説明

アンテナ装置および通信端末機器

【課題】プリント配線板と共に通信端末機器の筐体に内蔵された場合であっても、筐体内の金属物との干渉を抑制し、必要な通信距離を確保できるアンテナ装置および通信端末機器を構成する。
【解決手段】フレキシブルコイル基板40は支持フィルム41とコイル導体42とで構成されている。コイル導体42は、巻回中心部がコイル開口部CWである渦巻き状のパターンを備えている。ブースターアンテナ50は、ブースター導体51、このブースター導体51の概略外縁の内側に存在する開口部51Hおよびこの開口部51Hと外縁とにつながるスリット部51Sとを有する。コイル導体42に電流が流れると、コイル導体42から生じる磁束がブースター導体51と結合してブースター導体51の周縁に沿って電流が流れ、磁界の放射エリアが広がる。磁性体シート52の外縁は平面視で、ブースター導体51の概略外縁とほぼ一致するように重なる。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、RFID(Radio Frequency Identification)システム用のアンテナ装置およびそれを備えた通信端末機器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
物品の管理システムとして、リーダ・ライタとRFIDタグとを非接触方式で通信し、これらの間で情報を伝達するRFIDシステムが利用されている。RFIDタグやリーダ・ライタは、無線信号を処理するためのRFICチップと無線信号を送受信するためのアンテナとで構成されている。さらに、近年はフェリカ(FeliCa:登録商標)やNFC(Near Field Communication)として、RFIDシステム用のアンテナ装置を備えた通信端末機器が利用されている。このような通信端末機器は、たとえば特許文献1に記載されている。
【0003】
図1は、特許文献1の携帯情報端末21とリーダ・ライタ間の近接時における通信の様子を示す図である。図1の例において、リーダ・ライタの送受信アンテナ部26から放射された電磁波のうち、一部の磁場Hが、端末本体22内のバッテリーパック25等の金属物による影響を受けて反射、吸収等による減衰作用を受ける。アンテナモジュール10の通信面CSよりも電磁波の入射側に金属層30が配置されている。この金属層30の表面に、外部磁場の印加で誘導電流(渦電流)が発生し、これに起因して生じた磁場H1が、アンテナモジュール10のアンテナコイル15に誘導電流を生じさせる。
【0004】
この例では、金属層30がアンテナコイル15の一部を覆うように、アンテナモジュール10に近接対向配置することにより、金属層30で発生した磁場成分H1を介してリーダ・ライタの送受信アンテナ部26とアンテナモジュール10のアンテナコイル15との間が誘導結合する。この構造によって、バッテリーパック等の金属物が近くに配置されていても、良好な通信状態を確保できる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2006−270681号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、多くの場合、通信端末機器の筐体にはプリント配線板が内蔵されていて、このプリント配線板には、半導体デバイスや積層セラミックコンデンサ等の実装部品が搭載されている。また、プリント配線板の表層や内層には引回し配線やグランド電極が設けられている。そのため、アンテナ装置が磁界を介してこれらの金属物と干渉し、アンテナの利得が低下して通信距離が短くなったり通信が不能になったりする条件が生じるおそれがあった。
【0007】
本発明は、上述した実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、プリント配線板と共に通信端末機器の筐体に内蔵された場合であっても、筐体内の金属物との干渉を抑制し、必要な通信距離を確保できるアンテナ装置および通信端末機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明のアンテナ装置は、通信端末機器の筐体内にプリント配線板と共に備えられるアンテナ装置であり、
コイル導体とブースターアンテナと磁性体シートとを備え、
前記コイル導体は、巻回中心部がコイル開口部であって、平面に沿って(ループ状または渦巻き状に)巻回されていて、
前記ブースターアンテナは、ブースター導体、このブースター導体の概略外縁の内側に存在する開口部およびこの開口部と外縁とにつながるスリット部を有し、前記開口部が前記コイル導体のコイル開口部と平面視で重なるように配置されていて、
前記磁性体シートは、前記ブースターアンテナおよび前記コイル導体と前記プリント配線板との間に配置され、前記ブースター導体の概略外縁と前記プリント配線板の外縁とを結ぶ範囲に達する広さを有する。
この構造により、プリント配線板と共に通信端末機器の筐体にアンテナ装置が内蔵された場合であっても、筐体内の金属物との干渉が抑制されて、アンテナ利得の低下が回避できる。
【0009】
前記コイル導体は前記ブースターアンテナとほぼ同サイズの支持部材で支持されていてもよい。そして、前記磁性体シートは、前記支持部材とほぼ同サイズであって、前記支持部材に直接的または間接的に貼り付けられていてもよい。
【0010】
この構造により、コイル導体の支持材とブースター導体とが貼り合わせ易く、且つ剥がれにくい。
【0011】
本発明の通信端末機器は、コイル導体、ブースターアンテナおよび磁性体シートを含むアンテナ装置と、このアンテナ装置とともにプリント配線板を内蔵する筐体を備えた通信端末機器であって、
前記コイル導体は、巻回中心部がコイル開口部であって、平面に沿って(ループ状または渦巻き状に)巻回されていて、
前記ブースターアンテナは、ブースター導体、このブースター導体の概略外縁の内側に存在する開口部およびこの開口部と外縁とにつながるスリット部を有し、前記開口部が前記コイル導体のコイル開口部と平面視で重なるように配置されていて、
前記磁性体シートは、前記ブースターアンテナおよび前記コイル導体と前記プリント配線板との間に配置され、前記ブースター導体の概略外縁と前記プリント配線板の外縁とを結ぶ範囲に達する広さを有する。
この構造により、アンテナ装置は筐体内の金属物とほとんど干渉することなく、必要な通信距離を確保できる。
【0012】
前記アンテナ装置は、たとえば前記筐体の上蓋部の内面に接着層を介して貼り付けられる。この構造により、アンテナ装置の支持固定構造が簡素化できる。また、プリント配線板の構造に実質的な制約がない。
【0013】
前記アンテナ装置は、たとえば前記プリント配線板の一辺の近傍に配置されて、前記ブースターアンテナの前記スリット部が前記プリント配線板の前記一辺に向かって延びている。この構造により、アンテナの指向方向をプリント配線板に対するスリット部の位置によって定めることができる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、プリント配線板と共に通信端末機器の筐体にアンテナ装置が内蔵された場合であっても、筐体内の金属物との干渉が抑制されて、アンテナ利得の低下が回避できる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図1】図1は、特許文献1の携帯情報端末21とリーダ・ライタ間の近接時における通信の様子を示す図である。
【図2】図2(A)は通信端末機器201の断面図、図2(B)は通信端末機器201の主要部の分解斜視図である。
【図3】図3はコイル導体42に流れる電流およびブースター導体51に流れる電流をそれぞれ示す図である。
【図4】図4(A)は第1の実施形態に係る通信端末機器におけるアンテナ装置101に生じる磁束とプリント配線板60との関係を示す図である。図4(B)はその比較例であるアンテナ装置101Pに生じる磁束とプリント配線板60との関係を示す図である。
【図5】図5はプリント配線板60のサイズがブースター導体51の概略外縁のサイズより大きい場合について示す断面図である。
【図6】図6は第1の実施形態に係るアンテナ装置の通信端末機器の筐体内での位置関係を示す図である。
【図7】図7は第2の実施形態に係る通信端末機器202の断面図である。
【図8】図8は第3の実施形態に係る通信端末機器203の断面図である。
【図9】図9は第4の実施形態に係る通信端末機器204の断面図である。
【図10】図10は第5の実施形態に係る通信端末機器205の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
《第1の実施形態》
第1の実施形態に係るアンテナ装置および通信端末機器について図2〜図4を参照して説明する。
図2(A)は通信端末機器201の断面図、図2(B)は通信端末機器201の主要部の分解斜視図である。この図2(B)に示すように、通信端末機器201は、ブースターアンテナ50、フレキシブルコイル基板40、磁性体シート52、およびプリント配線板60を備えている。
【0017】
フレキシブルコイル基板40は支持フィルム41とコイル導体42とで構成されている。コイル導体42は支持フィルム41の表面に形成されている。このコイル導体42のパターンは、巻回中心部がコイル開口部CWであり、渦巻き状に所定ターン数巻回されたパターンである。
【0018】
ブースターアンテナ50は、ブースター導体51、このブースター導体の概略外縁(この例では長方形)の内側に存在する開口部51Hおよびこの開口部51Hと外縁とにつながるスリット部51Sとを有する。このブースターアンテナ50は、開口部51Hおよびスリット部51Sを備える導体パターンをフレキシブルコイル基板40の支持フィルム41に形成したものである。ブースターアンテナ50は金属箔や金属板に開口部およびスリット部を打ち抜くことによって形成されたものであってもよい。
【0019】
フレキシブルコイル基板40とブースターアンテナ50の一方には、粘着層が形成されていて、この粘着層を介して両者が接合される。これ以外に両面接着シートを介してフレキシブルコイル基板40とブースターアンテナ50とを接合してもよい。
【0020】
磁性体シート52はたとえばシート状に成形したフェライトである。この磁性体シート52は単体の焼結フェライト板に限らず、焼結磁性体の両面を両面粘着シート及び保護用片面粘着シートでラミネートした後、焼結磁性体を複数の小片に分割したものを用いてもよい。また、焼結磁性体に限らず、フェライトと樹脂との複合体や金属磁性体であってもよい。
【0021】
フレキシブルコイル基板40は、開口部51Hがコイル導体42のコイル開口部CWと平面視で重なるようにブースターアンテナ50と重ねられる。
【0022】
前記磁性体シート52、フレキシブルコイル基板40、およびブースターアンテナ50によってアンテナ装置101が構成される。
【0023】
フレキシブルコイル基板40とブースター導体51の概略外縁とはほぼ同一サイズである。磁性体シート52はフレキシブルコイル基板40(支持フィルム41)とほぼ同サイズであって、支持フィルム41に貼り付けられている。具体的には、支持フィルム41の下面または磁性体シート52の上面に粘着層を備え、この粘着層を介して、磁性体シート52はフレキシブルコイル基板40に貼付される。これ以外に両面接着シートを介して磁性体シート52とフレキシブルコイル基板40とを接合してもよい。
【0024】
図2(A)に示すように、通信端末機器201は上部筐体71と下部筐体72を備えている。この上部筐体71と下部筐体72とで囲まれる空間内にアンテナ装置101およびプリント配線板60とが収納されている。
【0025】
プリント配線板60は、プリント配線板基材61、導体62および実装部品63で構成されている。すなわちプリント配線板基材61には配線やグランド電極等の導体62が形成されていて、プリント配線板60の表面には実装部品63が実装されている。
【0026】
アンテナ装置101は接着層53を介して上部筐体71の内面に貼着される。プリント配線板60は下部筐体72側に設けられる。
図2に示した例では、磁性体シート52はブースター導体51の概略外縁およびフレキシブルコイル基板40とほぼ同サイズである。そのため、平面視で、磁性体シート52の外縁はブースター導体51の概略外縁とほぼ一致するように重なる。
【0027】
フレキシブルコイル基板40にはコイル導体の両端に導通するパッド電極が形成されていて、プリント配線板60に設けられているピン端子がパッド電極に当接するように設けられている。必要に応じて磁性体シート52には、フレキシブルコイル基板のパッド電極の形成位置にピン端子が通る開口部を形成している。
【0028】
図3はコイル導体42に流れる電流およびブースター導体51に流れる電流をそれぞれ示す図である。但し、これらの電流は、コイル導体42、ブースターアンテナ50、磁性体シート52及びプリント配線板60を積層した状態での電流である。
【0029】
図3に示すように、コイル導体42に電流EC4が流れると、コイル導体42から生じる磁束がブースター導体51に鎖交しようとするので、その磁束を遮るようにブースター導体51に、コイル導体42に流れる電流の向きとは反対方向の電流EC5が生じる。開口部51Hの周囲に流れる電流は、スリット部51Sの周囲を通り、ブースター導体51の周縁に沿って流れる。ブースター導体51の周縁を沿って電流が流れることで、磁界の放射エリアが広がり、ブースター導体51は、磁界を増幅するブースターアンテナとして作用する。このように、コイル導体42とブースター導体51とは主として磁界を介して結合する。
【0030】
一方、磁性体シート52はブースターアンテナ50の開口部51H及びスリット部51Sの形成領域を覆う。そのため、開口部51Hの周囲及びスリット部51Sの両脇を流れる電流による磁束は、プリント配線板60に形成されている配線、グランド電極および実装部品に対してほとんど鎖交しない。換言すると、磁性体シート52は、ブースターアンテナ50の開口部51Hの周囲を流れる電流がグランド電極から見えないように隠している。そのため、開口部51Hの周囲及びスリット部51Sの両脇を流れる電流による誘導電流はグランド電極にほとんど流れない。
【0031】
図4(A)は第1の実施形態に係る通信端末機器におけるアンテナ装置101に生じる磁束とプリント配線板60との関係を示す図である。図4(B)はその比較例であるアンテナ装置101Pに生じる磁束とプリント配線板60との関係を示す図である。
【0032】
第1の実施形態に係る通信端末機器におけるアンテナ装置101によれば、図4(A)に示すように、ブースターアンテナの開口部51Hとブースター導体51の外側とを通る磁束φ(以下、「ブースター導体51の内外を回る磁束φ」という。)が生じる。磁性体シート52はブースター導体51の概略外縁とほぼ同サイズであるので、プリント配線板60側から見て磁性体シート52はブースター導体51を覆っている(磁気的に隠している)。ここで、プリント配線板60の幅をW1、磁性体シート52の幅をW2、ブースター導体51の概略外形の幅をW3で表すと、W3≒W2の関係にある。そのため、プリント配線板60上の実装部品63はブースター導体51の内外を回る磁束φとはほとんど結合しない。また、プリント配線板60の配線、グランド電極および実装部品についても、ブースター導体51の内外を回る磁束φがほとんど結合しない。なお、この例では、W3≒W2≒W1の関係でもある。
【0033】
これに対して、図4(B)に示すように、磁性体シート52がコイル導体42の形成領域のみを覆うサイズであると、ブースター導体51の内外を回る磁束φがプリント配線板60上の実装部品63と結合してしまう。同様にプリント配線板60の配線、グランド電極および実装部品についても、ブースター導体51の内外を回る磁束φが結合する。図4(B)の例では、W3>W2の関係である。このような状態であると、ブースター導体51の内外を回る磁束φがプリント配線板60の導体(配線、グランド電極)62および実装部品63の影響を受けて充分な磁束が形成されなくなる。そのため、アンテナ装置101Pの利得は、それ単体の場合に比較して低下する。
【0034】
図5はプリント配線板60のサイズがブースター導体51の概略外縁のサイズより大きい場合について示す断面図である。図4に示した例では、磁性体シート52の幅W2がブースター導体51の幅W3とほぼ等しく、且つプリント配線板60の幅W1ともほぼ等しいが、一般的に表すと、磁性体シート52のサイズは、ブースター導体51の概略外縁とプリント配線板60の外縁とを結ぶ範囲に達する広さを有していればよい。図5の例では、ブースター導体51の概略外縁とプリント配線板60の外縁とを結ぶ範囲(四角錐の側面)に磁性体シート52の外縁が達していればよい。
【0035】
図6は第1の実施形態に係るアンテナ装置の通信端末機器の筐体内での位置関係を示す図である。図6中のアンテナ装置101の構成は既に述べたとおり、ブースター導体51、開口部51H、スリット部51S、コイル導体42、支持フィルム41を備えている。図6では隠れているが、支持フィルム41とプリント配線板60との間には磁性体シートが配置されている。
【0036】
アンテナ装置101はプリント配線板60の一辺の近傍に配置されていて、ブースターアンテナのスリット部51Sは、プリント配線板60の一辺に向かって延びている。この構造により、プリント配線板60の中央から前記一辺方向にアンテナの指向方向が向く。このプリント配線板60の一辺を通信端末機器の上方に対応させることによって通信端末機器の上方にアンテナの指向性をもたせることができる。
【0037】
《第2の実施形態》
図7は第2の実施形態に係る通信端末機器202の断面図である。この通信端末機器202は、アンテナ装置102とプリント配線板60を備えている。上部筐体71にアンテナ装置102が接着層53を介して貼付され、下部筐体72にプリント配線板60が設けられている。プリント配線板60の基本的な構成は第1の実施形態で示したものと同じである。
【0038】
アンテナ装置102は支持フィルム41にコイル導体42を形成したフレキシブルコイル基板と、ブースター導体51と、磁性体シート52を備えている。フレキシブルコイル基板の支持フィルム41のサイズはブースター導体51より小さい。しかし、磁性体シート52のサイズはブースター導体51の概略外縁とほぼ同サイズである。すなわち、平面視で、磁性体シート52の外縁はブースター導体51の概略外縁とほぼ一致するように重なる。そのため、ブースター導体51の内外を回る磁束は実装部品63、プリント配線板60の導体(配線およびグランド電極)62にまでほとんど達しないので、アンテナ装置102は実装部品63、プリント配線板60の導体62の影響をほとんど受けない。
【0039】
《第3の実施形態》
図8は第3の実施形態に係る通信端末機器203の断面図である。この通信端末機器203は、アンテナ装置103とプリント配線板60を備えている。上部筐体71にアンテナ装置103が接着層53を介して貼付され、下部筐体72にプリント配線板60が設けられている。プリント配線板60の基本的な構成は第1の実施形態で示したものと同じである。
【0040】
アンテナ装置103は支持フィルム41にコイル導体42を形成したフレキシブルコイル基板と、ブースター導体51と、磁性体シート52を備えている。ブースター導体51はフレキシブルコイル基板の支持フィルム41と磁性体シート52との間に挟み込まれている。磁性体シート52のサイズはブースター導体51の概略外縁とほぼ同サイズである。このように、ブースター導体51はフレキシブルコイル基板より磁性体シート側にあってもよい。
【0041】
《第4の実施形態》
図9は第4の実施形態に係る通信端末機器204の断面図である。この通信端末機器204は、アンテナ装置104とプリント配線板60を備えている。上部筐体71にアンテナ装置104が接着層53を介して貼付され、下部筐体72にプリント配線板60が設けられている。プリント配線板60の基本的な構成は第1の実施形態で示したものと同じである。
【0042】
アンテナ装置104は支持フィルム41にコイル導体42を形成したフレキシブルコイル基板と、ブースター導体51と、磁性体シート52を備えている。フレキシブルコイル基板の支持フィルム41とブースター導体51は上部筐体71の縁の湾曲部にまで達していて、その湾曲部に沿って湾曲している。磁性体シート52はブースター導体51の端部を覆う位置にまで延びている。そのため、プリント配線板60から見てブースター導体51は磁性体シート52で隠れることになり、ブースター導体51の内外を回る磁束は実装部品63、プリント配線板60の導体(配線およびグランド電極)62にまでほとんど達しない。したがって、アンテナ装置104は実装部品63、プリント配線板60の導体62の影響をほとんど受けない。
【0043】
このように、ブースター導体51や支持フィルム41をフレキシブルな材料で構成すれば、このような折り曲げ構造が可能であり、この場合、筐体の側部方向への指向性を大きくできる。
【0044】
《第5の実施形態》
図10は第5の実施形態に係る通信端末機器205の断面図である。この通信端末機器205は、アンテナ装置105とプリント配線板60を備えている。上部筐体71にアンテナ装置105が接着層53を介して貼付され、下部筐体72にプリント配線板60が設けられている。プリント配線板60の基本的な構成は第1の実施形態で示したものと同じである。
【0045】
第5の実施形態では、コイル導体42は支持フィルム41に複数層にわたって形成されている。各層には渦巻き状のコイル導体が形成されていて、且つ層間がビア電極で導通されて、複数層で所定ターン数のコイル導体が形成されている。
【0046】
このように、コイル導体を積層構造にすることで、積層された複数の渦巻き状のコイル導体42のうちブースター導体51に隣接する渦巻き状導体部分のみが、ブースター導体51との間の容量形成に対して支配的になる。そのため、必要なインダクタンスを得るためにターン数を増大させても、ターン数の増大に伴う容量増加が少なく、コイル導体42の周波数特性を安定化させることができる。
【0047】
《他の実施形態》
以上、本発明を具体的な実施の形態に基づいて説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。
【0048】
たとえば、コイル導体とブースター導体を共通の支持フィルムに形成する必要はなく、コイル導体の支持部材とブースター導体の支持部材を別体としてもよい。この場合、周波数特性に支配的であるコイル導体の支持部材を高周波特性に優れた液晶ポリマーのような熱可塑性樹脂で形成し、大型で薄層化の要求されるブースター導体の支持部材をPETのような熱硬化性樹脂で形成することが好ましい。
【0049】
また、ブースター導体は、筐体の表側に設けられていてもよい。また、筐体が金属である場合には、筐体の一部をブースター導体として兼ねてもよい。
【符号の説明】
【0050】
CW…コイル開口部
40…フレキシブルコイル基板
41…支持フィルム
42…コイル導体
50…ブースターアンテナ
51…ブースター導体
51H…開口部
51S…スリット部
52…磁性体シート
53…接着層
60…プリント配線板
61…プリント配線板基材
62…導体
63…実装部品
71…上部筐体
72…下部筐体
101〜105…アンテナ装置
201〜205…通信端末機器

【特許請求の範囲】
【請求項1】
通信端末機器の筐体内にプリント配線板と共に備えられるアンテナ装置において、
コイル導体とブースターアンテナと磁性体シートとを備え、
前記コイル導体は、巻回中心部がコイル開口部であって、平面に沿って巻回されていて、
前記ブースターアンテナは、ブースター導体、このブースター導体の概略外縁の内側に存在する開口部およびこの開口部と外縁とにつながるスリット部を有し、前記開口部が前記コイル導体のコイル開口部と平面視で重なるように配置されていて、
前記磁性体シートは、前記ブースターアンテナおよび前記コイル導体と前記プリント配線板との間に配置され、前記ブースター導体の概略外縁と前記プリント配線板の外縁とを結ぶ範囲に達する広さを有すること、
を特徴とするアンテナ装置。
【請求項2】
前記コイル導体を支持する、前記ブースターアンテナとほぼ同サイズの支持部材を備え、前記磁性体シートは、前記支持部材とほぼ同サイズであって、前記支持部材に直接的または間接的に貼り付けられている、請求項1に記載のアンテナ装置。
【請求項3】
コイル導体、ブースターアンテナおよび磁性体シートを含むアンテナ装置と、このアンテナ装置とともにプリント配線板を内蔵する筐体を備えた通信端末機器であって、
前記コイル導体は、巻回中心部がコイル開口部であって、平面に沿って巻回されていて、
前記ブースターアンテナは、ブースター導体、このブースター導体の概略外縁の内側に存在する開口部およびこの開口部と外縁とにつながるスリット部を有し、前記開口部が前記コイル導体のコイル開口部と平面視で重なるように配置されていて、
前記磁性体シートは、前記ブースターアンテナおよび前記コイル導体と前記プリント配線板との間に配置され、前記ブースターアンテナの外縁と前記プリント配線板の外縁とを結ぶ範囲に達する広さを有すること、
を特徴とする通信端末機器。
【請求項4】
前記アンテナ装置は、前記筐体の上蓋部の内面に接着層を介して貼り付けられている、請求項3に記載の通信端末機器。
【請求項5】
前記アンテナ装置は、前記プリント配線板の一辺の近傍に配置されていて、前記ブースターアンテナの前記スリット部は、前記プリント配線板の前記一辺に向かって延びている、請求項3または4に記載の通信端末機器。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2012−60372(P2012−60372A)
【公開日】平成24年3月22日(2012.3.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−200995(P2010−200995)
【出願日】平成22年9月8日(2010.9.8)
【出願人】(000006231)株式会社村田製作所 (3,635)
【Fターム(参考)】