KR20120035219A - 코일 안테나와 그것을 사용한 전자 기기 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시형태에 따르면, 원기둥 형상 자심(4)과, 원기둥 형상 자심(4)에 권회된 권선(5)을 구비하는 코일 안테나(1)가 제공된다. 원기둥 형상 자심(4)은, 연자성체 분말과 유기 결합제의 혼합물로 이루어지는 원기둥 형상 자성체(2)와, 원기둥 형상 자성체(2)의 표면을 덮는 절연체(3)를 구비한다.
Description
본 발명의 실시형태는 코일 안테나와 그것을 사용한 전자 기기에 관한 것이다.
전파의 파장을 단축하기 위해서 사용되는 자성체나 유전체는, 투자율이나 유전율이 높을수록 효과적이다. 유전체 세라믹(비자성 재료)을 사용한 파장 단축은 종래부터 시도되고 있지만, 대역이 좁아지기 때문에 충분한 감도를 유지하면서 소형화하는 것은 실현되지 않았다. 예를 들어, 지상 디지털 방송과 같이 100MHz 내지 1GHz의 주파수대를 사용하는 정보 통신에 있어서는, 외장형 안테나가 필요하다. 따라서, 이 주파수대의 파장을 단축하기 위해서, 투자율이 높은 자성 재료의 둘레에 코일 엘리먼트를 권회하고, 전파 특성 길이(characteristic length)의 단축 효과에 의해 소형이면서 수신 감도가 우수한 안테나가 요구되고 있다.
또한, 통신 정보의 급증에 따라 전자통신 기기의 소형화나 경량화가 도모되고 있고, 이로 인해 전자통신 기기에 탑재되는 전자 부품의 소형화나 경량화가 요구되고 있다. 현재의 휴대 통신 단말기에서 정보 전파에 사용되고 있는 전파의 주파수 대역은 100MHz 이상의 고주파 영역이다. 휴대 이동체 통신이나 위성 통신에서는 GHz대의 고주파 영역의 전파가 사용되고 있다. 이로 인해, 고주파 영역에서 유용한 전자 부품이 주목받고 있다.
고주파 영역의 전파에 대응하기 위해서, 전자 부품은 에너지 손실이나 전송 손실이 작고, 전기 특성 길이를 유효하게 단축시키는 것이 요구되고 있다. 예를 들어, 휴대 통신 단말기에 불가결한 안테나 디바이스에서는, 수신 과정에서 도체 및 재료의 손실이 발생한다. 이 손실은 수신 감도를 떨어뜨리는 원인이 된다. 한편, 전자 부품에 대한 소형화나 경량화에 대한 요구가 고조됨에 따라, 안테나 디바이스는 손실을 억제하여 수신 감도를 유지한 채 소형화되는 것이 요구되고 있다. 이로 인해, 유전체 세라믹스나 자성체를 사용한 안테나 디바이스가 개발되어, 소형화나 공간 절약화가 가능하게 되었다.
예를 들어, 지상 디지털 방송용 코일 안테나로서는, 직육면체로 이루어진 유전체(또는 자성체)에 권선을 실시한 것이 알려져 있다(특허문헌 1 참조). 전파 시계용 안테나로서는, 직육면체의 자성체 주위를 열수축 튜브로 절연하고, 그 위에 권선을 실시한 코일 안테나(특허문헌 2 참조)나, 자성체 분말을 수지로 굳힌 직육면체의 코어 주위에 코일을 권회한 안테나(특허문헌 3 참조)가 알려져 있다. 안테나용 자성체 분말에 대해서는, 예를 들어 평균 입경이 1㎛ 이하인 미세 자성 분말을 사용함으로써, 고주파에서의 투자율을 제어하는 것이 알려져 있다(특허문헌 4 참조).
그러나, 유전체 세라믹스를 사용한 안테나는 대역이 좁아져, 필요한 대역 내에서 충분한 감도를 유지할 수 없기 때문에, 보조적인 안테나 디바이스로서 사용되고 있는 것이 현 상황이다. 연자성 분말을 유기 결합제로 굳힌 자성체를 사용한 안테나에서는, 자성체의 자기 특성 때문에 고주파 대역에서의 손실을 충분히 저감할 수 없다. 또한, 직육면체인 자성체 상에 코일을 권회하고 있기 때문에, 코일이 직각으로 구부러진 부분에 고주파 전류가 집중되고, 또한 자성체와 코일의 거리가 일정하지 않게 되므로, 수신 감도 특성을 충분히 얻을 수 없다. 이로 인해, 광대역에서의 수신 감도를 향상시킨 코일 안테나가 요구되고 있다.
본 발명의 목적은, 광대역에서의 수신 감도를 향상시킨 코일 안테나와, 그것을 사용한 전자 기기를 제공하는 것에 있다.
실시형태의 코일 안테나는, 연자성체 분말과 유기 결합제의 혼합물로 이루어지는 원기둥 형상 자성체와, 상기 원기둥 형상 자성체의 표면을 덮는 절연체를 구비하는 원기둥 형상 자심과, 상기 원기둥 형상 자심에 권회된 권선을 구비하고 있다. 또한, 실시형태의 전자 기기는 상기한 실시형태의 코일 안테나를 구비하고 있다.
도 1은 제1 실시형태의 코일 안테나를 도시하는 사시도이다.
도 2는 제2 실시형태의 코일 안테나를 도시하는 사시도이다.
도 3은 제3 실시형태의 코일 안테나를 도시하는 사시도이다.
도 2는 제2 실시형태의 코일 안테나를 도시하는 사시도이다.
도 3은 제3 실시형태의 코일 안테나를 도시하는 사시도이다.
이하, 실시형태의 코일 안테나에 대해서, 도면에 기초하여 설명한다. 도 1은 제1 실시형태에 의한 코일 안테나를 도시하는 사시도, 도 2는 제2 실시형태에 의한 코일 안테나를 도시하는 사시도, 도 3은 제3 실시형태에 의한 코일 안테나를 도시하는 사시도이다. 이들 도면에 있어서, 참조 부호 1은 코일 안테나, 참조 부호 2는 원기둥 형상 자성체, 참조 부호 3은 절연체, 참조 부호 4는 원기둥 형상 자심, 참조 부호 5는 권선, 참조 부호 6은 원기둥 형상 보빈, 참조 부호 7은 평탄부이다.
원기둥 형상 자성체(2)는 연자성체 분말과 유기 결합제의 혼합물로 이루어지고, 이 혼합물을 원기둥 형상으로 성형한 것이다. 원기둥 형상 자성체(2)의 표면은 절연체(3)로 덮여져 있다. 원기둥 형상 자심(4)은 원기둥 형상 자성체(2)와 그 표면을 덮는 절연체(3)를 구비하고 있다. 제1 실시형태에 의한 코일 안테나(1)는, 원기둥 형상 자성체(2)를 절연체(3)로 덮은 원기둥 형상 자심(4)에 권선(5)을 실시한 것이다. 제2 실시형태에 의한 코일 안테나(1)는, 또한 원기둥 형상 자심(4)의 외주에 장착한 원기둥 형상 보빈(6)을 구비하고 있다. 제2 실시형태에 의한 코일 안테나(1)에 있어서, 권선(5)은 원기둥 형상 보빈(6) 상에 권회되어 있다.
원기둥 형상 자성체(2)를 구성하는 연자성체 분말은, 고주파 영역에서의 투자율이 큰 자성 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 연자성체 분말은 철 알루미늄 실리콘 합금(센더스트), 철 니켈 합금(퍼멀로이), 철 니켈 퍼멀로이 합금(몰리브덴 퍼멀로이), 철 코발트 합금, 철 코발트 실리콘 합금, 철 실리콘 바나듐 합금, 철 코발트 붕소 합금, 코발트기 아몰퍼스 합금, 철기 아몰퍼스 합금, 카르보닐 철 및 순철 중에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 것이 바람직하다.
연자성체 분말은 그 표면을 피막으로 덮은 코어쉘 구조를 갖는 것이어도 좋다. 피막은 질화물, 탄화물 및 산화물 중에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 것이 바람직하다. 피막의 구성 재료로서는 Al, Si, Mg, Ca, Sr, Ba, Ti, Zr, Hf, Zn, Mn 및 희토류 원소 중에서 선택되는 적어도 1종의 금속을 포함하는 산화물, AlN, Si3N4, SiC 등을 들 수 있다. 피막은 연자성체 분말의 표면을 직접 질화 처리, 탄화 처리 또는 산화 처리해서 형성한 것이어도 좋다.
이와 같이, 연자성체 분말의 표면을 피막으로 덮음으로써, 연자성체 분말의 열화를 억제할 수 있다. 질화물, 탄화물, 산화물 등으로 이루어지는 피막 대신에, 수지 피막이나 Ni 도금막 등의 내식성이 우수한 금속 피막을 적용해도 좋다. 수지 피막은, 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 폴리비닐부티랄, 폴리우레탄, 셀룰로오스계 수지, 아크릴니트릴-부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 에폭시 수지, 페놀 수지, ABS 수지, 아미드계 수지, 이미드계 수지, 혹은 그것들의 공중합체로 이루어지는 것이 바람직하다.
어떤 피막을 사용하는 경우라도 피막의 두께는 1㎚ 이상 100㎚ 이하의 범위인 것이 바람직하다. 특히, 연자성체 분말의 평균 입경이 10㎚ 이상 100㎚ 미만인 미분말의 경우에는, 피막의 두께는 얇은 것이 바람직하고, 특히 1㎚ 이상 7㎚ 이하의 범위인 것이 바람직하다. 피막을 구비한 연자성체 분말을 코어쉘형 연자성체 분말이라고 부른다.
연자성체 분말의 평균 입경은 특별히 한정되는 것은 아니나, 10㎚ 이상 1㎛ 이하의 범위인 것이 바람직하다. 평균 입경이 10㎚ 미만인 연자성체 분말은 제조가 어렵다. 연자성체 분말의 평균 입경이 1㎛를 초과하면, 안테나의 고주파 특성이 저하한다. 코일 안테나(1)를 100MHz 이상의 무선 신호 안테나로서 사용하는 경우, 연자성체 분말의 평균 입경은 100㎚ 이하가 바람직하다. 코일 안테나(1)를 1GHz 이상의 무선 신호 안테나로서 사용하는 경우, 연자성체 분말의 평균 입경은 50㎚ 미만이 바람직하다.
미분말 형상의 연자성체 분말로서는, 예를 들어 니켈, 코발트, 철의 옥살산염 등의 유기산염을 열 분해하여 얻은 미세한 산화물을 수소로 저온 환원해서 얻어진 니켈분, 코발트분, 철분 등이나, 황산제1철 용액을 중화해서 얻은 미세한 철분 등을 들 수 있다. 다른 방법으로서는, 니켈, 코발트, 철 등의 금속을 감압화로 가열 증발시켜, 기상에서 응고시켜서 니켈분, 코발트분, 철분 등을 얻는 방법을 들 수 있다. 이들 방법은 니켈, 코발트, 철 등의 미분말에 한하지 않고, 그들의 합금이나, 또한 Al이나, Si 등의 산화물의 표준 생성 깁스 에너지가 작은 금속을 첨가한 합금에도 적용 가능하다.
연자성체 분말은 용액 중에서 환원한 미분말이어도 좋고, 예를 들어 니켈이나 코발트의 암모니아 착이온을 포함하는 용액을 고온, 고압에서 수소 환원하여 얻어지는 니켈분이나 코발트분 등을 들 수 있다. 또한, 니켈 카르보닐(Ni(CO)4)이나 철 카르보닐(Fe(CO)5)을 열 분해해서 얻어진 카르보닐 니켈분이나 카르보닐 철분 등이어도 좋다. 평균 입경이 100㎚ 미만인 분말은 지극히 미세하기 때문에, 전술한 피막을 보호층으로서 형성하고, 연자성체 분말의 산화 등에 의한 열화를 방지하는 것이 바람직하다.
연자성체 분말을 결합하는 유기 결합제는 특별히 한정되는 것은 아니나, 폴리에스테르, 폴리염화비닐, 폴리비닐부티랄, 폴리우레탄, 셀룰로오스계 수지, 아크릴니트릴-부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무나 그것들의 공중합체 등의 열가소성 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 아미드계 수지, 이미드계 수지 등의 열경화성 수지, 혹은 유기계 난연제인 할로겐화물, 브롬화 중합체 등이 예시된다. 이것들은 1종으로 사용해도 좋고, 2종 이상을 혼합하여 사용해도 좋다.
원기둥 형상 자성체(2)는, 상술한 연자성체 분체와 유기 결합제의 혼합물을 원기둥 형상으로 성형한 것이다. 원기둥 형상 자성체(2)는 경화시킨 상태이어도 좋고, 유연성이 있는 상태이어도 좋다. 유기 결합제로서 열경화성 수지를 사용한 경우, 연자성체 분체와 유기 결합제의 혼합물을 원기둥 형상으로 성형한 후에 열처리를 실시함으로써, 경화시킨 원기둥 형상 자성체(2)로 할 수 있다. 유기 결합제로서 고무계의 재료를 사용한 경우, 유연성을 갖는 원기둥 형상 자성체(2)로 할 수 있다. 원기둥 형상 자성체(2)는 진원체(眞圓體)가 바람직한데, 타원체이어도 좋다.
원기둥 형상 자심(4)은, 절연체(3)로 덮인 원기둥 형상 자성체(2)를 구비하고 있다. 원기둥 형상 자심(4)의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니나, 직경이 1 내지 5㎜, 길이가 10 내지 100㎜ 정도인 것이 바람직하다. 이 크기보다 작으면 안테나 특성이 불충분해질 우려가 있고, 이것보다 크면 안테나가 너무 커서 소형화나 박형화에 적합하지 않다. 절연체(3)로서는, 예를 들어 절연 튜브가 사용된다. 절연체(3)는 적어도 일부에 열수축성 수지나 열수축 튜브를 사용하는 것이 바람직하다. 절연체(3)는 모두 열수축성 수지나 열수축 튜브로 형성되어 있는 것이 바람직하고, 이에 의해 절연체(3)의 두께를 일정하게 할 수 있다.
원기둥 형상 자성체(2)를 보호하는 절연체(3)에는, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리올레핀, 불소 엘라스토머, 논할로겐 수지, 폴리염화비닐, 불소 수지, 에폭시 수지, 실리콘 고무, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리에스테르 등이 사용된다. 절연체(3)는 절연성 및 내후성이 우수한 재료로 형성하는 것이 바람직하다. 절연체(3)는 적어도 권선을 실시하는 부분에 형성된다.
열수축 튜브의 재질로서는, 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE), 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알콕시에틸렌 공중합체(PFA), 퍼플루오로에틸렌-퍼플루오로프로필렌 공중합체, 폴리올레핀, 폴리불화비닐리덴, 나일론엘라스토머 및 실리콘 고무 중에서 선택되는 적어도 1종을 들 수 있다. 열수축 튜브는 60 내지 180℃의 온도로 열수축하는 것이 바람직하다. 열수축 튜브의 열수축 온도가 60℃ 미만이면 취급이 어렵고, 180℃를 초과하면 연자성체 분말이나 유기 결합제에 악영향을 미칠 우려가 있다.
열수축성 수지를 사용하는 경우에는, 열수축성 수지를 원기둥 형상 자성체(2)의 표면에 도포한 후, 열처리해서 열수축성 수지의 도포층을 열수축시킨다. 열수축 튜브를 사용하는 경우에는, 열수축 튜브에 원기둥 형상 자성체(2)를 삽입한 후, 열처리해서 열수축 튜브를 열수축시킨다. 열수축성 수지나 열수축 튜브는 절연체(3)로서 사용되는 것인데, 이것과는 별도로 원기둥 형상 자성체(2)의 표면에 절연 수지를 도포하고, 그 위에 열수축 튜브를 씌워도 좋다. 이러한 경우에도 열수축 튜브를 열처리해서 수축시킴으로써 원기둥 형상 자성체(2)와 절연체(3)를 일체화시킬 수 있다.
절연 튜브 등으로 이루어지는 절연체(3)의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니나, 0.05㎜ 이상인 것이 바람직하다. 절연체(3)의 두께가 0.05㎜ 미만이면 균일한 절연막을 형성하는 것이 어렵다. 균일한 절연막을 형성하기 쉽게 하기 위해 절연체(3)의 두께는 0.2㎜ 이상이 바람직하다. 절연체(3)의 두께의 상한은 특별히 한정되지 않지만, 0.85㎜ 이하인 것이 바람직하다. 절연체(3)의 두께가 0.85㎜를 초과하면 원기둥 형상 자성체(2)와 권선(5)의 거리가 너무 이격되어 버리기 때문에, 코일 안테나(1)의 안테나 특성이 저하될 우려가 있다. 열수축 수지나 열수축 튜브 등의 열수축성 재료를 사용한 경우, 절연체(3)의 두께는 열수축 후의 두께를 나타내는 것으로 한다.
절연 튜브는 열수축 성능을 갖지 않는 재료로 형성하는 것도 가능하다. 이러한 경우에는, 절연 튜브의 내경과 원기둥 형상 자성체(2) 외경의 크기를 맞춘 후에, 원기둥 형상 자성체(2)를 절연 튜브에 삽입한다. 원기둥 형상 자성체(2)와 절연 튜브의 사이에 간극이 발생하는 경우에는, 필요에 따라 간극에 수지를 충전하는 것도 유효하다.
원기둥 형상 자심(4)에는 권선(5)이 실시되어 있고, 이에 의해 코일 안테나(1)가 구성되어 있다. 제1 실시형태에 의한 코일 안테나(1)는, 원기둥 형상 자성체(2)의 표면을 절연 튜브 등에 의한 절연체(3)로 덮은 후, 절연체(3) 상에 권선(5)을 형성한 것이다. 제2 실시형태에 의한 코일 안테나(1)는, 원기둥 형상 자심(4)을 원기둥 형상 보빈(5)에 삽입한 후, 보빈(5) 상에 권선(5)을 형성한 것이다. 이 경우, 원기둥 형상 자성체(2)를 원기둥 형상 보빈(5)에 삽입함으로써, 코일 안테나(1)를 구성하는 것도 가능하다.
권선(5)으로서는 금속선이나 금속박 등을 사용할 수 있다. 권선(5)은 그 표면에 절연 피막을 갖는 것이어도 좋다. 권선(5)의 크기는 임의인데, 직경 1㎜ 이하인 금속선, 혹은 폭이 2㎜ 이하이고, 두께가 0.5㎜ 이하인 금속박이 바람직하다. 권선(5)의 크기가 상기 값을 초과하면, 원기둥 형상 자심(4)에 권회할 때, 권선(5)의 스프링백이 커지고, 원기둥 형상 자심(4)과 권선(5)의 거리를 일정하게 유지하기 어려워진다. 이러한 경우에는, 권선 후에 수지 코팅을 실시하는 것이 유효하다.
원기둥 형상 보빈(5)은 원기둥 형상 자심(4)이 삽입되는 원기둥 형상의 공동부(空洞部)를 갖는다. 또한, 원기둥 형상 보빈(5)의 외형에 대해서도, 원기둥 형상 자심(4)과 같은 원기둥 형상인 것이 바람직하다. 원기둥 형상 보빈(5)의 형성 재료로서는, 액정 중합체(LCP)나 ABS 수지 등의 절연 수지(공업용 플라스틱)를 사용하는 것이 바람직하다. 원기둥 형상 보빈(5)의 두께는 0.1 내지 0.5㎜의 범위인 것이 바람직하다. 원기둥 형상 보빈(5)의 두께가 0.1㎜ 미만이면 보빈(5)의 강도가 불충분해지기 쉽고, 0.5㎜를 초과하면 원기둥 형상 자심(2)과 권선(5)의 거리가 너무 이격되어버리므로 바람직하지 않다.
권선(5)의 선단을 고정할 필요가 있는 경우에는, 원기둥 형상 자심(4)의 단부에 평면부(7)를 형성하고, 권선(5)의 선단부를 평면부(7)에 고정하도록 해도 좋다. 도 3은 단부에 평면부(7)를 형성한 원기둥 형상 자심(4)의 일례를 나타내고 있다. 도시하지 않지만, 원기둥 형상 자심(4)의 길이 방향(원주면)에 직접 평탄부를 형성해도 좋다. 이러한 평면부를 형성하는 경우에는, 원기둥 형상 자심(4) 길이의 10％ 이하가 되도록 형성하는 것이 바람직하다.
이 실시형태의 코일 안테나(1)는, 권선(5)을 실시하는 부분이 원기둥 형상이기 때문에, 자성체(2)와 권선(5)의 거리를 대략 일정하게 할 수 있다. 종래의 코일 안테나와 같이, 자성체가 직육면체이면, 직육면체의 코너부와 평면부에서 자성체와 권선의 거리에 차이가 발생하기 때문에, 코일 부분에서 전자계 집중이 발생하여 와전류에 의한 손실이 발생한다. 그 결과, 안테나 특성이 저하한다. 원기둥 형상 자성체(2)를 사용함으로써, 자성체(2)와 권선(5)의 거리를 대략 일정하게 유지할 수 있기 때문에, 코일 부분에서의 와전류 발생을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 자성체(2)의 중심축과 권선(5) 거리의 최대값과 최소값의 차를 0.25㎜ 이하로 할 수 있다. 이에 의해, 안테나 특성을 향상시킬 수 있게 된다.
상술한 코일 안테나(1)에 의하면, 안테나 특성, 특히 전기 특성 길이의 단축 효과를 높일 수 있기 때문에, 예를 들어 100MHz 이상의 무선 신호 안테나에 적용하는 것이 가능하게 된다. 주파수의 상한은 자성체의 특성에 따라 다른데, 자성체의 투자율이 높으면 3GHz 정도까지 유효하다. 투자율이 3GHz 정도까지 유효한 자성체로서는, 전술한 철 알루미늄 실리콘 합금(센더스트), 철 니켈 합금(퍼멀로이), 철 니켈 퍼멀로이 합금(몰리브덴 퍼멀로이), 철 코발트 합금, 철 코발트 실리콘 합금, 철 실리콘 바나듐 합금, 철 코발트 붕소 합금, 코발트기 아몰퍼스 합금, 철기 아몰퍼스 합금, 카르보닐 철, 순철 등을 들 수 있다.
이 실시형태의 코일 안테나(1)는, 여러 가지 통신 기능을 갖는 전자 기기에 적용 가능하여, 안테나의 소형?박형화나 안테나 특성의 향상을 실현할 수 있다. 특히, 100MHz 이상의 고주파 영역에서 유효하기 때문에, 코일 안테나(1)는 무선 LAN용 전자 기기, 지상 디지털 방송용 전자 기기, 휴대 전화 등의 휴대 통신용 전자 기기의 안테나에 적합하다. 이러한 전자 기기에 코일 안테나(1)를 탑재함으로써, 수신 특성이나 그것에 기초하는 전자 기기의 특성을 향상시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 코일 안테나(1)는 연자성체 분말과 유기 결합제의 혼합물을 베이스재료로 하고 있으므로, 유연성이 있는 코일 안테나(1)를 제공할 수 있다. 이로 인해, 전자 기기에 안테나를 절곡해서 내장해야하는 경우에도, 파손 등의 문제 발생을 억제할 수 있다. 또한, 절곡한 경우에도 원기둥 형상 자심(4)과 권선(5)의 거리가 크게 변하지 않으므로, 안테나 특성을 양호하게 유지할 수 있다.
이어서, 본 실시형태의 코일 안테나(1)의 제조 방법에 대해서 설명한다. 코일 안테나(1)의 제조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니나, 효율적으로 얻기 위한 방법으로서 이하의 방법을 들 수 있다. 우선, 연자성체 분말을 준비한다. 연자성체 분말의 재질이나 입경은 요구되는 특성에 따라서 적절히 선택된다. 연자성체 분말을 유기 결합제와 혼합한다. 연자성체 분말과 유기 결합제의 혼합 비율은, 체적비로 [연자성체 분말/(연자성체 분말+유기 결합제)]×100(％)을 30 내지 70％의 범위로 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 연자성체 분말의 자기 특성을 살리면서, 강도가 강하고 취급성이 우수한 성형체를 얻을 수 있다.
이어서, 연자성체 분말과 유기 결합제의 혼합물을 원기둥 형상으로 성형해서 원기둥 형상 자성체(2)를 제조한다. 성형 방법으로는 금형 성형이나 압출 성형이 생산성이 우수하므로 바람직하다. 압출 성형의 경우에는 성형체를 필요한 크기로 절단한다. 또한, 유기 결합제가 열경화성 수지이면, 열처리(큐어)해서 성형체를 고화한다. 어떤 유기 결합제의 경우라도 충분히 고화시키고나서 다음 공정으로 이행한다. 또한 필요에 따라, 원기둥 형상 자성체(2)의 표면에 수지 피복을 실시하여, 원기둥 형상 자성체(2)의 강도를 향상시켜도 좋다.
계속해서, 원기둥 형상 자성체(2)의 표면을 절연체(3)로 덮음으로써, 원기둥 형상 자성체(2)를 절연한다. 절연체(3)로서 열수축 튜브를 사용하는 경우에는, 미리 소정의 길이로 절단한 열수축 튜브를 준비해 두고, 튜브 중에 원기둥 형상 자성체(2)를 삽입한다. 그 후, 열처리를 실시하여 튜브를 열수축시킴으로써 원기둥 형상 자심(4)을 제작한다. 열수축 튜브는 열수축 후에 원기둥 형상 자성체(2)의 선단부가 노출되지 않는 길이를 갖는 것이 바람직하다. 절연체(3)로서 열수축 성능을 갖지 않는 수지 튜브를 사용하는 경우에는, 튜브에 원기둥 형상 자성체(2)를 삽입한다. 간극이 형성된 경우에는 별도 수지를 충전해도 좋다.
제1 실시형태에 의한 코일 안테나(1)에 있어서는, 원기둥 형상 자심(4)에 권선(5)을 권회한다. 제2 실시형태에 의한 코일 안테나(1)에 있어서는, 예를 들어 미리 권선(5)을 실시한 보빈(6)에 원기둥 형상 자심(4)을 삽입한다. 권선(5)의 선단부를 고정할 필요가 있을 때, 제1 실시형태에 의한 코일 안테나(1)에서는, 예를 들어 원기둥 형상 자심(4)의 단부에 형성한 평면부(7)를 고정부로서 사용한다. 제2 실시형태에 의한 코일 안테나(1)이면, 보빈(6)의 단부에 평면부를 형성해 두고, 그러한 평면부를 고정부로서 사용한다. 고정 방법은 특별히 한정되지 않고 접착이나 용접 등이 적용된다. 또한, 원기둥 형상 자심(4)이나 원기둥 형상 보빈(6)에 권선(5)을 형성한 후에, 코일 안테나(1) 전체에 수지 피복을 실시해서 강도를 향상시켜도 좋다.
[실시예]
이어서, 실시예와 그 평가 결과에 대해서 설명한다.
(실시예 1)
고주파 유도 열 플라즈마 장치의 챔버 내에 플라즈마 발생용 가스로서 아르곤을 40L/분으로 도입하여 플라즈마를 발생시켰다. 이 챔버 내의 플라즈마에 평균 입경이 10㎛인 Fe 분말과 평균 입경이 3㎛인 Al 분말을, Fe와 Al의 비율이 질량비로 20 : 1이 되도록 아르곤(캐리어 가스)과 함께 3L/분으로 분사하였다. 동시에, 챔버 내에 탄소 피복의 원료로서 아세틸렌 가스를 캐리어 가스와 함께 도입하였다. 이와 같이 하여, FeAl 합금 입자를 탄소로 피복한 나노 입자를 얻었다.
탄소로 피복한 FeAl 합금의 나노 입자를 500mL/분의 수소 플로우 하, 600℃에서 환원 처리하고, 실온까지 냉각한 후, 산소를 0.1 체적％ 포함하는 아르곤 분위기 중에 취출하여 산화함으로써, 코어쉘형 연자성체 분말을 제조하였다. 얻어진 코어쉘형 연자성체 분말은, 코어인 연자성체 분말의 평균 입경이 32㎚이고, 산화물 피막의 두께가 4㎚인 구조를 갖고 있었다.
코어쉘형 연자성체 분말과 폴리비닐부티랄 수지(유기 결합제)를 체적비 60 : 40의 비율로 혼합하고, 이 혼합물을 분체 프레스에 의해 직경 2㎜×40㎜의 원기둥 형상으로 성형한 후, 큐어 처리해서 수지를 고화시켰다. 이 원기둥 형상 자성체에 에폭시 수지를 도포한 후, PTFE제 열수축 튜브(내경 2.41㎜×외경 3.01㎜)에 삽입하고, 120℃×60분의 조건에서 열처리함으로써, 직경 3.01㎜×40㎜의 원기둥 형상 자심을 제작하였다. 이 자심에 직경 0.5㎜의 폴리우레탄선을 권회(직권(直卷)/15턴 정도)하여 코일 안테나로 하였다. 코일 안테나의 구성을 표 1에 나타내었다.
(실시예 2)
절연 튜브를 PFA제 열수축 튜브로 바꾸는 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 하여 코일 안테나를 제작하였다. 코일 안테나의 구성을 표 1에 나타내었다.
(실시예 3)
실시예 1에서 제작한 원기둥 형상 자성체를, 액정 중합체제 보빈(두께 0.2㎜)에 삽입한 후, 보빈 상에 권선을 실시해서 코일 안테나를 제작하였다. 또한, 권선의 종류나 턴 수는 실시예 1과 동일하게 하였다. 코일 안테나의 구성을 표 1에 나타내었다.
(실시예 4)
고주파 유도열 플라즈마 장치의 챔버 내에, 플라즈마 발생용 가스로서 아르곤을 40L/분으로 도입하여 플라즈마를 발생시켰다. 이 챔버 내의 플라즈마에 평균 입경이 10㎛인 Fe 분말과 평균 입경이 10㎛인 Co 분말과 평균 입경이 3㎛인 Al 분말을, Fe와 Co와 Al의 비율이 질량비로 70 : 30 : 10이 되도록 아르곤(캐리어 가스)과 함께 3L/분으로 분사하였다. 동시에, 챔버 내에 탄소 피복의 원료로서 아세틸렌 가스를 캐리어 가스와 함께 도입하였다. 이와 같이 하여, FeCoAl 합금 입자를 탄소로 피복한 나노 입자를 얻었다.
탄소로 피복한 FeCoAl 합금의 나노 입자를 500mL/분의 수소 플로우 하, 650℃에서 환원 처리하고, 실온까지 냉각한 후, 산소를 0.1 체적％ 포함하는 아르곤 분위기 중에 취출하여 산화함으로써, 코어쉘형 연자성체 분말을 제조하였다. 얻어진 코어쉘형 연자성체 분말은, 코어인 연자성체 분말의 평균 입경이 18㎚이고, 산화물 피막의 두께가 2.5㎚인 구조를 갖고 있었다. 연자성체 분말은 Fe-Co-Al-C로 구성되어 있고, 산화물 피막은 Fe-Co-Al-O로 구성되어 있었다.
코어쉘형 연자성체 분말과 폴리비닐부티랄 수지(유기 결합제)를 체적비 40 : 60의 비율로 혼합하고, 이 혼합물을 분체 프레스에 의해 직경 2㎜×40㎜의 원기둥 형상으로 성형한 후, 큐어 처리해서 수지를 고화시켰다. 이 원기둥 형상 자성체에 에폭시 수지를 도포한 후, 120℃로 열처리함으로써, 직경 2.1㎜×길이 40㎜의 원기둥 형상 자심을 제작하였다. 이 자심에 폭 1㎜×두께 0.2㎜의 금속박 형상 Cu선을 권회(12턴 정도)하여 코일 안테나로 하였다. 코일 안테나의 구성을 표 1에 나타내었다.
(실시예 5, 6)
PTFE제 열수축 튜브(실시예 5, 6)를 사용하여, 실시예 4와 같은 코일 안테나를 제작하였다. 코일 안테나의 구성을 표 1에 나타내었다.
(실시예 7)
실시예 4에서 제작한 원기둥 형상 자성체를, 액정 중합체제 보빈(두께 0.2㎜)에 삽입한 후, 보빈 상에 권선을 실시해서 코일 안테나를 제작하였다. 또한, 권선의 종류나 턴 수는 실시예 4와 동일하게 하였다. 코일 안테나의 구성을 표 1에 나타내었다.
(비교예 1)
실시예 1에 있어서의 원기둥 형상 자성체의 형상을 높이 2㎜×길이 40㎜의 직육면체로 하고, 이 직육면체 형상 자성체에 권선을 실시하여 코일 안테나를 제작하였다. 또한, 권선의 종류나 턴 수는 실시예 1과 동일하게 하였다.
(비교예 2)
비교예 1의 직육면체 형상 자성체를 열수축 튜브에 삽입하고, 이것에 열수축 처리를 실시한 후에 권선을 실시하여 코일 안테나를 제작하였다. 권선 처리는 비교예 1과 마찬가지로 하였다.
(비교예 3)
실시예 1의 원기둥 형상 자성체를 절연 튜브로 덮지 않고, 원기둥 형상 자성체에 직접 권선 처리를 실시하여 코일 안테나를 제작하였다. 권선 처리는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.
(비교예 4)
실시예 1의 원기둥 형상 자성체를 절연 시트(필름)로 덮은 후에, 권선 처리를 실시하여 코일 안테나를 제작하였다. 권선 처리는 실시예 1과 마찬가지로 하였다.
실시예 1 내지 7 및 비교예 1 내지 4에 관한 코일 안테나에 대해서, 원기둥 형상 자심의 표면과 코일(권선) 사이의 평균 거리와, 원기둥 형상 자심의 중심축과 코일(권선) 사이 거리의 최대값과 최소값의 차를 측정하였다. 또한, 각 코일 안테나의 안테나 특성으로서 방사 효율을 측정하였다. 이들 결과를 표 2에 나타내었다. 방사 효율은 다이폴 안테나와 비교한 값(단위: dB)으로 나타내고 있다.
다이폴 안테나로서는 동축 케이블의 중심선(중심 도체)과 그물선(외부 도체)을, 각각 길이 15㎝의 동선(銅線)(직경 2㎜)으로 인출하여, 전체 길이 30㎝ 길이인 것을 사용하였다. 인출한 동선을 안테나 소자(엘리먼트)라고 부른다. 공간 중에 전계가 있으면, 안테나 소자의 양단부에 전위차가 발생하고, 전파가 동축 케이블 안으로 흘러들어 가게 된다. 안테나 소자를 15㎝×2개, 전체 길이 30㎝로 한 것은, 수신하고자 하는 전파를 500MHz로 설정하고, 파장 500MHz의 절반(λ/2)의 값에 기초한다. 안테나 소자의 전체 길이는, 안테나 전체 길이=λ/2=300/FREQ/2[m], 주파수: FREQ[MHz]에 의해 구할 수 있다.
우선, 다이폴 안테나(표준 안테나)를 지상 디지털 튜너 등의 전자 기기에 접속하여 전방위각의 수신 강도를 측정한다. 이때, 표준 안테나와 대향하는 안테나는 수평, 수직 편파를 측정하는 것으로 한다. 이어서, 표준 안테나를 측정하는 안테나(실시예 및 비교예)로 치환하고, 전방위각의 수신 강도를 측정한다. 그리고 각 예의 안테나의 방사 전력과 표준 안테나의 방사 전력의 비를 방사 효율로 한다.
이러한 방법에 의해, 500MHz의 주파수에 관한 방사 효율을 측정하였다. 측정에 있어서는, 각 예의 코일 안테나를 10개 준비해서 측정하고, 그 최소값에 기초하여, 500MHz에서 이득이 -10dB 이상인 것을 [○(양호)], -12dB 이상 -10dB 미만을 [△(보통)], -12dB 미만을 [×(불만)]로 하였다.
표 2로부터 명백해진 바와 같이, 실시예 1 내지 7의 코일 안테나는 모두 우수한 안테나 특성을 갖고 있다. 한편, 비교예 1은 각기둥 형상의 자심에 직접 권회하고 있기 때문에, 자성체 근방에서의 전자계 집중에 의해 자성체 근방의 도체 내에서 큰 손실이 발생하고, 그 결과로서 특성이 저하하였다. 비교예 2는 열수축 튜브를 씌웠지만, 각기둥 형상 자심의 중심축과 권선 사이의 거리가 불균일하기 때문에, 전기 특성 길이의 단축 효과에 편차가 발생하고, 또한 도체 개소에 일부 불연속이 발생하여 고주파 전류가 집중되므로, 안테나 특성이 저하하였다.
비교예 3은 원기둥 형상 자심에 직접 권선을 실시한 것이며, 자성체 근방에서의 전자계 집중에 의해 자성체 근방의 도체 내에서 큰 손실이 발생하고, 그 결과로서 특성이 저하하였다. 비교예 4는 원기둥 형상 자성체에 절연 시트를 권회한 것이기 때문에, 필름 권회 시에 가해지는 텐션 등으로 불균일한 간극이 발생하고,또한 필름 단부가 겹치는 부분에서 단차가 발생한다. 이로 인해, 권선과 자심 사이의 거리가 불균일해져서 전기 특성 길이의 단축 효과에 편차가 발생하고, 또한 도체 개소에 일부 불연속이 발생하여 고주파 전류가 집중되기 때문에, 안테나 특성이 저하하였다.
또한, 본 발명의 몇 가지 실시형태를 설명했는데, 이들 실시형태는 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것을 의도하고 있지 않다. 이들 신규 실시형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시할 수 있는 것이며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 함께, 특허 청구 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함된다.
1 : 코일 안테나
2 : 원기둥 형상 자성체
3 : 절연체
4 : 원기둥 형상 자심
5 : 권선
6 : 원기둥 형상 보빈
7 : 평탄부
2 : 원기둥 형상 자성체
3 : 절연체
4 : 원기둥 형상 자심
5 : 권선
6 : 원기둥 형상 보빈
7 : 평탄부
Claims (15)
- 코일 안테나로서,
연자성체 분말과 유기 결합제의 혼합물로 이루어지는 원기둥 형상 자성체와,
상기 원기둥 형상 자성체의 표면을 덮는 절연체를 구비하는 원기둥 형상 자심과,
상기 원기둥 형상 자심에 권회된 권선을 구비하는 것을 특징으로 하는 코일 안테나. - 제1항에 있어서,
상기 원기둥 형상 자심의 외주에 장착된 원기둥 형상 보빈을 더 구비하고, 상기 권선은 상기 원기둥 형상 보빈 상에 권회되어 있는 것을 특징으로 하는 코일 안테나. - 제1항에 있어서,
상기 연자성체 분말은, 철 알루미늄 실리콘 합금, 철 니켈 합금, 철 니켈 퍼멀로이 합금, 철 코발트 합금, 철 코발트 실리콘 합금, 철 실리콘 바나듐 합금, 철 코발트 붕소 합금, 코발트기 아몰퍼스 합금, 철기 아몰퍼스 합금, 카르보닐 철 및 순철 중에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 코일 안테나. - 제1항에 있어서,
상기 연자성체 분말의 표면에 질화물, 탄화물 및 산화물 중에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 피막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 코일 안테나. - 제1항에 있어서,
상기 자성체 분말의 평균 입경이 10㎚ 이상 1㎛ 이하의 범위인 것을 특징으로 하는 코일 안테나. - 제1항에 있어서,
상기 절연체의 적어도 일부로서 열수축 튜브가 사용되고 있는 것을 특징으로 하는 코일 안테나. - 제6항에 있어서,
상기 열수축 튜브는, 폴리테트라플루오로에틸렌, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알콕시에틸렌 공중합체, 퍼플루오로에틸렌-퍼플루오로프로필렌 공중합체, 폴리올레핀, 폴리불화비닐리덴, 나일론엘라스토머 및 실리콘 고무 중에서 선택되는 적어도 1종으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 코일 안테나. - 제1항에 있어서,
상기 절연체의 두께가 0.05㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 코일 안테나. - 제1항에 있어서,
상기 절연체의 두께가 0.2㎜ 이상인 것을 특징으로 하는 코일 안테나. - 제1항에 있어서,
상기 절연체의 두께가 0.85㎜ 이하인 것을 특징으로 하는 코일 안테나. - 제1항에 있어서,
상기 원기둥 형상 자심의 적어도 한쪽의 단부에, 상기 권선을 고정하는 평탄부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 코일 안테나. - 제1항에 있어서,
100MHz 이상의 무선 신호 안테나에 사용되는 것을 특징으로 하는 코일 안테나. - 제1항에 기재된 코일 안테나를 구비하는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
- 제13항에 있어서,
상기 코일 안테나는 100MHz 이상의 무선 신호 안테나인 것을 특징으로 하는 코일 안테나. - 제13항에 있어서,
무선 LAN용 전자 기기, 지상 디지털 방송용 전자 기기 또는 휴대 통신용 전자 기기인 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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