JP2007295360A - コイルアンテナ - Google Patents

Abstract

【課題】 小型、薄型で、かつ耐衝撃性が高いコイルアンテナを提供する。
【解決手段】 本発明のコイルアンテナは、磁芯１と、この磁芯１に巻回された２個の導線２，３とを備え、磁芯１は、軟磁性体粉末と有機結合剤の混成物からなる磁性体であり、可とう性を有するものである。導線２，３は巻軸が同一になるように平行に巻回される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数の周波数の送受信に使用するコイルアンテナに関し、特に自動車用のキーレスシステムやイモビライザー用の送信アンテナ、受信アンテナ、住宅のドア鍵用の送信アンテナ、受信アンテナ、ＩＣカードリーダライタ用の送受信アンテナ、ラジオ等の放送受信アンテナ、電波時計用の受信アンテナ等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、電波通信を利用した端末が、多く見られる。送受信コイルアンテナとしては、フェライト等の磁性材料の磁芯を使用したコイルや空芯コイルを用いた送受信コイルアンテナが多く普及している。

送受信コイルアンテナの内、送信コイルアンテナは、通常インダクタとコンデンサを直列接続することで使用周波数に同調される。このＬＣ直列回路に使用する周波数の電圧（電流）を印加することで、交流磁界を発生して情報を非接触で送ることが可能となる。主に自動車用のキーレスシステムやイモビライザ等に使用されている。

受信コイルアンテナは、通常インダクタとコンデンサの並列回路に接続することで、使用周波数に同調される。主に自動車用のキーレスシステムやイモビライザやラジオ受信機、電波時計等に使用されている（例えば、特許文献１、２に開示）。

また、送受信両用アンテナは使用する周波数や使用目的に応じてコンデンサと並列または直列等に接続されて同調される。ＩＣカードリーダライタ装置、携帯電話による料金支払い、電車料金支払い等に使用されている（例えば、特許文献３に開示）。

このように送受信コイルアンテナは様々な場所で使用されているが、自動車のハンドルや携帯電話等の狭い空間での使用や複数周波数での使用が要求されており、小型化、複合化が必要となってきている。

特開２００６−２８９５６号公報 特開２００６−５４５８８号公報 特開２００６−４００２８号公報

本発明の問題点は、複数周波数での送受信を可能とするとき、必然的に複数仕様のアンテナが必要になるため大きくなり、狭い空間での使用が困難になる事である。

また、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、耐衝撃性（磁芯割れ等の不具合防止）、形状の多様化（異形状、軽薄短小、大型化）、が市場から要求されているが、耐衝撃、製作性が悪いなどの問題がおきている。特に最近の自動車用リモートキー等は、ポケットにキーを入れたままでキーの開閉が可能で便利であるが、常時携帯（ポケット等）のその特徴性から薄型・軽量化が強く求められる一方、落下衝撃によるコア破損は、致命的な故障となるため耐衝撃性が必要となる。

これらの要求を満足するためには、フェライト等のセラミック材では薄型になると磁芯割れを起こし、耐衝撃性が確保できず、アモルファス磁芯の様な、メタル系磁芯の積層も試みられているが、高価で又、製作性に於いても、硬度が高く加工が難しいためコストが高くなると言う問題がある。このため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、改善はされるが、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している。

また、焼結フェライト磁芯は、長い形状や薄板形状になると、そりを生じプレス・焼結の後に平坦度を出すため機械加工の仕上げを必要として大きさに比例した大きなプレス機が必要となる。

本発明は、上記の課題を解決し、小型、薄型でかつ耐衝撃性が高いコイルアンテナを提供することにある。

本発明によれば、１個の磁芯と、該磁芯に巻回された複数の導線とを備え、前記磁芯は、軟磁性体粉末と有機結合剤の混成物からなる磁性体であり、可とう性を有することを特徴とするコイルアンテナが得られる。

また、本発明によれば、前記導線は平行の位置関係に（巻軸が同一になるように）巻回されていることを特徴とする上記のコイルアンテナが得られる。

また、本発明によれば、前記導線は垂直の位置関係に（巻軸が互いに垂直になるように）巻回されていることを特徴とする上記のコイルアンテナが得られる。

また、本発明によれば、前記導線からなる各々のコイルのインダクタンス値は全て異なることを特徴する上記のコイルアンテナが得られる。

また、本発明によれば、前記導線からなる各々のコイルは全て異なる周波数に同調されていることを特徴とする上記の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、高周波透磁率の大きな、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、コバルト系アモルファス合金、鉄系アモルファス合金、酸化物磁性粉末（フェライト）、カーボニル鉄、モリブデンパーマロイ、純鉄圧粉の軟磁性材料のいずれかまたはそれらの組み合わせからなり、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またはそれらの組み合わせからなる磁性体であることを特徴とする上記の記載の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、偏平状および／または針状の粉末であることを特徴とする上記の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、酸化被膜、有機結合剤により絶縁コーティングされた粉末または、導電性のある粉末であることを特徴とする上記のコイルアンテナが得られる。

また、本発明によれば、前記磁芯の形状は平板状であることを特徴とする上記のコイルアンテナが得られる。

即ち、本発明は、同一の磁芯に複数の導線を巻回する事で、複数周波数の送受信を可能としながらアンテナを小さく薄く形成する。

また、可とう性を有しかつ自由に曲げることができる軟磁性体粉末と有機結合剤の混成物からなる磁性体を磁芯に用いることで耐衝撃性が高く、かつ大きなプレス機を必要とせず、フェライトでは、実現不可能な大きさのアンテナを作ることが可能となる。

本発明の送受信コイルアンテナは、複数周波数の送受信を可能としながら、小型、薄型で、かつ耐衝撃性が高い。

以下に、本発明の実施の形態を説明する。

図１は、本発明の実施の形態におけるコイルアンテナ（平行巻回）の外観を示す図である。図１において、ターン数が多くインダクタンス値が高い方が低周波に対応する（例えば１２５ｋＨｚ）。ターン数が少なくインダクタンス値が低い方が高周波に対応する（例えば１３．５６ＭＨｚ）。図２は、本発明の実施の形態におけるコイルアンテナ（垂直巻回）の外観を示す図である。図２において、インダクタンス値が高い方が低周波に対応し、インダクタンス値の小さい方が高周波に対応する。

図３は、本発明の実施の形態における１２５ｋＨｚと１３．５６ＭＨｚ複合アンテナの接続を示す回路図であり、図３（ａ）は、本発明のコイルアンテナを１２５ｋＨｚ送信システムに接続した状態を示す図、図３（ｂ）は、本発明のコイルアンテナを１３．５６ＭＨｚカードリーダライタシステムに接続した状態を示す図である。図４は、本発明による実施の形態のＡＭとＦＭラジオアンテナの接続を示す回路図である。図４において、シンセチューニングのラジオ受信機を用いたため、同調用のコンデンサは接続していない。

図１に示すように、本発明のコイルアンテナでは、３×１２×５０ｍｍの角板状の磁芯１にφ０．２６ｍｍ，５０Ｔの導線２を巻回して第１のコイルアンテナ５（図３）とする。導線は銅線にポリウレタン絶縁被膜を施した線材を用いた。また、同一の磁芯１に導線２と平行にφ０．２６ｍｍ，３Ｔの導線３を巻回して第２のコイルアンテナ６（図３）とする。

この時、図３に示すように、第１のコイルアンテナ５のインダクタンスは１００μＨ（１２５ｋＨｚで測定）で第２のコイルアンテナ６のインダクタンスは０．５μＨ（１３．５６ＭＨｚで測定）であった。

第１のコイルアンテナ５は１６０００ｐＦのコンデンサ７と直列接続することで１２５ｋＨｚに同調し、第２のコイルアンテナ６は２７５ｐＦのコンデンサ８と並列接続することで１３．５６ＭＨｚに同調した。

各々のコイルアンテナ（コンデンサを含む）をそれぞれ１２５ｋＨｚ送信システム９、１３．５６ＭＨｚカードリーダライタシステム１０に接続し、それぞれの通信状態を確認したところ、両方とも同時に通信可能であった。

また、導線３の代わりに導線４を導線２と垂直に巻回した場合でも同様に同時通信が可能な事を確認できた。

同様にして、３×３×４０ｍｍの角板状の磁芯１にφ０．１５ｍｍ、１００Ｔとφ０．１５ｍｍ、２Ｔの導線を巻回して２周波数複合アンテナとし、図４に示すように、ラジオ受信機１３に接続したところ、ＡＭ放送（ＭＦ帯）、ＦＭ放送（ＨＦ帯）の受信が可能であることも確認できた。

磁芯１には、軟磁性体粉末と有機結合材とからなる混成物で可とう性がある材料を用いた。本実施の形態における軟磁性体粉末は、鉄シリコンアルミ合金粉末である。軟磁性体粉末は他の粉末であってもよい。たとえば、軟磁性体粉末はカーボニル鉄、フェライト粉末、又は純鉄圧粉であってもよい。また、軟磁性体粉末は鉄ニッケルコバルト合金、コバルト系アモルファス合金、鉄系アモルファス合金、又はモリブデンパーマロイからなる粉末であってもよい。さらには軟磁性体粉末は上述した粉末の組み合わせであってもよい。

本実施の形態における軟磁性体粉末は扁平状の粉末である。各粉末は５以上のアスペクト比を有し、且つ３５μｍの粒径を有する。

軟磁性体粉末のそれぞれの表面に形成される絶縁体層は非磁性体からなる。具体的には絶縁体層は酸化膜であり、軟磁性体粉末をアニールすることにより形成される。絶縁体層を有機結合剤で形成することとしてもよい。絶縁体層を有機結合剤で形成する場合、当該有機結合剤は混成物における有機結合剤と同じであってもよいし、異なるものであってもよい。

本実施の形態における有機結合剤（混成物に含まれるもの）は塩素化ポリエチレンであり、本実施の形態においては、そこにチタネート系カップリング剤が添加されている。これに代えて、シラン系カップリング剤やアルミネート系カップリング剤を用いてもよいし、カップリング剤を用いなくても良い。

本実施の形態において、混成物における軟磁性体粉末の配合比率は８０重量％であり、有機結合剤及びカップリング剤の総配合比率は２０重量％である。実用に適するアンテナ特性を得るとともに磁芯に可とう性を持たせるためには、混成物における軟磁性体粉末の配合比率は６０重量％以上９５重量％以下であることが好ましく、また混成物における有機結合剤の配合比率が５重量％以上４０重量％以下であることが好ましい。

カップリング剤を用いる場合カップリング剤の混成物における配合比率は５重量％以下とする。

本実施の形態による磁芯はＪＩＳＫ６２５３に従い、タイプＡデュロメータを用いて測定した結果、本実施の形態による磁芯はいずれ６０以上のゴム硬度を有していた。また、ＪＩＳＫ６２６３に従って測定された引っ張り強さは３．８ＭＰａであった。

また、本実施の形態では、２周波数複合アンテナを挙げたが、コイルを３種類、４種類と増やすことで更に多周波数対応が可能となる。

本発明の実施の形態におけるコイルアンテナ（平行巻回）の外観を示す図。 本発明の実施の形態におけるコイルアンテナ（垂直巻回）の外観を示す図。 本発明の実施の形態における１２５ｋＨｚと１３．５６ＭＨｚ複合アンテナの接続を示す回路図。図３（ａ）は、本発明のコイルアンテナを１２５ｋＨｚ送信システムに接続した状態を示す図。図３（ｂ）は、本発明のコイルアンテナを１３．５６ＭＨｚカードリーダライタシステムに接続した状態を示す図。 本発明による実施の形態のＡＭとＦＭラジオアンテナの接続を示す回路図。

符号の説明

１ 磁芯
２ （第１のコイルアンテナの）導線
３ （平行巻回の場合の第２のコイルアンテナの）導線
４ （垂直巻回の場合の第２のコイルアンテナの）導線
５ 第１のコイルアンテナ
６ 第２のコイルアンテナ
７ コンデンサ
８ コンデンサ
９ １２５ｋＨｚ送信システム
１０ １３．５６ＭＨｚカードリーダライタシステム
１１ ＡＭラジオアンテナ用コイル
１２ ＦＭラジオアンテナ用コイル
１３ ラジオ受信機

Claims (9)

1. １個の磁芯と、該磁芯に巻回された複数の導線とを備え、前記磁芯は、軟磁性体粉末と有機結合剤の混成物からなる磁性体であり、可とう性を有することを特徴とするコイルアンテナ。
2. 前記導線は巻軸が同一になるように巻回されていることを特徴とする請求項１記載のコイルアンテナ。
3. 前記導線は巻軸が互いに垂直になるように巻回されていることを特徴とする請求項１記載のコイルアンテナ。
4. 前記導線からなる各々のコイルのインダクタンス値は全て異なることを特徴する請求項１記載のコイルアンテナ。
5. 前記導線からなる各々のコイルは全て異なる周波数に同調されていることを特徴とする請求項１記載のコイルアンテナ。
6. 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、コバルト系アモルファス合金、鉄系アモルファス合金、酸化物磁性粉末、カーボニル鉄、モリブデンパーマロイ、純鉄圧粉の軟磁性材料の１種または２種以上からなり、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、或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１種または２種以上からなる磁性体であることを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載のコイルアンテナ。
7. 前記軟磁性体粉末は、偏平状および／または針状の粉末であることを特徴とする請求項６記載のコイルアンテナ。
8. 前記軟磁性体粉末は、酸化被膜、有機結合剤により絶縁コーティングされた粉末または、導電性のある粉末であることを特徴とする請求項６または７記載のコイルアンテナ。
9. 前記磁芯の形状は平板状であることを特徴とする請求項６〜８のいずれかに記載のコイルアンテナ。

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