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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6809133
(24)【登録日】2020年12月14日
(45)【発行日】2021年1月6日
(54)【発明の名称】アンテナ装置
(51)【国際特許分類】
H01Q 7/08 20060101AFI20201221BHJP
【ＦＩ】
H01Q7/08
【請求項の数】7
【全頁数】13
(21)【出願番号】特願2016-209233(P2016-209233)
(22)【出願日】2016年10月26日
(65)【公開番号】特開2018-74265(P2018-74265A)
(43)【公開日】2018年5月10日
【審査請求日】2019年7月25日
(73)【特許権者】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100115738
【弁理士】
【氏名又は名称】鷲頭 光宏
(74)【代理人】
【識別番号】100121681
【弁理士】
【氏名又は名称】緒方 和文
(74)【代理人】
【識別番号】100130982
【弁理士】
【氏名又は名称】黒瀬 泰之
(72)【発明者】
【氏名】小町 俊文
(72)【発明者】
【氏名】友成 寿緒
(72)【発明者】
【氏名】麻生 裕文
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 由智
【審査官】
佐藤 当秀
(56)【参考文献】
【文献】
特開２００９−１８８８５５（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｑ ７／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
軸方向に延在する巻芯部と、前記巻芯部の前記軸方向における両端に設けられた第１及び第２の鍔部を有するコアと、
前記巻芯部に巻回されたワイヤと、
前記第１の鍔部の実装面に設けられ、前記ワイヤの一端が接続される第１の端子電極と、
前記第２の鍔部の実装面に設けられ、前記ワイヤの他端が接続される第２の端子電極と、を備え、
前記第１及び第２の鍔部の前記軸方向における表面は、前記軸方向からみて前記巻芯部と重なる表面の少なくとも一部が曲面であり、
前記第１及び第２の鍔部の前記実装面は、いずれも平坦面であることを特徴とするアンテナ装置。
前記巻芯部に巻回されたワイヤと、
前記第１の鍔部の実装面に設けられ、前記ワイヤの一端が接続される第１の端子電極と、
前記第２の鍔部の実装面に設けられ、前記ワイヤの他端が接続される第２の端子電極と、を備え、
前記第１及び第２の鍔部の前記軸方向における表面は、前記軸方向からみて前記巻芯部と重なる表面の少なくとも一部が曲面であり、
前記第１及び第２の鍔部の前記実装面は、いずれも平坦面であることを特徴とするアンテナ装置。
【請求項2】
前記曲面は、前記実装面から離れるにしたがって法線の前記軸方向に対する角度が増大する部分を有していることを特徴とする請求項１に記載のアンテナ装置。
【請求項3】
前記第１及び第２の鍔部の前記軸方向に垂直な断面は、矩形であることを特徴とする請求項１又は２に記載のアンテナ装置。
【請求項4】
前記第１及び第２の鍔部の前記軸方向における表面は、平坦面と前記平坦面に設けられた凹部を有し、前記凹部の表面が曲面であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項5】
前記ワイヤは、隣接するターン間に所定のスペースが形成されるよう、前記巻芯部に巻回されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のアンテナ装置。
【請求項6】
前記所定のスペースは、前記ワイヤの第１ターンと前記第１の鍔部との距離及び前記ワイヤの最終ターンと前記第２の鍔部との距離の少なくとも一方よりも広いことを特徴とする請求項５に記載のアンテナ装置。
【請求項7】
軸方向に延在する巻芯部と、前記巻芯部の前記軸方向における両端に設けられた第１及び第２の鍔部を有するコアと、
前記巻芯部に巻回されたワイヤと、を備え、
前記第１及び第２の鍔部の前記軸方向における表面は、平坦面と、前記平坦面に設けられ、前記軸方向からみて前記巻芯部と重なる凹部を有し、前記凹部の表面が曲面であることを特徴とするアンテナ装置。
前記巻芯部に巻回されたワイヤと、を備え、
前記第１及び第２の鍔部の前記軸方向における表面は、平坦面と、前記平坦面に設けられ、前記軸方向からみて前記巻芯部と重なる凹部を有し、前記凹部の表面が曲面であることを特徴とするアンテナ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はアンテナ装置に関し、特に、コアにワイヤを巻回してなるアンテナ装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、スマートフォン等の携帯無線機器にはＲＦＩＤ（Radio Frequency Identification：電波による個体識別）システムが搭載されており、そのための通信手段としてリーダ・ライタ等と近距離無線通信を行うためのアンテナ装置が搭載されている。
【0003】
この種のアンテナ装置としては、例えば特許文献１に記載されたアンテナ装置が知られている。特許文献１に記載されたアンテナ装置は、ドラム型コアの巻芯部にワイヤを巻回してなる表面実装型のコイル部品によって構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２００７−３０６１３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載されたアンテナ装置は、鍔部の軸方向における表面が平坦面であることから磁界の広がりが不十分であり、その結果、通信距離が短いという問題があった。
【0006】
したがって、本発明は、コアにワイヤを巻回してなるアンテナ装置における磁界の広がりを拡大することによって、通信距離を伸ばすことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明によるアンテナ装置は、軸方向に延在する巻芯部を有するコアと、前記巻芯部に巻回されたワイヤとを備え、前記コアは、前記軸方向からみて前記巻芯部と重なる表面の少なくとも一部が曲面であることを特徴とする。
【0008】
本発明によれば、巻芯部を軸方向に進む磁束が曲面から放出されるため、従来よりも磁界の広がりが拡大される。これにより、通信距離を伸ばすことが可能となる。
【0009】
本発明において、前記コアは、前記巻芯部の前記軸方向における両端に設けられた第１及び第２の鍔部をさらに有し、前記第１及び第２の鍔部の前記軸方向における表面が曲面であることが好ましい。これによれば、表面実装に適した構造を得ることができる。
【0010】
本発明によるアンテナ装置は、前記第１の鍔部の実装面に設けられ、前記ワイヤの一端が接続される第１の端子電極と、前記第２の鍔部の実装面に設けられ、前記ワイヤの他端が接続される第２の端子電極とをさらに備え、前記第１及び第２の鍔部の前記実装面は、いずれも平坦面であることが好ましい。これによれば、プリント基板上におけるアンテナ装置の姿勢を安定させることができる。この場合、前記曲面は、前記実装面から離れるにしたがって法線の前記軸方向に対する角度が増大する部分を有していることが好ましい。これによれば、垂直方向における磁界の広がりを拡大することができる。
【0011】
本発明において、前記第１及び第２の鍔部の前記軸方向に垂直な断面は、矩形であることが好ましい。これによれば、磁界の水平方向への不要な広がりを抑えることができる。
【0012】
本発明において、前記第１及び第２の鍔部の前記軸方向における表面は、平坦面と前記平坦面に設けられた凹部を有し、前記凹部の表面が曲面であることが好ましい。これによれば、表面実装時において平坦面を容易にチャッキングすることが可能となる。
【0013】
本発明において、前記ワイヤは、隣接するターン間に所定のスペースが形成されるよう、前記巻芯部に巻回されていることが好ましい。これによれば、巻芯部に発生する磁場がより均一となるとともに、ワイヤの直流抵抗を低減することが可能となる。この場合、前記所定のスペースは、前記ワイヤの第１ターンと前記第１の鍔部との距離及び前記ワイヤの最終ターンと前記第２の鍔部との距離の少なくとも一方よりも広いことが好ましい。これによれば、巻芯部の軸方向における長さを有効に活用することが可能となる。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、アンテナ装置から発せられる磁界が大きく広がることから、通信距離を伸ばすことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【図18】比較例によるサンプルＣ１の外観を示す略斜視図である。
【図19】比較例によるサンプルＣ２の外観を示す略斜視図である。
【図20】比較例によるサンプルＣ３の外観を示す略斜視図である。
【図21】比較例によるサンプルＣ４の外観を示す略斜視図である。
【図22】参考例によるサンプルＤ１の外観を示す略斜視図である。
【図23】参考例によるサンプルＤ２の外観を示す略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、添付図面を参照しながら、本発明のいつくかの実施形態について詳細に説明する。
【0017】
＜第１の実施形態＞図１は、本発明の第１の実施形態によるアンテナ装置１１Ａの外観を示す略斜視図である。また、図２はアンテナ装置１１Ａをｙ方向から見た側面図であり、図３はアンテナ装置１１Ａをｘ方向から見た側面図である。
【0018】
図１〜図３に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１１Ａは、コア２０と、コア２０の巻芯部２３に巻回されたワイヤ３０と、ワイヤ３０の一端３１に接続された第１の端子電極４１と、ワイヤ３０の他端３２に接続された第２の端子電極４２とを備えている。
【0019】
コア２０は、フェライトなど透磁率の高い磁性材料からなり、第１の鍔部２１と、第２の鍔部２２と、これらの間に設けられた巻芯部２３とを有する。巻芯部２３は、軸方向であるｘ方向に延在する棒状体であり、その両端に第１及び第２の鍔部２１及び２２がそれぞれ設けられている。巻芯部２３のｙｚ断面（軸方向に垂直な断面）は略矩形である。
【0020】
第１及び第２の鍔部２１，２２は、一部の表面が湾曲した曲面を構成している。具体的に説明すると、第１の鍔部２１は、巻芯部２３に接続される内側面２１ｉと、内側面２１ｉの反対側に位置する外側面２１ｏと、第１の端子電極４１が形成される実装面２１ｂと、互いに反対側に位置する２つの側面２１ｓとを有している。同様に、第２の鍔部２２は、巻芯部２３に接続される内側面２２ｉと、内側面２２ｉの反対側に位置する外側面２２ｏと、第２の端子電極４２が形成される実装面２２ｂと、互いに反対側に位置する２つの側面２２ｓとを有している。
【0021】
図１及び図２に示すように、内側面２１ｉ，２２ｉはｙｚ平面を構成し、実装面２１ｂ，２２ｂはｘｙ平面を構成し、側面２１ｓ，２２ｓはｘｚ平面を構成する。このように、実装面２１ｂ，２２ｂが平坦面であることから、アンテナ装置１１Ａを実装した場合に、プリント基板上における姿勢を安定させることができる。
【0022】
これに対し、外側面２１ｏ，２２ｏは曲面であり、実装面２１ｂ，２２ｂから離れるにしたがって法線の軸方向（ｘ方向）に対する角度が増大する湾曲形状を有している。外側面２１ｏ，２２ｏのｘｚ断面のうち、実装面２１ｂ，２２ｂに最も近い部分の接線はほぼｚ方向であり、実装面２１ｂ，２２ｂから最も遠い部分の接線はほぼｘ方向である。一方、第１及び第２の鍔部２１，２２のｙｚ断面は、ｘ方向におけるいずれの位置においても矩形である。また、第１及び第２の鍔部２１，２２のｘｚ断面は、ｙ方向におけるいずれの位置においても同じ形状である。つまり、側面２１ｓ，２２ｓは湾曲していない。
【0023】
本例では、ワイヤ３０が巻芯部２３のｘ方向における略中央部にまとめて巻回されている。これは、ワイヤ３０の必要な巻回数に比べて巻芯部２３のｘ方向における長さが長いためである。巻芯部２３のｘ方向における長さを長く設計しているのは、巻芯部２３のｘ方向における長さが短いと、第１及び第２の鍔部２１，２２からの磁束がｚ方向に大きく広がることなく巻芯部２３の上部近傍で収束してしまい、十分な通信距離が確保できなくなるためである。
【0024】
但し、ワイヤ３０を巻芯部２３のｘ方向における略中央部にまとめて巻回することは必須でなく、図４に示す改良例によるアンテナ装置１１Ｂのように、隣接するターン間に所定のスペースが形成されるよう、ワイヤ３０を巻回しても構わない。これによれば、巻芯部２３に発生する磁場がより均一になるとともに、図２において符号φ０で示すような、鍔部をショートカットする磁束がほとんど生じないことから、通信距離を拡大することができる。しかも、隣接するターン間に所定のスペースが形成されるようワイヤ３０を巻回した方が、所望のインダクタンスを得るために必要なターン数が削減されるため、ワイヤ３０の直流抵抗を低減することも可能となる。
【0025】
図４に示すアンテナ装置１１Ｂは、ワイヤ３０の一端３１側に位置する第１ターンが第１の鍔部２１の近傍に巻回され、且つ、ワイヤ３０の他端３２側に位置する最終ターンが第２の鍔部２２の近傍に巻回されている。これにより、ワイヤ３０の隣接ターン間に形成されるスペースは、ワイヤ３０の第１ターンと第１の鍔部２１との距離及びワイヤ３０の最終ターンと第２の鍔部２２との距離よりも広くなっており、巻芯部２３のｘ方向における長さが有効に活用されている。
【0026】
図３に示すように、本実施形態によるアンテナ装置１１Ａ（１１Ｂ）においては、曲面を構成する外側面２１ｏ，２２ｏが軸方向（ｘ方向）からみて巻芯部２３と重なっている。これにより、第１及び第２の鍔部２１，２２から放出又は吸収される磁束がｚ方向に大きく広がるため、ｚ方向における通信距離を拡大することができる。その理由は次の通りである。つまり、大部分の磁束は、軸方向（ｘ方向）からみて巻芯部２３と重なる表面から放出／吸収されるともに、その放射角度は、当該表面に対して略垂直方向（法線方向）の成分が支配的となる。このため、軸方向（ｘ方向）からみて巻芯部２３と重なる外側面２１ｏ，２２ｏを曲面とすれば、図２において符号φ１で示すように、磁束が様々な角度で放出／吸収されることになり、ｚ方向における磁界の広がりが拡大される。その結果、通信距離を伸ばすことが可能となるのである。
【0027】
このように、本実施形態によるアンテナ装置１１Ａ（１１Ｂ）は、外側面２１ｏ，２２ｏが実装面２１ｂ，２２ｂから離れるにしたがって法線の軸方向（ｘ方向）に対する角度が増大する湾曲形状を有していることから、ｚ方向における磁界の広がりが拡大され、通信距離を伸ばすことが可能となる。
【0028】
＜第２の実施形態＞図５は、本発明の第２の実施形態によるアンテナ装置１２Ａの外観を示す略斜視図である。また、図６はアンテナ装置１２Ａをｙ方向から見た側面図である。アンテナ装置１２Ａをｘ方向から見た側面形状は、図３に示した形状と同じである。
【0029】
本実施形態によるアンテナ装置１２Ａは、第１及び第２の鍔部２１，２２の外側面２１ｏ，２２ｏが全体的に凸型に湾曲したアーチ型形状を有している点において、第１の実施形態によるアンテナ装置１１Ａと相違している。つまり、本実施形態においては、外側面２１ｏ，２２ｏのｘｚ断面が実装面２１ｂ，２２ｂから離れるにしたがって法線の軸方向（ｘ方向）に対する角度が減少する部分と、増大する部分を有している。その他の構成は第１の実施形態によるアンテナ装置１１Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0030】
本実施形態によるアンテナ装置１２Ａは、図６に示すように、磁界の広がり方が第１の実施形態によるアンテナ装置１１Ａとはやや異なり、実装面２１ｂ，２２ｂ側へも広がる。また、外側面２１ｏ，２２ｏが全体的に凸型形状であることから、第１の実施形態によるアンテナ装置１１Ａよりも、表面実装時におけるチャッキングが容易であるという利点を有する。
【0031】
本実施形態においても、図７に示すアンテナ装置１２Ｂのように、隣接するターン間に所定のスペースが形成されるよう、ワイヤ３０を巻回することが好ましい。
【0032】
＜第３の実施形態＞図８は、本発明の第３の実施形態によるアンテナ装置１３Ａの外観を示す略斜視図である。また、図９はアンテナ装置１３Ａをｙ方向から見た側面図であり、図１０はアンテナ装置１３Ａをｘ方向から見た側面図である。
【0033】
本実施形態によるアンテナ装置１３Ａは、第１及び第２の鍔部２１，２２の外側面２１ｏ，２２ｏが平坦面を有し、平坦面に設けられた凹部の表面が曲面である点において、第１の実施形態によるアンテナ装置１１Ａと相違している。図１０に示すように、外側面２１ｏ，２２ｏに設けられた凹部は、軸方向（ｘ方向）からみて巻芯部２３と重なる位置に設けられている。その他の構成は第１の実施形態によるアンテナ装置１１Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0034】
本実施形態によるアンテナ装置１３Ａは、図９に示すように、磁界の広がり方が第１の実施形態によるアンテナ装置１１Ａとはやや異なり、実装面２１ｂ，２２ｂ側へも広がる。また、外側面２１ｏ，２２ｏが平坦面を有していることから、第２の実施形態によるアンテナ装置１２Ａよりも、表面実装時におけるチャッキングがよりいっそう容易であるという利点を有する。
【0035】
本実施形態においても、図１１に示すアンテナ装置１３Ｂのように、隣接するターン間に所定のスペースが形成されるよう、ワイヤ３０を巻回することが好ましい。
【0036】
＜第４の実施形態＞図１２は、本発明の第４の実施形態によるアンテナ装置１４Ａの外観を示す略斜視図である。また、図１３はアンテナ装置１４Ａをｙ方向から見た側面図である。アンテナ装置１４Ａをｘ方向から見た側面形状は、図１０に示した形状と同じである。
【0037】
本実施形態によるアンテナ装置１４Ａは、第１及び第２の鍔部２１，２２の外側面２１ｏ，２２ｏが平坦面を有し、平坦面に設けられた凸部の表面が曲面である点において、第３の実施形態によるアンテナ装置１３Ａと相違している。その他の構成は第３の実施形態によるアンテナ装置１３Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【0038】
本実施形態によるアンテナ装置１４Ａは、図１３に示すように、磁界の広がり方が第３の実施形態によるアンテナ装置１３Ａとはやや異なる。また、第３の実施形態によるアンテナ装置１３Ａと比べてコア２０の体積が大きいことから、高い機械的強度を確保することが可能となる。
【0039】
本実施形態においても、図１４に示すアンテナ装置１４Ｂのように、隣接するターン間に所定のスペースが形成されるよう、ワイヤ３０を巻回することが好ましい。
【0041】
本実施形態によるアンテナ装置１５Ａは、コア２０が鍔部を備えず、巻芯部２３の軸方向における端面が湾曲している。本例では、巻芯部２３の軸方向における端面は平坦面を有さず、全体的に凸型に湾曲したアーチ型形状を有している。その他の構成は第２の実施形態によるアンテナ装置１２Ａと同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態においても、図１７に示すアンテナ装置１５Ｂのように、隣接するターン間に所定のスペースが形成されるよう、ワイヤ３０を巻回することが好ましい。
【0042】
本実施形態が例示するように、本発明によるアンテナ装置においてコアが鍔部を備えることは必須でなく、巻芯部の軸方向における端面が曲面を構成していても構わない。
【0043】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【0044】
例えば、上述した各実施形態によるアンテナ装置においては、一対の鍔部の形状が互いに同じであり、巻芯部から見て対称形であるが、本発明がこれに限定されるものではなく、一対の鍔部が非対称であっても構わない。したがって、一方の鍔部については巻芯部と重なる表面が曲面であり、他方の鍔部については巻芯部と重なる表面が平坦面であっても構わない。また、巻芯部と重なる表面の全面が曲面である必要はなく、少なくとも一部が曲面であれば足りる。但し、巻芯部と重なる表面のより多くの部分を曲面とした方が、磁界の広がりを拡大する効果が高められる。
【実施例1】
【0045】
上述したアンテナ装置１１Ａ，１２Ａ，１３Ａとそれぞれ同じ構造を有するサンプルＡ１，Ａ２，Ａ３に対し、高周波電磁界シミュレータを用いて１３．５６ＭＨｚの周波数帯域におけるＳ２１特性を解析した。Ｓ２１特性は電力伝送のロスの大きさを示している。サンプルとカードリーダとの距離は、３０ｍｍを想定した。比較例として、図１８に示す構造を有するサンプルＣ１についても同様の解析を行った。図１８に示すように、サンプルＣ１は、第１及び第２の鍔部２１，２２の外側面２１ｏ，２２ｏが平坦なｙｚ面を構成している。
【0046】
各サンプルのサイズは、ｘ＝５．０ｍｍ、ｙ＝２．５ｍｍ、ｚ＝１．８ｍｍである。また、ワイヤのターン数はいずれも９ターンである。シミュレーションの結果を表１に示す。
【0047】
【表1】
【0048】
表１に示すように、サンプルＡ１〜Ａ３のＳ２１特性は、比較例であるサンプルＣ１のＳ２１特性よりも小さいことが確認された。
【実施例2】
【0049】
上述したアンテナ装置１１Ｂ，１２Ｂ，１３Ｂとそれぞれ同じ構造を有するサンプルＢ１，Ｂ２，Ｂ３に対し、高周波電磁界シミュレータを用いて１３．５６ＭＨｚの周波数帯域におけるＳ２１特性を解析した。サンプルとカードリーダとの距離は、３０ｍｍを想定した。比較例として、それぞれ図１９〜図２１に示す構造を有するサンプルＣ２〜Ｃ４についても同様の解析を行った。さらに、参考例として、それぞれ図２２及び図２３に示す構造を有するサンプルＤ１，Ｄ２についても同様の解析を行った。
【0050】
図１９に示すサンプルＣ２は、第１及び第２の鍔部２１，２２の外側面２１ｏ，２２ｏが平坦なｙｚ面を構成している。図２０に示すサンプルＣ３は、第１及び第２の鍔部２１，２２の外側面２１ｏ，２２ｏが斜めの平坦面である。図２１に示すサンプルＣ４は、第１及び第２の鍔部２１，２２の外側面２１ｏ，２２ｏの上端部及び下端部が面取りされている。図２２に示すサンプルＤ１は、第１及び第２の鍔部２１，２２が球形である。図２３に示すサンプルＤ２は、第１及び第２の鍔部２１，２２が半球形である。
【0051】
各サンプルのサイズは、ｘ＝５．０ｍｍ、ｙ＝２．５ｍｍ、ｚ＝１．８ｍｍである。また、ワイヤのターン数はいずれも９ターンである。シミュレーションの結果を表２に示す。
【0052】
【表2】
【0053】
表２に示すように、サンプルＢ１〜Ｂ３のＳ２１特性は、比較例であるサンプルＣ２〜Ｃ４及び参考例であるサンプルＤ１，Ｄ２のＳ２１特性よりも小さいことが確認された。また、サンプルＢ１〜Ｂ３のＳ２１特性は、サンプルＡ１〜Ａ３のＳ２１特性よりも小さかった。尚、サンプルＤ１，Ｄ２のＳ２１特性が大きいという結果は、鍔部のｘｚ断面がｙ方向における位置によって変化すると、磁界の水平方向への不要な広がりが発生することを示唆している。
【符号の説明】
【0054】
１１Ａ〜１５Ａ，１１Ｂ〜１５Ｂ アンテナ装置２０ コア
２１，２２ 鍔部
２１ｂ，２２ｂ 実装面
２１ｉ，２２ｉ 内側面
２１ｏ，２２ｏ 外側面
２１ｓ，２２ｓ 側面
２３ 巻芯部
３０ ワイヤ
３１ ワイヤの一端
３２ ワイヤの他端
４１，４２ 端子電極
φ０，φ１ 磁束