JP2007060138A

JP2007060138A - コイルアンテナ

Info

Publication number: JP2007060138A
Application number: JP2005241434A
Authority: JP
Inventors: Akira Abe; 朗阿部; Naoharu Yamamoto; 直治山本
Original assignee: NEC Tokin Corp
Current assignee: Tokin Corp
Priority date: 2005-08-23
Filing date: 2005-08-23
Publication date: 2007-03-08

Abstract

【課題】送受信に必要なＬ値や、感度、インピーダンス値などのスペックを満たすことはもとより、その上でコイルアンテナの磁芯として薄くしても割れ難くリフローにおける変形のない耐熱性を確保したコイルアンテナを提供することを目的とする。
【解決手段】軟磁性体粉末と有機結合剤の混成物からなる可撓性を有するシート状磁性体４を耐熱性の樹脂５で覆った磁芯２に直接巻線３を施してなるコイルアンテナ１。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両用キーや住宅用キーなどのリモートキーシステムあるいは電波時計等に用いられる低中波帯の無線信号の送信及び／又は受信に使用されるコイルアンテナ用の磁気シート及びコイルアンテナに関し、特に、１０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲内での周波数における、無線信号の送信や受信に適したコイルアンテナに関する。

近年、通信端末の小型化、多用途化が進み、低中波帯の電波を利用した端末が多く見られる。例えば、特許文献１に開示された車両用キーレスシステムにおけるコイルアンテナなどがあり、低中波領域のコイルアンテナとしてフェライト材料の磁芯（焼結フェライト）を使用した、コイルアンテナが多く普及している。

この特許文献１では、３種類のフェライト磁芯形状を用いた多軸コイルアンテナを試作し、その結果が記載されている。しかしながら、磁芯サイズが１０×１０×１ｍｍ（試料品ロと記載）においては、磁芯に直接巻き回したコイルではなく、プラスチック製のボビンを使用して巻き回されている。これは、巻線品質の安定化のために行っていることが文中に記載されている。

特開２００３−２４９８１６公報

しかしながら、フェライト材料の磁芯（焼結フェライト）を使用したコイルアンテナは、市場の要求である耐衝撃性（磁芯割れ等の不具合防止）や形状の多様化（異形状、指向性の多軸化、軽薄短小、大型化）に対して、耐衝撃、製作性が悪いなどの問題がある。

また、最近の自動車用リモートキー等は、ポケットにリモートキーを入れたまま、車体側のスイッチを押すか、或いは、静電容量センサー等を有するドアハンドルに手を触れることで所定のＬＦ波が車体側から送信され、このリモートキーで車体側からの信号を受信することでドア開閉が可能となっている。しかし、常時携帯（ポケット、カバン等）の特徴から薄型・軽量化が強く求められる一方、落下衝撃による磁芯破損が致命的な故障となるため、耐衝撃性が必要となる。

実際に、焼結フェライト磁芯を単体のままで、０．５ｍから１ｍ程度の高さから床面に自由落下させると、２〜３ｍｍ程度の厚みのフェライト磁芯でさえ相当の頻度で割れる。そのため、静特性における利点はあるものの、小型化、低背化（薄型化）し難い。また、多くの場合、衝撃を磁芯に直接伝播させないように、樹脂ケースやゴム材の保護機構を装着するが、これらの対策は、小型化、低背化を阻害する要因となる。

また樹脂と複合したプラスチックフェライトなども検討されているが、ある程度、衝撃性、製作性については改善されるが、アンテナとしての特性を追求するとフェライトの充填率を上げる必要があり、結局はアンテナ特性を満たすプラスチックフェライト材は焼結フェライトと同じように耐衝撃性が弱くなるという問題が発生する。

さて、車載または、住宅用の携帯リモートキーでは、その内部に別系統の開錠・施錠信号回路およびアンテナ系が混載されていることがあり、上記の薄型化、集積化を達成するにあたり、ＳＭＤ部品であることと、リフロー対応であることが望まれている。また、鉛フリーはんだの本格的な導入により、そのリフロー温度は従来の鉛はんだリフローに比べて、高くなっている（２４０〜２５０℃程度）現状がある。

更に、携帯リモートキーとしてのデザイン性から薄型化の要求が増しており、例えば、リモートキーであれば、１〜２ｍｍ程度以下のカードタイブのデザインが望まれている。

従って、本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、送受信に必要なＬ値や、感度、インピーダンス値などのスペックを満たすことはもとより、その上でコイルアンテナの磁芯として、第１に薄くしても割れないこと、第２にリフローにおける変形のない耐熱性を確保したコイルアンテナを提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために、接合面の面粗さにおけるアンカー効果と樹脂の接着効果について検討した結果、その相乗作用を見いだしたことでなされたものである。

即ち、本発明によれば、軟磁性体粉末と有機結合剤の混成物からなる可撓性を有するシート状磁性体を耐熱性樹脂で覆った磁芯に直接巻線を施してなるコイルアンテナが得られる。

また、本発明によれば、軟磁性体粉末と有機結合剤の混成物からなる可撓性を有するシート状磁性体からなる磁芯にボビンを装着し、該ボビンに巻線を施してなるコイルアンテナが得られる。

また、本発明によれば、前記軟磁性体粉末は、高周波における透磁率の大きな、鉄アルミ珪素合金（センダスト）、鉄ニッケル合金（パーマロイ）、鉄コバルト合金、鉄コバルトシリコン合金、鉄シリコンバナジューム合金、鉄コバルトボロン合金、コバルト系アモルフアス合金、鉄系アモルフアス合金、カーボニル鉄、モリブデンパーマロイ、純鉄粉のいずれか又はそれらの組み合わせからなるコイルアンテナが得られる。

また、本発明によれば、前記有機結合剤は、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ニトリル−ブタジエン系ゴム、スチレンーブタジエン系ゴム等の熱可塑性樹脂、或いはそれらの共重合体、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、臭素化ポリマーのいずれか又はそれらの組み合わせからなるコイルアンテナが得られる。

また、本発明によれば、軟磁性アモルファス材からなる可撓性を有するシート状磁性体を耐熱性樹脂で覆った磁芯に直接巻線を施してなるるコイルアンテナが得られる。

また、本発明によれば、軟磁性アモルファス材からなる可撓性を有するシート状磁性体からなる磁芯にボビンを装着し、該ボビンに巻線を施してなるコイルアンテナが得られる。

本発明によれば、磁芯が軟磁性体粉末と有機結合剤の混成物又は軟磁性アモルファス材からなる可撓性を有するシート状磁性体であることから、使用中に曲げられた場合であっても、又、曲げられた状態を保持したまま使用された場合であったとしても、１０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの範囲の周波数帯域において、送受信に必要なＬ値や、感度、インピーダンス値などのスペックを満たすと共に、薄くしても割れ難く、しかもリフローにおける磁芯の変形のない耐熱性を確保したコイルアンテナが得られる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の形態によるコイルアンテナの斜視図である。図１において、コイルアンテナ１は、磁芯２に巻き回された巻線３とで構成されており、磁芯２はシート状磁性体４を樹脂５で覆った構造となっている。

まず、割れ難い耐衝撃性の確保については、磁芯２に軟磁性体粉末と有機結合材からなる可撓性を有するシート状磁性体４を用いることで、焼結フェライト材に比べ大きく改善できる。

なお、この発明で用いるシート状磁性体４における軟磁性体粉末としては、高周波における透磁率の大きな、鉄アルミ珪素合金（センダスト）、鉄ニッケル合金（パーマロイ）、鉄コバルト合金、鉄コバルトシリコン合金、鉄シリコンバナジューム合金、鉄コバルトボロン合金、コバルト系アモルフアス合金、鉄系アモルフアス合金、カーボニル鉄、モリブデンパーマロイ、純鉄粉のいずれか又はそれらの組み合わせが用いられる。

また、軟磁性体粉末を結合する有機結合材は、多岐にわたり、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルプチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ニトリル−プタジエン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム等の熱可塑性樹脂、或いはそれらの共重合体、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、臭素化ポリマーなどがある。

また、これらの有機結合材の中には、鉛フリーはんだリフローのプロセス条件（温度と時間）に対して、その耐性が不足する材料もあり、この有機結合材を用いたシート状磁性体４で磁芯２を形成したコイルアンテナ１では、組み立て時のリフロー工程での加熱により、磁芯２の変形や有機結合材が劣化するものもあり、その結果、アンテナ特性の品質劣化がおきる。

そこで、リフローにおいて、シート状磁性体４からなる磁芯２の変形がなく耐熱性の確保を同時に解決するために、本発明では２つの方法について検討した。その１つは、外側からボビン（図示せず）で磁芯２をおさえ付けて加熱時の変形を矯正する方法で、他のもう１つは、シート状磁性体４を構成する有機結合材をリフロー耐熱性のあるものに変更する方法である。

ボビン（図示せず）を用いる場合、構造上、外部から磁芯２を押さえ込めるため、加熱時の少なくとも膨張、変形に対しては、それらを抑制することができる。しかしながら、先に述べた、薄型化の観点から樹脂製ボビンの肉厚が結果的に磁芯２の厚みを減らす原因となり、磁芯２の断面積が目減りする結果、Ｌ値が低下しアンテナ特性が低下する。また、リフロー工程での加熱は、実際の使用環境温度とはかけ離れており、そのためにボビンを追加することはコストの観点からあまり望ましくない。

また、シート状磁性体４の有機結合材を変更することは、シート状磁性体４の製造工程上、必ずしも容易ではなく、おのおのの軟磁性材との相性、製造設備、工法の変更が生じ、結果として、相当の開発工数がかかる場合がある。

上記のことから、本発明では、リフロー時の磁芯２の変形を防止することに主眼をおき、シート状磁性体４に直接、耐熱性を有する樹脂５を塗布することで、前記のボビンの効果をもちながら、内部の磁芯２に用いられるシート状磁性体４の構成はそのままで適用できる構造体を得る方法を提供する。耐熱性を有する樹脂５は、例えば、液状エポキシ樹脂が適当である。

また、耐熱性を有する樹脂５によるシート状磁性体４への皮膜の形成方法については、ディップやポッティング、或いはスピンコート法等で塗布することが可能である。なお、スピンコート法は、少ない滴下量で、広い平面に均一な樹脂膜を形成したい場合に、特に適した工法である。

本発明では、樹脂５でシート状磁性体４の小片を覆う方法の１つとして、樹脂５を２段階にわけて形成する方法を行った。まず、携帯キー等に用いる磁芯２の寸法と比べて十分に大きなサイズ（例えば、１５０ｍｍ□）のシート状の磁性体板の片面もしくは、両面に上記の樹脂をもちいて、樹脂膜５を形成する。これにより、シート状の磁性体板よりも、樹脂膜の硬さによりシート状の磁性体板がハンドリングし易くなる効果がある。

次に、磁芯２としての所望寸法（例えば、幅５ｍｍ長さ２０ｍｍ厚み０．５ｍｍ〜１ｍｍ）のシート状磁性体４に切り分けた後、それを上記と同一もしくは別の樹脂で外周を覆うことで、割れ難いことと耐熱性を兼ね備えた、薄い磁芯２が得られる。この磁芯２に巻線３を施すことで、厚さ数ｍｍ未満のカード形状のキーにも搭載が可能なコイルアンテナ１が得られる。

また、この樹脂膜５は絶縁性があり、巻線３と磁芯２の間の絶縁層としての役割も果たすことができる。更に、副次的に、樹脂膜５を形成した磁芯２に巻線３を施す時には、ある程度の硬さがある方が、巻線工程の観点では有利であり、樹脂膜５があることで作業性が安定する効果が期待できる。

他の方法として、最初にシート状磁性体４の小片に切り分けた後、同一工程で、液状樹脂でそれらの外周面に皮膜を形成することも可能である。また、別の方法として、先にフィルム状の樹脂（例えば、ポリイミド樹脂フィルム）をシート状磁性体４の小片に貼り付けた構造でも良い。

また、上記のシート状磁性体４の小片の外周を樹脂５で覆う場合、可能であれば、小片の全面を樹脂５で覆い、内部にシート状磁性体４を閉じ込める構造が最良であるが、必ずしも完全に閉じている必要は無い。例えば、磁芯２の形状がＬ×Ｗ×Ｈが５×２０×２ｍｍのように、細長い形状の場合、Ｌ×Ｈで形成する面積の狭い２面は閉じていなくても良いが、この良否はリフロー後のＬ値特性変化量が許容できるか否かである。

即ち、本発明では、筐体の薄型化に伴い微細化の進むコイルアンテナにおいて、可撓性が有り、割れ難い磁芯２と、この磁芯２に巻回された巻線３とを備え、且つ、耐リフロー性をも備えたことを特徴とするコイルアンテナ１が得られる。

以下に、本発明の具体的なコイルアンテナ例について説明する。軟磁性体粉末と有機結合材とからなる混成物であり可撓性を有する厚み１ｍｍ厚のシートを６０ｍｍ□に切りシート状の磁性体板を作製した。このシート状の磁性体板に、液状エポキシ樹脂（粘度１００ｃｐ程度）をスピンコーターで塗布後、７０℃のＮ₂雰囲気で１時間ベークを行い、反対の面に再度、同条件で液状エポキシ樹脂を塗布し、再度７０℃のＮ₂雰囲気で１時間ベークを行った。このようにして作製された樹脂で覆われたシート状の磁性体板を切断し、５×２０×２ｍｍのシート状磁性体４を作製した。

このシート状磁性体４をトレイに複数個ならベ、上から同一の樹脂を滴下し、１００℃、２時間で硬化させ磁芯２を作製した。更に、この磁芯２に０．３ｍｍφのポリウレタン線を巻回して（直巻き・約１２００Ｔ程度）巻線３を形成し、コイルアンテナ１とした。尚、シート状磁性体４は、軟磁性体粉末と有機結合材とからなる混成物で、それ自体は可撓性があるが、シート状磁性体４の表面をエポキシ樹脂５で覆うことにより適度な表面の硬さの磁芯２が得られる。

このようにして製作された送信用コイルアンテナ及び受信用コイルアンテナについて検証すべく、このコイルアンテナの特性の測定を行った。また、比較例として、焼結フェライト磁芯を備えるコイルアンテナを送信用、受信用の２つ作製した。尚、比較例のコイルアンテナは、磁芯材料が異なることを除き、構造、形状、サイズとも本実施の形態と同じにした。その上で、比較例のコイルアンテナの特性も測定した。

本実施の形態による送信用コイルアンテナは、比較例の送信用コイルアンテナと比較してより優れた送信特性を有していた。同様に、本実施の形態による受信用コイルアンテナは、比較例の受信用コイルアンテナと比較してより優れた受信特性を有した。

更に、これらの実施の形態による送信／受信特性は、コイルアンテナ１が曲げられた場合であっても、特に劣化するようなことはなかった。これは、軟磁性体粉末の粉粒が互いに別個独立して、それぞれ“マイクロコア”として動作するためである。本実施の形態においては、各粉粒は酸化膜にて被膜されているため、コイルアンテナ１が曲げられた場合にもマイクロコアの総数には変化がなく、従って優れた送信／受信特性を維持することができるものと思われる。

以上のことから、薄型化が求められるキーレスシステムや電波時計、電子機器において、焼結フェライトを磁心として用いる場合、薄くすると割れるという問題を、割れ難いシート状磁性体４を磁芯２として用いることで解消し、薄い平板形状のコイルアンテナ１を作製し、かつ、リフロー工程における熱の影響をシート状磁性体４の外側に適切な樹脂５で覆うことにより、変形を防止し、熱による特性劣化を抑制することが可能なコイルアンテナ１を提供することができた。

本発明によるコイルアンテナは、１０ｋＨｚ〜２０ＭＨｚの無線信号を送信／受信可能な無線送信／受信システムに適用可能であり、コイルアンテナを用いて受信した無線信号に従って自動的に時間調整を行う時間調整機構を備えた電波腕時計に適用することができる。また、遠隔キーレスエントリシステムにおいて、ユーザが携帯している物から送信されたユーザ識別信号を受信するためのアンテナとして用いることもできる。また、自動車のドア、ハンドル部などに本発明のコイルアンテナを搭載した場合、遠隔キーレスエントリシステム自動車がられる。

本発明の実施の形態によるコイルアンテナの斜視図。

符号の説明

１コイルアンテナ
２磁芯
３巻線
４シート状磁性体
５樹脂（樹脂膜）

Claims

軟磁性体粉末と有機結合剤の混成物からなる可撓性を有するシート状磁性体を耐熱性樹脂で覆った磁芯に直接巻線を施してなることを特徴とするコイルアンテナ。
軟磁性体粉末と有機結合剤の混成物からなる可撓性を有するシート状磁性体からなる磁芯にボビンを装着し、該ボビンに巻線を施してなることを特徴とするコイルアンテナ。
前記軟磁性体粉末は、高周波における透磁率の大きな、鉄アルミ珪素合金（センダスト）、鉄ニッケル合金（パーマロイ）、鉄コバルト合金、鉄コバルトシリコン合金、鉄シリコンバナジューム合金、鉄コバルトボロン合金、コバルト系アモルフアス合金、鉄系アモルフアス合金、カーボニル鉄、モリブデンパーマロイ、純鉄粉のいずれか又はそれらの組み合わせからなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のコイルアンテナ。
前記有機結合剤は、ポリエステル系樹脂、ポリ塩化ビニル系樹脂、ポリビニルブチラール樹脂、ポリウレタン樹脂、セルロース系樹脂、ニトリル−ブタジエン系ゴム、スチレン−ブタジエン系ゴム等の熱可塑性樹脂或いはそれらの共重合体、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、臭素化ポリマーのいずれか又はそれらの組み合わせからなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のコイルアンテナ。
軟磁性アモルファス材からなる可撓性を有するシート状磁性体を耐熱性樹脂で覆った磁芯に直接巻線を施してなることを特徴とするコイルアンテナ。
軟磁性アモルファス材からなる可撓性を有するシート状磁性体からなる磁芯にボビンを装着し、該ボビンに巻線を施してなることを特徴とするコイルアンテナ。