JP2007325055A - アンテナ装置 - Google Patents
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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
【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。
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。
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
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)
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。 - 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。
- 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。
- 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。
- 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。
- 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。
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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