JPWO2011010471A1 - コイルアンテナとそれを用いた電子機器 - Google Patents

Abstract

実施形態によれば、円柱状磁心４と、円柱状磁心４に巻回された巻線５とを具備するコイルアンテナ１が提供される。円柱状磁心４は、軟磁性体粉末と有機結合剤との混合物からなる円柱状磁性体２と、円柱状磁性体２の表面を覆う絶縁体３とを備える。

Description

本発明の実施形態はコイルアンテナとそれを用いた電子機器に関する。

電波の波長を短縮するために用いられる磁性体や誘電体は、透磁率や誘電率が高いほど効果的である。誘電体セラミック（非磁性材料）を用いた波長短縮は従来から試みられているが、帯域が狭くなるために十分な感度を保ちつつ小型化することは実現されていない。例えば、地上デジタル放送のように１００ＭＨｚ〜１ＧＨｚの周波数帯を使用する情報通信においては、外付けアンテナが必要とされる。そこで、この周波数帯の波長を短縮するために、透磁率が高い磁性材料の周りにコイルエレメントを巻回し、電波特性長の短縮効果により小型で受信感度に優れたアンテナが求められている。

また、通信情報の急増に伴って電子通信機器の小型化や軽量化が図られており、このために電子通信機器に搭載される電子部品の小型化や軽量化が望まれている。現在の携帯通信端末で情報伝播に用いられている電波の周波数帯域は１００ＭＨｚ以上の高周波領域である。携帯移動体通信や衛星通信においては、ＧＨｚ帯の高周波域の電波が使用されている。このため、高周波領域において有用な電子部品が注目されている。

高周波域の電波に対応するために、電子部品にはエネルギー損失や伝送損失が小さく、電気特性長を有効に短縮することが求められている。例えば、携帯通信端末に不可欠なアンテナデバイスでは、受信過程で導体ならびに材料で損失が生じる。この損失は受信感度を落とす原因となる。一方、電子部品に対する小型化や軽量化への要望の高まりに伴って、アンテナデバイスには損失を抑えて受信感度を維持したまま小型化することが要求されている。このため、誘電体セラミックスや磁性体を用いたアンテナデバイスが開発され、小型化や省スペース化を可能としている。

例えば、地上デジタル放送用のコイルアンテナとしては、直方体からなる誘電体（または磁性体）に巻線を施したものが知られている（特許文献１参照）。電波時計用アンテナとしては、直方体の磁性体の周囲を熱収縮チューブで絶縁し、その上に巻線を施したコイルアンテナ（特許文献２参照）や、磁性体粉末を樹脂で固めた直方体のコアの周囲にコイルを巻回したアンテナ（特許文献３参照）が知られている。アンテナ用磁性体粉末に関しては、例えば平均粒径が１μｍ以下の微細磁性粉末を使用することによって、高周波での透磁率を制御することが知られている（特許文献４参照）。

しかしながら、誘電体セラミックスを用いたアンテナは帯域が狭くなり、必要な帯域内で十分な感度が保てないため、補助的なアンテナデバイスとして用いられているのが現状である。軟磁性粉末を有機結合剤で固めた磁性体を用いたアンテナでは、磁性体の磁気特性から高周波帯域での損失を十分に低減することができない。さらに、直方体の磁性体上にコイルを巻回しているため、コイルの直角に曲がった部分に高周波電流が集中し、また磁性体とコイルとの距離が一定にならないため、受信感度特性を十分に得ることができない。このため、広帯域での受信感度を向上させたコイルアンテナが求められていた。

特開２００８−２５９０３９公報 特開２００５−２６９２３４公報 特開２００７−０６０１３８公報 特開２００８−２５８６０１公報

本発明の目的は、広帯域での受信感度を向上させたコイルアンテナと、それを用いた電子機器を提供することにある。

実施形態のコイルアンテナは、軟磁性体粉末と有機結合剤との混合物からなる円柱状磁性体と、前記円柱状磁性体の表面を覆う絶縁体とを備える円柱状磁心と、前記円柱状磁心に巻回された巻線とを具備している。また、実施形態の電子機器は、上記した実施形態のコイルアンテナを具備している。

第１の実施形態のコイルアンテナを示す斜視図である。 第２の実施形態のコイルアンテナを示す斜視図である。 第３の実施形態のコイルアンテナを示す斜視図である。

以下、実施形態のコイルアンテナについて、図面に基づいて説明する。図１は第１の実施形態によるコイルアンテナを示す斜視図、図２は第２の実施形態によるコイルアンテナを示す斜視図、図３は第３の実施形態によるコイルアンテナを示す斜視図である。これらの図において、１はコイルアンテナ、２は円柱状磁性体、３は絶縁体、４は円柱状磁心、５は巻線、６は円柱状ボビン、７は平坦部である。

円柱状磁性体２は軟磁性体粉末と有機結合剤との混合物からなり、この混合物を円柱状に成形したものである。円柱状磁性体２の表面は絶縁体３で覆われている。円柱状磁心４は円柱状磁性体２とその表面を覆う絶縁体３とを備えている。第１の実施形態によるコイルアンテナ１は、円柱状磁性体２を絶縁体３で覆った円柱状磁心４に巻線５を施したものである。第２の実施形態によるコイルアンテナ１は、さらに円柱状磁心４の外周に装着した円柱状ボビン６を備えている。第２の実施形態によるコイルアンテナ１において、巻線５は円柱状ボビン６の上に巻回されている。

円柱状磁性体２を構成する軟磁性体粉末は、高周波域における透磁率が大きな磁性材料からなることが好ましい。具体的には、軟磁性体粉末は鉄アルミシリコン合金（センダスト）、鉄ニッケル合金（パーマロイ）、鉄ニッケルパーマロイ合金（モリブデンパーマロイ）、鉄コバルト合金、鉄コバルトシリコン合金、鉄シリコンバナジウム合金、鉄コバルトボロン合金、コバルト基アモルフアス合金、鉄基アモルフアス合金、カルボニル鉄、および純鉄から選ばれる少なくとも１種からなることが好ましい。

軟磁性体粉末はその表面を被膜で覆ったコアシェル構造を有するものであってもよい。被膜は窒化物、炭化物、および酸化物から選ばれる少なくとも１種からなることが好ましい。被膜の構成材料としては、Ａｌ、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｚｎ、Ｍｎ、および希土類元素から選ばれる少なくとも１種の金属を含む酸化物、ＡｌＮ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ等が挙げられる。被膜は軟磁性体粉末の表面を直接窒化処理、炭化処理、または酸化処理して形成したものであってもよい。

このように、軟磁性体粉末の表面を被膜で覆うことによって、軟磁性体粉末の劣化を抑制することができる。窒化物、炭化物、酸化物等からなる被膜に代えて、樹脂被膜やＮｉメッキ膜等の耐食性に優れる金属被膜を適用してもよい。樹脂被膜は、ポリエステル、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリビニルブチラール、ポリウレタン、セルロース系樹脂、アクリルニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、ＡＢＳ樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂、あるいはそれらの共重合体からなるものが好ましい。

いずれの被膜を用いる場合であっても、被膜の厚さは１ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。特に、軟磁性体粉末の平均粒径が１０ｎｍ以上１００ｎｍ未満の微粉末のときには、被膜の厚さは薄いことが好ましく、特に１ｎｍ以上７ｎｍ以下の範囲であることが好ましい。被膜付きの軟磁性体粉末をコアシェル型軟磁性体粉末と呼ぶ。

軟磁性体粉末の平均粒径は特に限定されるものではないが、１０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲であることが好ましい。平均粒径が１０ｎｍ未満の軟磁性体粉末は調製が難しい。軟磁性体粉末の平均粒径が１μｍを超えると、アンテナの高周波特性が低下する。コイルアンテナ１を１００ＭＨｚ以上の無線信号アンテナとして用いる場合、軟磁性体粉末の平均粒径は１００ｎｍ以下が好ましい。コイルアンテナ１を１ＧＨｚ以上の無線信号アンテナとして用いる場合、軟磁性体粉末の平均粒径は５０ｎｍ未満が好ましい。

微粉末状の軟磁性体粉末としては、例えばニッケル、コバルト、鉄のシュウ酸塩等の有機酸塩を熱分解して得た微細な酸化物を水素で低温還元して得られたニッケル粉、コバルト粉、鉄粉等や、硫酸第一鉄溶液を中和して得た微細な鉄粉等が挙げられる。他の方法としては、ニッケル、コバルト、鉄等の金属を減圧化で加熱蒸発させ、気相で凝固させてニッケル粉、コバルト粉、鉄粉等を得る方法が挙げられる。これらの方法はニッケル、コバルト、鉄等の微粉末に限らず、それらの合金やさらにＡｌやＳｉ等の酸化物の標準生成ギブスエネルギーが小さい金属を添加した合金にも適用可能である。

軟磁性体粉末は溶液中で還元した微粉末であってもよく、例えばニッケルやコバルトのアンモニア錯イオンを含む溶液を、高温、高圧中で水素還元して得られるニッケル粉やコバルト粉等が挙げられる。さらに、ニッケルカルボニル（Ｎｉ（ＣＯ）_４）や鉄カルボニル（Ｆｅ（ＣＯ）_５）を熱分解して得られたカルボニルニッケル粉やカルボニル鉄粉等であってもよい。平均粒径が１００ｎｍ未満の粉末は極めて微細であるため、前述した被膜を保護層として設け、軟磁性体粉末の酸化等による劣化を防止することが好ましい。

軟磁性体粉末を結合する有機結合剤は、特に限定されるものではないが、ポリエステル、ポリ塩化ビニル、ポリビニルブチラール、ポリウレタン、セルロース系樹脂、アクリルニトリル−ブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴムやそれらの共重合体等の熱可塑性樹脂、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミド系樹脂、イミド系樹脂等の熱硬化性樹脂、あるいは有機系難燃剤であるハロゲン化物、臭素化ポリマー等が例示される。これらは１種で用いてもよいし、２種以上を混合して用いてもよい。

円柱状磁性体２は、上述した軟磁性体粉体と有機結合剤との混合物を円柱状に成形したものである。円柱状磁性体２は硬化させた状態でもよいし、柔軟性のある状態でもよい。有機結合剤として熱硬化性樹脂を使用した場合、軟磁性体粉体と有機結合剤との混合物を円柱状に成形した後に熱処理を施すことによって、硬化させた円柱状磁性体２とすることができる。有機結合剤としてゴム系の材料を使用した場合、柔軟性を有する円柱状磁性体２とすることができる。円柱状磁性体２は真円体が好ましいが、楕円体でもよい。

円柱状磁心４は、絶縁体３で覆われた円柱状磁性体２を備えている。円柱状磁心４のサイズは特に限定されるものではないが、直径が１〜５ｍｍ、長さが１０〜１００ｍｍ程度であることが好ましい。このサイズより小さいとアンテナ特性が不十分となるおそれがあり、これより大きいとアンテナが大きすぎて小型化や薄型化に適さない。絶縁体３としては、例えば絶縁チューブが用いられる。絶縁体３は少なくとも一部に熱収縮性樹脂や熱収縮チューブを用いることが好ましい。絶縁体３は全てが熱収縮性樹脂や熱収縮チューブで形成されていることが好ましく、これにより絶縁体３の厚さを一定にすることができる。

円柱状磁性体２を保護する絶縁体３には、ポリテトラフルオロエチレン、ポリオレフィン、フッ素エラストマー、ノンハロゲン樹脂、ポリ塩化ビニル、フッ素樹脂、エポキシ樹脂、シリコーンゴム、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレン、ポリエステル等が用いられる。絶縁体３は絶縁性および耐候性に優れた材料で形成することが好ましい。絶縁体３は、少なくとも巻線を施す部分に形成される。

熱収縮チューブの材質としては、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルコキシエチレン共重合体（ＰＦＡ）、ペルフルオロエチレン−ペルフルオロプロピレン共重合体、ポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンエラストマー、およびシリコーンゴムから選ばれる少なくとも１種が挙げられる。熱収縮チューブは６０〜１８０℃の温度で熱収縮するものが好ましい。熱収縮チューブの熱収縮温度が６０℃未満であると取扱いが難しく、１８０℃を超えると軟磁性体粉末や有機結合剤に悪影響を及ぼすおそれがある。

熱収縮性樹脂を用いる場合には、熱収縮性樹脂を円柱状磁性体２の表面に塗布した後、熱処理して熱収縮性樹脂の塗布層を熱収縮させる。熱収縮チューブを用いる場合には、熱収縮チューブに円柱状磁性体２を挿入した後、熱処理して熱収縮チューブを熱収縮させる。熱収縮性樹脂や熱収縮チューブは絶縁体３として用いられるものであるが、これらとは別途に円柱状磁性体２の表面に絶縁樹脂を塗布し、その上に熱収縮チューブを被せてもよい。このような場合においても、熱収縮チューブを熱処理して収縮させることによって、円柱状磁性体２と絶縁体３とを一体化することができる。

絶縁チューブ等からなる絶縁体３の厚さは特に限定されるものではないが、０．０５ｍｍ以上あることが好ましい。絶縁体３の厚さが０．０５ｍｍ未満であると、均一な絶縁膜を形成することが難しい。均一な絶縁膜を形成しやすくする上で、絶縁体３の厚さは０．２ｍｍ以上が好ましい。絶縁体３の厚さの上限は特に限定されないが、０．８５ｍｍ以下であることが好ましい。絶縁体３の厚さが０．８５ｍｍを超えると円柱状磁性体２と巻線５との距離が離れすぎてしまうため、コイルアンテナ１のアンテナ特性が低下するおそれがある。熱収縮樹脂や熱収縮チューブ等の熱収縮性の材料を用いた場合、絶縁体３の厚さは熱収縮後の厚さを示すものとする。

絶縁チューブは熱収縮性能を持たない材料で形成することも可能である。このような場合には、絶縁チューブの内径と円柱状磁性体２の外径のサイズを合わせた上で、円柱状磁性体２を絶縁チューブに挿入する。円柱状磁性体２と絶縁チューブとの間に隙間が生じる場合には、必要に応じて隙間に樹脂を充填することも有効である。

円柱状磁心４には巻線５が施されており、これらによりコイルアンテナ１が構成されている。第１の実施形態によるコイルアンテナ１は、円柱状磁性体２の表面を絶縁チューブ等による絶縁体３で覆った後、絶縁体３上に巻線５を形成したものである。第２の実施形態によるコイルアンテナ１は、円柱状磁心４を円柱状ボビン５に挿入した後、ボビン５上に巻線５を形成したものである。この場合、円柱状磁性体２を円柱状ボビン５に挿入することによって、コイルアンテナ１を構成することも可能である。

巻線５としては、金属線や金属箔等を用いることができる。巻線５はその表面に絶縁被膜を有するものであってもよい。巻線５のサイズは任意であるが、直径１ｍｍ以下の金属線、あるいは幅が２ｍｍ以下で厚さが０．５ｍｍ以下の金属箔が好ましい。巻線５のサイズが上記値を超えると、円柱状磁心４に巻回するときに巻線５のスプリングバックが大きくなり、円柱状磁心４と巻線５との距離を一定に保ちにくくなる。このような場合には、巻線後に樹脂コーティングを施すことが有効である。

円柱状ボビン５は円柱状磁心４が挿入する円柱状の空洞部を有する。また、円柱状ボビン５の外形に関しても、円柱状磁心４と同様な円柱状であることが好ましい。円柱状ボビン５の形成材料としては、液晶ポリマー（ＬＣＰ）やＡＢＳ樹脂等の絶縁樹脂（工業用プラスチック）を用いることが好ましい。円柱状ボビン５の肉厚は０．１〜０．５ｍｍの範囲であることが好ましい。円柱状ボビン５の肉厚が０．１ｍｍ未満であると、ボビン５の強度が不十分になりやすく、０．５ｍｍを超えると円柱状磁心２と巻線５との距離が離れすぎてしまうために好ましくない。

巻線５の先端を固定する必要がある場合には、円柱状磁心４の端部に平面部７を設け、巻線５の先端部を平面部７に固定するようにしてもよい。図３は端部に平面部７を設けた円柱状磁心４の一例を示している。図示しないが、円柱状磁心４の長手方向（円周面）に直接平坦部を設けてもよい。このような平面部を設ける場合には、円柱状磁心４の長さの１０％以下となるように形成することが好ましい。

この実施形態のコイルアンテナ１は、巻線５を施す部分が円柱状であるため、磁性体２と巻線５との距離を略一定とすることができる。従来のコイルアンテナのように、磁性体が直方体であると直方体の角部と平面部とで磁性体と巻線との距離に違いが生じるため、コイル部分で電磁界集中が発生して渦電流による損失が発生する。その結果、アンテナ特性が低下する。円柱状磁性体２を用いることによって、磁性体２と巻線５との距離を略一定に保つことができるため、コイル部分での渦電流の発生を抑制することができる。具体的には、磁性体２の中心軸と巻線５との距離の最大値と最小値との差を０．２５ｍｍ以下にすることができる。これによって、アンテナ特性を向上させることが可能となる。

上述したコイルアンテナ１によれば、アンテナ特性、特に電気特性長の短縮効果を高めることができるため、例えば１００ＭＨｚ以上の無線信号アンテナに適用することが可能となる。周波数の上限は磁性体の特性にもよるが、磁性体の透磁率が高ければ３ＧＨｚ程度まで有効である。透磁率が３ＧＨｚ程度まで有効な磁性体としては、前述した鉄アルミシリコン合金（センダスト）、鉄ニッケル合金（パーマロイ）、鉄ニッケルパーマロイ合金（モリブデンパーマロイ）、鉄コバルト合金、鉄コバルトシリコン合金、鉄シリコンバナジウム合金、鉄コバルトボロン合金、コバルト基アモルフアス合金、鉄基アモルフアス合金、カルボニル鉄、純鉄等が挙げられる。

この実施形態のコイルアンテナ１は、様々な通信機能を有する電子機器に適用可能であり、アンテナの小型・薄型化やアンテナ特性の向上を実現することができる。特に、１００ＭＨｚ以上の高周波領域で有効であるため、コイルアンテナ１は無線ＬＡＮ用電子機器、地上デジタル放送用電子機器、携帯電話等の携帯通信用電子機器のアンテナに好適である。このような電子機器にコイルアンテナ１を搭載することによって、受信特性やそれに基づく電子機器の特性を向上させることが可能となる。

さらに、コイルアンテナ１は軟磁性体粉末と有機結合剤との混合物をベース材料としているため、柔軟性のあるコイルアンテナ１を提供することができる。このため、電子機器でアンテナを折り曲げて内蔵しなければならないような場合であっても、破損等の不具合の発生を抑制することができる。また、折り曲げた場合であっても円柱状磁心４と巻線５との距離が大きく変わらないため、アンテナ特性を良好に保つことができる。

次に、この実施形態のコイルアンテナ１の製造方法について説明する。コイルアンテナ１の製造方法は特に限定されるものではないが、効率よく得るための方法として以下の方法が挙げられる。まず、軟磁性体粉末を用意する。軟磁性体粉末の材質や粒径は求める特性に応じて適宜選択される。軟磁性体粉末を有機結合剤と混合する。軟磁性体粉末と有機結合剤との混合割合は、体積比で［軟磁性体粉末／（軟磁性体粉末＋有機結合剤）］×１００（％）を３０〜７０％の範囲とすることが好ましい。これによって、軟磁性体粉末の磁気特性を生かしつつ、強度が強く取扱い性に優れる成形体を得ることができる。

次に、軟磁性体粉末と有機結合剤との混合物を円柱状に成形して円柱状磁性体２を調製する。成形方法としては、金型成形や押出成形が生産性に優れることから好ましい。押出成形の場合には、成形体を必要なサイズに切断する。また、有機結合剤が熱硬化性樹脂であれば、熱処理（キュア）して成形体を固化する。いずれの有機結合剤の場合も十分に固化させてから次の工程に移る。また必要に応じて、円柱状磁性体２の表面に樹脂被覆を施して、円柱状磁性体２の強度を向上させてもよい。

次いで、円柱状磁性体２の表面を絶縁体３で覆うことによって、円柱状磁性体２を絶縁する。絶縁体３として熱収縮チューブを用いる場合には、予め所定の長さに切断した熱収縮チューブを用意しておき、チューブ中に円柱状磁性体２を挿入する。この後、熱処理を施してチューブを熱収縮させることによって、円柱状磁心４を作製する。熱収縮チューブは熱収縮後に円柱状磁性体２の先端部が剥き出しにならないような長さを有することが好ましい。絶縁体３として熱収縮性能を持たない樹脂チューブを用いる場合には、チューブに円柱状磁性体２を挿入する。隙間が形成される場合には、別途樹脂を充填してもよい。

第１の実施形態によるコイルアンテナ１においては、円柱状磁心４に巻線５を巻回する。第２の実施形態によるコイルアンテナ１においては、例えば予め巻線５を施したボビン６に、円柱状磁心４を挿入する。巻線５の先端部を止める必要があるとき、第１の実施形態によるコイルアンテナ１では、例えば円柱状磁心４の端部に設けた平面部７を固定部として使用する。第２の実施形態によるコイルアンテナ１であれば、ボビン６の端部に平面部を設けておき、そのような平面部を固定部として使用する。固定方法は特に限定されず、接着や溶接等が適用される。また、円柱状磁心４や円柱状ボビン６に巻線５を形成した後に、コイルアンテナ１全体に樹脂被覆を施して強度を向上させてもよい。

次に、実施例とその評価結果について述べる。

（実施例１）
高周波誘導熱プラズマ装置のチャンバ内に、プラズマ発生用ガスとしてアルゴンを４０Ｌ／分で導入してプラズマを発生させた。このチャンバ内のプラズマに、平均粒径が１０μｍのＦｅ粉末と平均粒径が３μｍのＡｌ粉末とを、ＦｅとＡｌとの比率が質量比で２０：１になるようにアルゴン（キャリアガス）と共に３Ｌ／分で噴射した。同時に、チャンバ内に炭素被覆の原料としてアセチレンガスをキャリアガスと共に導入した。このようにして、ＦｅＡｌ合金粒子を炭素で被覆したナノ粒子を得た。

炭素で被覆したＦｅＡｌ合金のナノ粒子を５００ｍＬ／分の水素フロー下で、６００℃にて還元処理し、室温まで冷却した後、酸素を０．１体積％含むアルゴン雰囲気中に取り出して酸化することによって、コアシェル型軟磁性体粉末を製造した。得られたコアシェル型軟磁性体粉末は、コアである軟磁性体粉末の平均粒径が３２ｎｍで、酸化物被膜の厚さが４ｎｍの構造を有していた。

コアシェル型軟磁性体粉末とポリビニルブチラール樹脂（有機結合剤）とを体積比で６０：４０の割合で混合し、この混合物を粉体プレスにより直径２ｍｍ×４０ｍｍの円柱状に成形した後、キュア処理して樹脂を固化させた。この円柱状磁性体にエポキシ樹脂を塗布した後、ＰＴＦＥ製熱収縮チューブ（内径２．４１ｍｍ×外径３．０１ｍｍ）に挿入し、１２０℃×６０分の条件で熱処理することによって、直径３．０１ｍｍ×４０ｍｍの円柱状磁心を作製した。この磁心に直径０．５ｍｍのポリウレタン線を巻回（直巻き／１５ターン程度）してコイルアンテナとした。コイルアンテナの構成を表１に示す。

（実施例２）
絶縁チューブをＰＦＡ製熱収縮チューブに代える以外は、実施例１と同様にしてコイルアンテナを作製した。コイルアンテナの構成を表１に示す。

（実施例３）
実施例１で作製した円柱状磁性体を、液晶ポリマー製ボビン（肉厚０．２ｍｍ）に挿入した後、ボビン上に巻線を施してコイルアンテナを作製した。なお、巻線の種類やターン数は実施例１と同一とした。コイルアンテナの構成を表１に示す。

（実施例４）
高周波誘導熱プラズマ装置のチャンバ内に、プラズマ発生用ガスとしてアルゴンを４０Ｌ／分で導入してプラズマを発生させた。このチャンバ内のプラズマに、平均粒径が１０μｍのＦｅ粉末と平均粒径が１０μｍのＣｏ粉末と平均粒径が３μｍのＡｌ粉末とを、ＦｅとＣｏとＡｌとの比率が質量比で７０：３０：１０になるようにアルゴン（キャリアガス）と共に３Ｌ／分で噴射した。同時に、チャンバ内に炭素被覆の原料としてアセチレンガスをキャリアガスと共に導入した。このようにして、ＦｅＣｏＡｌ合金粒子を炭素で被覆したナノ粒子を得た。

炭素で被覆したＦｅＣｏＡｌ合金のナノ粒子を５００ｍＬ／分の水素フロー下で、６５０℃にて還元処理し、室温まで冷却した後、酸素を０．１体積％含むアルゴン雰囲気中に取り出して酸化することによって、コアシェル型軟磁性体粉末を製造した。得られたコアシェル型軟磁性体粉末は、コアである軟磁性体粉末の平均粒径が１８ｎｍで、酸化物被膜の厚さが２．５ｎｍの構造を有していた。軟磁性体粉末はＦｅ−Ｃｏ−Ａｌ−Ｃで構成されており、酸化物被膜はＦｅ−Ｃｏ−Ａｌ−Ｏで構成されていた。

コアシェル型軟磁性体粉末とポリビニルブチラール樹脂（有機結合剤）とを体積比で４０：６０の割合で混合し、この混合物を粉体プレスにより直径２ｍｍ×４０ｍｍの円柱状に成形した後、キュア処理して樹脂を固化させた。この円柱状磁性体にエポキシ樹脂を塗布した後、１２０℃で熱処理することによって、直径２．１ｍｍ×長さ４０ｍｍの円柱状磁心を作製した。この磁心に幅１ｍｍ×厚さ０．２ｍｍの金属箔状Ｃｕ線を巻回（１２ターン程度）してコイルアンテナとした。コイルアンテナの構成を表１に示す。

（実施例５、６）
ＰＴＦＥ製熱収縮チューブ（実施例５、６）を用いて、実施例４と同様なコイルアンテナを作製した。コイルアンテナの構成を表１に示す。

（実施例７）
実施例４で作製した円柱状磁性体を、液晶ポリマー製ボビン（肉厚０．２ｍｍ）に挿入した後、ボビン上に巻線を施してコイルアンテナを作製した。なお、巻線の種類やターン数は実施例４と同一とした。コイルアンテナの構成を表１に示す。

（比較例１）
実施例１における円柱状磁性体の形状を高さ２ｍｍ×長さ４０ｍｍの直方体とし、この直方体状磁性体に巻線を施してコイルアンテナを作製した。なお、巻線の種類やターン数は実施例１と同一とした。

（比較例２）
比較例１の直方体状磁性体を熱収縮チューブに挿入し、これに熱収縮処理を施した後に巻線を施してコイルアンテナを作製した。巻線処理は比較例１と同様とした。

（比較例３）
実施例１の円柱状磁性体を絶縁チューブで覆うことなく、円柱状磁性体に直接巻線処理を施してコイルアンテナを作製した。巻線処理は実施例１と同様とした。

（比較例４）
実施例１の円柱状磁性体を絶縁シート（フィルム）で覆った後に、巻線処理を施してコイルアンテナを作製した。巻線処理は実施例１と同様とした。

実施例１〜７および比較例１〜４に係るコイルアンテナについて、円柱状磁心の表面とコイル（巻線）との間の平均距離と、円柱状磁心の中心軸とコイル（巻線）との間の距離の最大値と最小値との差を測定した。さらに、各コイルアンテナのアンテナ特性として放射効率を測定した。これらの結果を表２に示す。放射効率はダイポールアンテナと比較した値（単位：ｄＢ）として示している。

ダイポールアンテナとしては、同軸ケーブルの中心線（中心導体）と網線（外部導体）を、それぞれ長さ１５ｃｍの銅線（直径２ｍｍ）で引き出して、全長３０ｃｍの長さにしたものを用いた。引き出した銅線をアンテナ素子（エレメント）と呼ぶ。空間中に電界があると、アンテナ素子の両端に電位差が生じ、電波が同軸ケーブルの中に流れていくことになる。アンテナ素子を１５ｃｍ×２本で全長３０ｃｍとしたのは、受信したい電波を５００ＭＨｚに設定し、波長５００ＭＨｚの半分（λ／２）の値に基づく。アンテナ素子の全長は、アンテナ全長＝λ／２＝３００／ＦＲＥＱ／２［ｍ］、周波数：ＦＲＥＱ［ＭＨｚ］により求めることができる。

まず、ダイポールアンテナ（標準アンテナ）を地上デジタルチューナ等の電子機器に接続して全方位角の受信強度を測定する。このとき、標準アンテナと対向するアンテナは水平、垂直偏波を測定するものとする。次に、標準アンテナを測定するアンテナ（実施例および比較例）に置き換えて、全方位角の受信強度を測定する。そして、各例のアンテナの放射電力と標準アンテナの放射電力の比を放射効率とする。

このような方法によって、５００ＭＨｚの周波数についての放射効率を測定した。測定にあたっては、各例のコイルアンテナを１０個用意して測定し、その最小値に基づいて、５００ＭＨｚで利得が−１０ｄＢ以上のものを［○（良好）］、−１２ｄＢ以上−１０ｄＢ未満を［△（普通）］、−１２ｄＢ未満を［×（不満）］とした。

表２から明らかなように、実施例１〜７のコイルアンテナはいずれも優れたアンテナ特性を有している。一方、比較例１は角柱状の磁心に直接巻回しているため、磁性体近傍での電磁界集中により磁性体近傍の導体内で大きな損失が生じ、その結果として特性が低下した。比較例２は熱収縮チューブを被せているが、角柱状磁心の中心軸と巻線との間の距離が不均一であるため、電気特性長の短縮効果にばらつきが生じ、また導体箇所に一部不連続が発生して高周波電流が集中するため、アンテナ特性が低下した。

比較例３は円柱状磁心に直接巻線を施したものであり、磁性体近傍での電磁界集中により磁性体近傍の導体内で大きな損失が生じ、その結果として特性が低下した。比較例４は円柱状磁性体に絶縁シートを巻回したものであるため、フィルム巻回時に加わるテンション等で不均一な隙間が生じ、またフィルム端部の重なる部分において段差が生じる。このため、巻線と磁心間距離が不均一となって電気特性長の短縮効果にバラツキが生じ、また導体箇所に一部不連続が発生して高周波電流が集中するため、アンテナ特性が低下した。

なお、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…コイルアンテナ、２…円柱状磁性体、３…絶縁体、４…円柱状磁心、５…巻線、６…円柱状ボビン、７…平坦部。

Claims (15)

1. 軟磁性体粉末と有機結合剤との混合物からなる円柱状磁性体と、前記円柱状磁性体の表面を覆う絶縁体とを備える円柱状磁心と、
   前記円柱状磁心に巻回された巻線と
   を具備することを特徴とするコイルアンテナ。
2. 請求項１記載のコイルアンテナにおいて、
   さらに、前記円柱状磁心の外周に装着された円柱状ボビンを具備し、前記巻線は前記円柱状ボビン上に巻回されていることを特徴とするコイルアンテナ。
3. 請求項１記載のコイルアンテナにおいて、
   前記軟磁性体粉末は、鉄アルミシリコン合金、鉄ニッケル合金、鉄ニッケルパーマロイ合金、鉄コバルト合金、鉄コバルトシリコン合金、鉄シリコンバナジウム合金、鉄コバルトボロン合金、コバルト基アモルフアス合金、鉄基アモルフアス合金、カルボニル鉄、および純鉄から選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とするコイルアンテナ。
4. 請求項１記載のコイルアンテナにおいて、
   前記軟磁性体粉末の表面に、窒化物、炭化物、および酸化物から選ばれる少なくとも１種からなる被膜が設けられていることを特徴とするコイルアンテナ。
5. 請求項１記載のコイルアンテナにおいて、
   前記磁性体粉末の平均粒径が１０ｎｍ以上１μｍ以下の範囲であることを特徴とするコイルアンテナ。
6. 請求項１記載のコイルアンテナにおいて、
   前記絶縁体の少なくとも一部として熱収縮チューブが用いられていることを特徴とするコイルアンテナ。
7. 請求項６記載のコイルアンテナにおいて、
   前記熱収縮チューブは、ポリテトラフルオロエチレン、テトラフルオロエチレン−ペルフルオロアルコキシエチレン共重合体、ペルフルオロエチレン−ペルフルオロプロピレン共重合体、ポリオレフィン、ポリフッ化ビニリデン、ナイロンエラストマー、およびシリコーンゴムから選ばれる少なくとも１種からなることを特徴とするコイルアンテナ。
8. 請求項１記載のコイルアンテナにおいて、
   前記絶縁体の厚さが０．０５ｍｍ以上あることを特徴とするコイルアンテナ。
9. 請求項１記載のコイルアンテナにおいて、
   前記絶縁体の厚さが０．２ｍｍ以上あることを特徴とするコイルアンテナ。
10. 請求項１記載のコイルアンテナにおいて、
    前記絶縁体の厚さが０．８５ｍｍ以下あることを特徴とするコイルアンテナ。
11. 請求項１記載のコイルアンテナにおいて、
    前記円柱状磁心の少なくとも一方の端部に、前記巻線を止める平坦部が設けられていることを特徴とするコイルアンテナ。
12. 請求項１記載のコイルアンテナにおいて、
    １００ＭＨｚ以上の無線信号アンテナに用いられることを特徴とするコイルアンテナ。
13. 請求項１記載のコイルアンテナを具備することを特徴とする電子機器。
14. 請求項１３記載の電子機器において、
    前記コイルアンテナは１００ＭＨｚ以上の無線信号アンテナであることを特徴とするコイルアンテナ。
15. 請求項１３記載の電子機器において、
    無線ＬＡＮ用電子機器、地上デジタル放送用電子機器、または携帯通信用電子機器であることを特徴とする電子機器。

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