JP2007325055A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置自体の厚みを薄く形成でき、反りを防止すると共に、容易に製造することが可能なアンテナ装置を提供する。
【解決手段】長尺板状に樹脂を押出し成形で中空部を形成した支持体２１と、金属薄板により略コ字状に形成され、一端から一方に延設した第１結合部２２１ｂおよび他端から他方に延設した第２結合部２２１ｃが設けられた複数のアンテナ素子２２１が、支持体２１の外側面を長手方向に沿って挟むように嵌合したアンテナ部２２とを有し、前記アンテナ部２２は、アンテナ素子２２１の第１結合部２２１ｂを隣接するアンテナ素子２２１ｂの第２結合部２２１ｃに接続し、第２結合部２２１ｃを隣接するアンテナ素子２２１の第１結合部２２１ｂに接続することでコイル状に形成されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、アンテナ装置に関し、特にＲＦＩＤリーダライタ装置の通信用に好適なアンテナ装置に関する。

物品に設けられたＲＦタグの情報を、ＲＦＩＤリーダライタ装置により非接触で読み込み管理することで、管理される物品の量が膨大となっても容易に保管場所の検索や在庫量を把握することができるので、書籍の管理やＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）／ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）などの管理に、益々用いられるものと思われる。ＲＦタグは、ＲＦＩＤリーダライタ装置に設けられたアンテナ装置から電磁誘導により供給された電力で動作し、ＲＦタグの負荷変動をＲＦＩＤリーダライタ装置のアンテナ装置で受信することで、ＲＦタグの情報が読み取られる。例えば、物品が棚などに並べられているような場合には、ＲＦＩＤリーダライタのアンテナ装置を棚内に配置して読み取ることなる。従って、アンテナ装置の磁界分布は、棚上で一様とする必要がある。このような棚内に収納されるＲＦＩＤリーダライタ装置の従来のアンテナ装置が（特許文献１）に記載されている。

この（特許文献１）に記載のタグ検索装置のアンテナ装置は、検索装置本体側の所定箇所に複数のコイルを配設したものである。

また図１０（Ａ）および同図（Ｂ）に示す従来のアンテナ装置２００は、長尺状のプリント配線基板２０１に、フェライト（図示せず）を収納した板状のフェライトケース２０２を搭載し、金属板を略コ字状に屈曲したアンテナ素子２０３を、フェライトケース２０２を跨ぐように列状に配置したものである。このプリント配線基板２０１には、アンテナ素子２０３の一端から隣接するアンテナ素子２０３の他端に接続するように長手方向に対して傾斜するように配線パターン２０４が設けられ、実装孔にアンテナ素子２０３を挿入して、先端部分を内側に向けて折り曲げた状態で配線パターン２０４に半田付けすることで、アンテナ素子２０３をコイル状に接続している。
特開平７−１８２３５７号公報

しかし、図１０（Ａ）および同図（Ｂ）に示す従来のアンテナ装置２００は、長尺状のプリント配線基板２０１にアンテナ素子２０３を列状に配置し、アンテナ素子２０３を列状に配置して半田付けすると、プリント配線基板２０１の裏面側に引っ張られるような応力が作用するが、アンテナ素子２０３同士は直接結合していないので、プリント配線基板２０１が反ってしまうことがある。

また、従来のアンテナ装置２００の厚みは、折り曲げたアンテナ素子２０３の厚みと半田付けの厚みの和となるので厚くなる。従来のアンテナ装置２００が収納される棚板には厚みに制限があるので、半田接続部分の厚みが厚くなると収納できないおそれもある。また金属板で形成されたアンテナ素子２０３の先端部分を内側に向けて折り曲げた状態で配線パターン２０４に半田付けするには、かなり広い面積に半田付け作業を施す必要があり繁雑である。

そこで本発明は、装置自体の厚みを薄く形成でき、反りを防止すると共に、容易に製造することが可能なアンテナ装置を提供することを目的とする。

本発明のアンテナ装置は、長尺板状に形成された支持体と、金属薄板により略コ字状に形成され、一端から一方に延設した第１結合部および他端から他方に延設した第２結合部が設けられた複数のアンテナ素子が、前記支持体の外側面を長手方向に沿って挟むように嵌合したアンテナ部とを有し、前記アンテナ部は、前記アンテナ素子の第１結合部を隣接する他のアンテナ素子の第２結合部に接続し、第２結合部を隣接する他のアンテナ素子の第１結合部に接続することでコイル状に形成されていることを特徴とする。

本発明は、アンテナ装置の厚みをほぼ支持体の厚みとすることができるので、装置自体の厚みを薄くでき、アンテナ素子同士の結合を第１結合部および第２結合部で行うので、半田付けなどする必要がない。よって、反りなどの発生を防止でき、煩雑な作業を行う必要がないので、容易に製造することが可能である。

本発明群の第１の発明は、長尺板状に形成された支持体と、金属薄板により略コ字状に形成され、一端から一方に延設した第１結合部および他端から他方に延設した第２結合部が設けられた複数のアンテナ素子が、支持体の外側面を長手方向に沿って挟むように嵌合したアンテナ部とを有し、アンテナ部は、アンテナ素子の第１結合部を隣接する他のアンテナ素子の第２結合部に接続し、第２結合部を隣接する他のアンテナ素子の第１結合部に接続することでコイル状に形成されていることを特徴としたものである。

金属薄板により略コ字状に形成されたそれぞれのアンテナ素子を、長尺板状に形成された支持体の外側面を挟むように嵌合させているので、アンテナ装置の厚みをほぼ支持体の厚みとすることができる。従って、装置自体の厚みを薄くできる。またアンテナ素子同士の結合を第１結合部および第２結合部で行うので、半田付けなどする必要がない。

本発明群の第２の発明は、アンテナ部は、複数のアンテナ素子を、第１アンテナ部と、第２アンテナ部と分割して接続されていることを特徴としたものである。

第１アンテナ部と第２アンテナ部とで性能の異なる２つのアンテナ部を有することができるので、周波数の広帯域化が図れる。

本発明群の第３の発明は、アンテナ部には、先端となるアンテナ素子に接続されたコイル部が設けられていることを特徴としたものである。

先端となるアンテナ素子にコイル部を設けることで、コイル部のみにヌル点を発生させることができるので、複数のアンテナ素子からのヌル点の発生を低減することができる。

本発明群の第４の発明は支持体には、中空部が形成され、中空部には磁性体が収納されていることを特徴としたものである。

支持体に設けられた中空部に磁性体を収納することで、効率よく磁束を発生させ、アンテナ装置の性能を向上させることができる。

本発明群の第５の発明は、支持体は、樹脂を押出し成形したものであることを特徴としたものである。

支持体を、樹脂を押出し成形したものとすることにより、支持体全体を象った高価な金型を作製することなく、容易に支持体を製造することができる。また中空部が形成された支持体を押出し成形で形成することで、支持体を長尺板状に形成しても反ってしまうことを減少させることができる。

本発明群の第６の発明は、支持体には、いずれか一方の端部または両端部に、中空部の開口に嵌合する蓋部が設けられていることを特徴としたものである。

支持体に中空部を設けるようにして、押出し成形すると支持体が筒状に形成される。従って、中空部の開口に嵌合する蓋部を設けることで磁性体が中空部の開口から出てくることを防止することができる。また蓋部が中空部の開口の変形を規制するので、支持体の機械的強度を向上させることができる。

本発明群の第７の発明は、蓋部には、コイル部を巻き付ける溝が形成されていることを特徴としたものである。

コイル部を巻き付ける溝を蓋部に設けることで、コイル部の位置を安定した状態で支持体の端部に固定することができる。

本発明群の第８の発明は、支持体の一側部に、それぞれのアンテナ素子を挟むように嵌合すると共に、支持体をベース板に固定する取付部が設けられていることを特徴としたものである。

取付部は、支持体をベース板に取り付け固定するだけでなく、取付部が、それぞれのアンテナ素子を挟むように嵌合しているので、アンテナ素子が支持体の長手方向に移動することを規制する。従って、ベース板に支持体を取り付けたときに、アンテナ素子の位置関係を安定した状態とすることができる。

本発明群の第９の発明は、ベース板には、アンテナ部の近傍に、アンテナ部に接続されるアンテナ回路を搭載したプリント配線基板が設けられていることを特徴としたものである。

アンテナ部に接続されるアンテナ回路を搭載した回路基板を、ベース板に設けられたアンテナ部の近傍に配置することで、アンテナ部の厚みを増すことなく、整合回路や、共振回路や、負荷などのアンテナ回路をベース板に配置することができる。

（実施の形態）
本発明の実施の形態に係るアンテナ装置を図面に基づいて説明する。まずは本実施の形態に係るアンテナ装置を用いたＲＦＩＤリーダライタ装置の設置状態を図１に基づいて説明する。図１は、ＲＦＩＤリーダライタ装置の設置状態を示す図であり、（Ａ）はＲＦＩＤリーダライタ装置が設置された書籍収納庫を示す図、（Ｂ）は書籍収納庫の棚に収納された本実施の形態に係るアンテナ装置の設置状態を示す図である。

図１（Ａ）および同図（Ｂ）に示すようにＲＦＩＤリーダライタ装置１００は、収納庫１１０の最上段に設置された装置本体１０１と、収納庫１１０のそれぞれの棚板１１１に収納された２本のアンテナ装置１とを備えている。ＲＦＩＤリーダライタ装置１００は、この収納庫１１０の棚板１１１に置かれた書籍１１２やノートブック型のパーソナルコンピュータ１１３に装着されたＲＦタグ１１４と、アンテナ装置１から１３．５６ＭＨｚ帯を使用して電磁誘導により供給された電力でＲＦタグ１１４動作させ、ＲＦタグ１１４の負荷変動をアンテナ装置１で受信して装置本体１０１へ出力することで、非接触で通信することが可能な装置である。

次に、アンテナ装置１の構成について図２から図８に基づいて説明する。図２は、本実施の形態に係るアンテナ装置がグランド板に取り付けられた状態を示す斜視図である。図３は、アンテナ本体を示す斜視図である。図４は、支持体を示す分解斜視図である。図５は、コイル部を示す要部拡大図である。図６は、アンテナ部を示す斜視図である。図７は、アンテナ素子を示す斜視図である。図８は、アンテナ本体を取り付ける取付部を示す斜視図である。図９は、プリント配線基板を示す図である。

図２に示すように、アンテナ装置１は、アンテナ本体２と、グランド板３と、取付部４と、プリント配線基板５と、同軸ケーブル６とを備えている。アンテナ装置１は、アンテナ本体２が取付部４によりグランド板３に取り付けられると共に、プリント配線基板５がグランド板３に取り付けられて、棚板１１１内（図１（Ｂ）参照）に収納される。

図３に示すように、アンテナ本体２は、長尺板状に形成された支持体２１と、アンテナ部２２と、支持体２１の先端に設けられたコイル部２３とを備えている。

図４に示すように、支持体２１は、断面矩形状で内部にフェライト部２４を収納する中空部２１１が設けられた収納部２１２と、収納部２１２の側部に沿って設けられた断面三角形状の縁部２１３とで一体的に形成されている。フェライト部２４は、フェライト製のブロック体を並べて収納部２１２の中空部２１１に収納されているものである。本実施の形態では、フェライトを使用しているがコバルト、ニッケルなど他の磁性体でも使用することができる。

支持体２１は、樹脂を押出し成形により形成することができる。支持体２１を押出し成形により形成することにより、支持体２１全体を象った高価な金型を作製することなく、支持体２１の垂直断面を象った金型で、容易に支持体２１を形成することができる。支持体２１を押出し成形で形成すると、支持体２１の両端部が中空部２１１の開口となる。中空部２１１が形成された支持体２１を押出し成形で形成することで、支持体２１を長尺板状に形成しても反ってしまうことを減少させることができる。本実施の形態では、この中空部２１１の開口に嵌合することで、開口を閉塞状態とする蓋部２１４が設けられている。中空部２１１の開口を蓋部２１４により閉塞状態とすることで、中空部２１１の開口からフェライト部２４が出てくることを防止することができるだけでなく、蓋部２１４が中空部２１１の開口の変形を抑制するので、支持体２１の機械的強度を向上させることができる。また中空部２１１にフェライト部２４を隙間なく詰め込むことで、フェライト部２４を安定した状態で収納部２１２内に配置することができる。本実施の形態では、支持体２１として樹脂を押出し成形したものを採用しているが、製造コストが問題にならなければトランスファー成形などで支持体を箱状とすることも可能である。

図５に示すように、支持体２１の開口を閉塞する一方の蓋部２１４には、コイル部２３を巻き付けるための溝２１４ａがコイル部２３の巻き付けを案内するように螺旋状に形成されている。コイル部２３を巻き付ける溝２１４ａを蓋部２１３に設けることで、コイル部２３を安定した状態で支持体２１の一端部に固定することができる。本実施の形態では、蓋部２１４にリード線を２周巻きすることで、コイル部２３を形成している。

図６に示すように、アンテナ部２２は、金属薄板で形成された複数のアンテナ素子２２１をそれぞれ結合した状態で、支持体２１に装着したものである。

図７に示すように、アンテナ素子２２１は、銅製の薄板で略コ字状に形成された素子板２２１ａに、素子板２２１ａの一端から一方に延設した第１結合部２２１ｂと、他端から他方に延設した第２結合部２２１ｃとが設けられたものである。本実施の形態では、アンテナ素子２２１として銅製の薄板を使用しているが、導電性の金属であれば使用することができる。このアンテナ素子２２１は、第１結合部２２１ａが隣接するアンテナ素子２２１の第２結合部２２１ｂにリベット締めにより接続され、第２結合部２２１ｂが隣接するアンテナ素子２２１の第２結合部２２１ｃに接続されることで、アンテナ部２２がコイル状に形成されている。

図２に示すように、本実施の形態に係るアンテナ部２２では、８個のアンテナ素子Ａ〜Ｈを、支持体２１の外側面を長手方向に沿って挟むように嵌合させているが、この８個のアンテナ素子２２１は、第１アンテナ部２２ａとして２個のアンテナ素子Ａ，Ｂと、第２アンテナ部２２ｂとして６個のアンテナ素子Ａ〜Ｈとに、分割するようにそれぞれ接続されている。

つまり、第１アンテナ部２２ａと第２アンテナ部２２ｂの２種類のアンテナ装置が、支持体２１を共通させて設けられている。このように８個のアンテナ素子部２２１を分割して接続することで、第１アンテナ部２２ａと第２アンテナ部２２ｂというように、性能の異なる２つのアンテナ部を有することができるので、広帯域性を有するアンテナ装置１を簡易に構成することができる。なお、本実施の形態では、第１アンテナ部２２ａを無給電アンテナ、第２アンテナ部２２ｂを給電アンテナとしている。

第１アンテナ部２２ａと第２アンテナ部２２ｂとの巻き方向は、それらを流れる高周波電流の向きが一致するように、後述する共通接地部５５から見て逆向きとなるようにしている。また、第１アンテナ部２２ａと第２アンテナ部２２ｂとの間隔は、それらの結合量を適量に配分するため、他の間隔と異なっている。

図５に示すように、コイル部２３は、アンテナ部２２の先端となるアンテナ素子２２１の第２結合部２２１ｃに接続されたリード線によって形成されたコイルである。先端となるアンテナ素子２２１にコイル部２３を設けることで、コイル部２３のみにヌル点を発生させ、他のアンテナ素子部２２１にヌル点が発生してしまうことを低減するループ線として機能させることができる。

図２に示すように、グランド板３は、金属製で上方が開口した略箱状に形成されたベース板である、グランド板３と、第１アンテナ部２２ａおよび第２アンテナ部２２ｂとを、共通接地部５５にて導通接続することで、アンテナ装置１を接地型アンテナ装置として構成している。アンテナ装置１を接地型アンテナ装置とすることで、設置される棚板１１１（図１参照）の周囲にある金属などからの影響を少なくすることができる。従って、アンテナ装置１を設置するための電気的な条件を緩和させることができる。グランド板３には取付部４によってアンテナ本体２をネジ止めするために、頂部にネジ孔が設けられた凸部３１が所定位置に設けられている。

図２および図８に示すように、取付部４は、グランド板３に、アンテナ本体２の一方の側部を固定する第１取付部４１と、他方の側部を固定する第２取付部４２とを備えている。

第１取付部４１は、アンテナ素子２２１の連結部分側を固定するもので、アンテナ素子２２１の側部が載置される傾斜面を有する３つの台座部４１ａと、アンテナ素子２２１の側部を上から押さえる固定部４１ｂとを備えている。

第２取付部４１は、アンテナ素子２２１と隣接するアンテナ素子２２１との間の支持体２１の縁部２１３に嵌合する断面Ｖ字状に形成された嵌合部４２ａと、アンテナ素子２２１を挟むように嵌合部４２ａ同士を離間させた状態で配置する支持部４２ｂとを備えている。

アンテナ本体２をグランド板３に取り付けるときには、まずグランド板３の凸部３１に台座部４１ａのネジ孔を一致させるように配置し、台座部４１ａの傾斜面にアンテナ本体２の側部を合わせて載置する。次に、第２取付部４２をアンテナ本体２の側方から移動させて、支持体２１に嵌合部４２ａを嵌合させる。そして固定部４１ｂのネジ孔と台座部４１ａのネジ孔とを合わせた状態で、ネジ４３をネジ孔に挿通させて固定する。最後に第２取付部４２をネジ４４で固定することで、アンテナ本体２をグランド板３に固定することができる。第２取付部４２は、支持体２１をグランド板３に取り付け固定するだけでなく、第２取付部４２が、それぞれのアンテナ素子２２１を挟むように嵌合しているので、アンテナ素子２２１が支持体２１の長手方向に移動することを規制する。従って、グランド板３に支持体２を取り付けたときに、アンテナ素子２２１の位置関係を安定した状態とすることができる。

図２および図９に示すように、プリント配線基板５は、アンテナ部２２と接続するアンテナ回路が搭載された回路基板である。プリント配線基板５は、グランド板３にネジ止めされて固定されており、アンテナ部２２とは、第１リード線５１と、第２リード線５２と、第３リード線５３とで接続されている。第１リード線５１は、第１アンテナ部２２ａの基端のアンテナ素子Ｂの第２結合部２２１ｃと、第２アンテナ部２２ｂの基端のアンテナ素子Ｃの第１結合部２２１ｂとの結合点から、プリント配線基板５に形成され、グランド板３と導通接続されたグランドパターン５４の共通接地部５５に配線されている。第２リード線５２は、第１アンテナ部２２ａの先端のアンテナ素子Ａの第１結合部２２１ｂから配線されている。第３リード線５２は、第２アンテナ部２２ｂの先端のアンテナ素子Ｈに設けられたコイル部２３から配線されている。またプリント配線基板５には、アンテナ回路として、第１アンテナ部２２ａ用の共振回路５ａおよび整合負荷５ｂと、第２アンテナ部２２ｂ用の共振回路５ｃおよび整合負荷５ｄが搭載され、グランドパターン５４に接続されている。また、整合回路５ｂは、装置本体１０１（図１（Ａ）参照）と同軸ケーブル６で接続されている。このプリント配線基板５を、アンテナ部２２の横に配置することで、アンテナ装置１全体の高さを薄くすることができる。

以上のように、本実施の形態に係るアンテナ装置１によれば、金属薄板により略コ字状に形成されたアンテナ素子２２１を、長尺板状に形成された支持体２１の外側面をそれぞれに挟むように嵌合させているので、アンテナ装置１の厚みをほぼ支持体２１の厚みとすることができる。アンテナ装置１自体の厚みを薄くできる。またアンテナ素子２２１同士の結合を第１結合部２２１ｂおよび第２結合部２２１ｃで行うので、プリント配線基板などに半田付けなどする必要がない。従って、反りなどの発生を防止でき、煩雑な作業を行う必要がないので、容易に製造することが可能である。

また、図９に示す従来のアンテナ装置２００では、アンテナ素子２０３をプリント配線基板２０１の裏側でアンテナ素子２０３の先端を折り曲げて半田付けしているため折り曲げたアンテナ素子２０３の厚みと半田付けの厚み分だけ厚くなる。従って、図２に示すグランド板３に配置すると、半田付け部分がプリント配線基板２０１から突出した状態となるため浮遊容量が増加し、コンデンサを付加した状態と等価となってしまう。しかし、本実施の形態に係るアンテナ装置１では、半田付けを行っていないため、アンテナ本体２の裏側面はグランド板３に対して突出した部分が存在しない。従って、アンテナ装置１して安定した性能を得ることができる。

なお、本実施の形態にアンテナ装置１は、ＲＦＩＤリーダライタ装置に好適であるが、コイル状に形成されたアンテナ装置であれば適用することが可能である。

本発明は、装置自体の厚みを薄く形成でき、反りを防止すると共に、容易に製造することが可能なので、ＲＦＩＤリーダライタ装置の通信用に好適なアンテナ装置に好適である。

ＲＦＩＤリーダライタ装置の設置状態を示す図 本実施の形態に係るアンテナ装置がグランド板に取り付けられた状態を示す斜視図 アンテナ本体を示す斜視図 支持体を示す分解斜視図 コイル部を示す要部拡大図 アンテナ部を示す斜視図 アンテナ素子を示す斜視図 アンテナ本体を取り付ける取付部を示す斜視図 プリント配線基板を示す図 従来のアンテナ装置を示す図

符号の説明

１ アンテナ装置
２ アンテナ本体
３ グランド板
４ 取付部
５ プリント配線基板
５ａ 共振回路
５ｂ 整合回路
５ｃ 共振回路
５ｄ 整合回路
６ 同軸ケーブル
２１ 支持体
２２ アンテナ部
２３ コイル部
２４ フェライト部
３１ 凸部
４１ 第１取付部
４１ａ 台座部
４１ｂ 固定部
４２ 第２取付部
４２ａ 嵌合部
４２ｂ 支持部
５１ 第１リード線
５２ 第２リード線
５３ 第３リード線
５４ グランドパターン
５５ 共通接地部
１００ ＲＦＩＤリーダライタ装置
１０１ 装置本体
１１０ 収納庫
１１１ 棚板
１１２ 書籍
１１３ パーソナルコンピュータ
１１４ ＲＦタグ
２１１ 中空部
２１２ 収納部
２１３ 縁部
２１４ 蓋部
２１４ａ 溝
２２１ アンテナ素子
２２１ａ 素子板
２２１ｂ 第１結合部
２２１ｃ 第２結合部

Claims (9)

1. 長尺板状に形成された支持体と、
   金属薄板により略コ字状に形成され、一端から一方に延設した第１結合部および他端から他方に延設した第２結合部が設けられた複数のアンテナ素子が、前記支持体の外側面を長手方向に沿って挟むように嵌合したアンテナ部とを有し、
   前記アンテナ部は、前記アンテナ素子の第１結合部を隣接する他のアンテナ素子の第２結合部に接続し、第２結合部を隣接する他のアンテナ素子の第１結合部に接続することでコイル状に形成されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 前記アンテナ部は、前記複数のアンテナ素子を、第１アンテナ部と、第２アンテナ部と分割して接続されていることを特徴とする請求項１記載のアンテナ装置。
3. 前記アンテナ部には、先端となるアンテナ素子に接続されたコイル部が設けられていることを特徴とする請求項１または２記載のアンテナ装置。
4. 前記支持体には、中空部が形成され、
   前記中空部には磁性体が収納されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかの項に記載のアンテナ装置。
5. 前記支持体は、樹脂を押出し成形したものであることを特徴とする請求項１から４のいずれかの項に記載のアンテナ装置。
6. 前記支持体には、いずれか一方の端部または両端部に、前記中空部の開口に嵌合する蓋部が設けられていることを特徴とする請求項５記載のアンテナ装置。
7. 前記蓋部には、前記コイル部を巻き付ける溝が形成されていることを特徴とする請求項６記載のアンテナ装置。
8. 前記支持体の一側部に、それぞれのアンテナ素子を挟むように嵌合すると共に、前記支持体をベース板に固定する取付部が設けられていることを特徴とする請求項１から７のいずれかの項に記載のアンテナ装置。
9. 前記ベース板には、前記アンテナ部の近傍に、前記アンテナ部に接続されるアンテナ回路を搭載した回路基板が配置されていることを特徴とする請求項８記載のアンテナ装置。

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