ａ、６２ａ 装着部
３、１３、２３、３３、４３、５３、６３、７３ アンテナ部材（電極）
４ 接地導体
５ 通電部材接続部
１４ フィルム
２２ｂ、３２ｂ、６２ｂ 熱かしめ部
４４、５４、７４ 止め具（ピン）
４４ａ、７４ａ 本体部
４４ｂ、７４ｂ 頭部
６２ｃ ボス部
７４ｃ 係止部

Claims (10)

1. 誘電体基板と、該誘電体基板に装着されるアンテナ部材とを備えてなる誘電体アンテナであって、
   前記誘電体基板は、熱可塑性エラストマーに誘電性セラミックス粉末が配合された誘電性エラストマー組成物の射出成形体であり、周波数１ＧＨｚおよび温度２０℃において、比誘電率が５以上、誘電正接が０．０１以下であることを特徴とする誘導体アンテナ。
2. 前記誘電体基板の平面視略中央に装着部が設けられ、前記装着部に前記アンテナ部材が装着されていることを特徴とする請求項１記載の誘導体アンテナ。
3. 前記誘電体アンテナは、前記誘電体基板および前記アンテナ部材を覆うフィルムを有し、前記フィルムによって、前記誘電体基板と前記アンテナ部材とが一体化されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の誘導体アンテナ。
4. 前記フィルムが、前記誘電体基板および前記アンテナ部材の少なくとも一方に対して、接着または熱溶着されていることを特徴とする請求項３記載の誘導体アンテナ。
5. 前記誘電体基板は、該誘電体基板と前記アンテナ部材を固定する熱かしめ部を有し、前記熱かしめ部によって、前記誘電体基板と前記アンテナ部材とが一体化されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の誘導体アンテナ。
6. 前記熱かしめ部は、前記誘電体基板に装着された前記アンテナ部材の周縁の少なくとも一部を覆うように折り曲げられていることを特徴とする請求項５記載の誘導体アンテナ。
7. 前記アンテナ部材に貫通孔が形成され、前記誘導体基板に前記貫通孔に挿通されるボス部が形成されており、
   前記熱かしめ部は、前記貫通孔に挿通された前記ボス部の先端に形成されることを特徴とする請求項５記載の誘導体アンテナ。
8. 前記誘電体基板は複数の誘電体基板から構成され、前記誘電体アンテナは、前記複数の誘電体基板の間に前記アンテナ部材が挟まれて、一体化されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の誘導体アンテナ。
9. 前記誘電体アンテナは、前記誘電体基板同士の熱溶着により一体化されていることを特徴とする請求項８記載の誘導体アンテナ。
10. 前記誘電体アンテナは、前記誘電体基板と前記アンテナ部材とを固定させる止め具により一体化されていることを特徴とする請求項８記載の誘導体アンテナ。

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