JP2008042744A - アンテナコイルおよび携帯電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】携帯電子機器の筐体の厚み寸法を増すことなく、回路基板の接地電極による磁束の迂回の問題を解消し、組み込み作業性および耐衝撃性を改善する。
【解決手段】コア部１１の両端につば部１２，１３を備えた磁性体コア１０を用い、つば部１２の内面に電極１５，１６を形成し、コア部１１に巻回した導体の両端を電極１５，１６に接続する。この磁性体コア１０を樹脂ケース３１に収容し、バネ端子２１，２２を圧入することによって、バネ端子２１，２２を電極１５，１６に圧接する。樹脂ケース３１の開口部には樹脂カバー３２を取り付ける。このようにして構成したアンテナコイル装置を、磁性体コア１０の軸方向が筐体内の回路基板に対して垂直となる向きで筐体内における回路基板の占有領域外に配置する。
【選択図】図１

Description

この発明は携帯電子機器に内蔵されるアンテナ等に利用可能なアンテナコイルおよびそれを備えた携帯電子機器に関するものである。

外部機器と電磁界信号を介して通信するＲＦＩＤ(Radio Frequency-Identification：電波方式認識)用の無線タグを搭載した携帯電話端末等の携帯電子機器においては、例えば特許文献１・特許文献２に示されているように、アンテナコイルが筐体内に実装されている。

特許文献１は、外部からのデータキャリア信号を携帯電話端末の内部の基板に実装したアンテナコイルで受け、リーダ・ライタとの間で、非接触でデータを送受信するものである。この特許文献１のアンテナコイルは、コアに導線を巻回した一般的なコイルであり、アンテナコイルの軸方向が実装基板に対して平行となるように、すなわち携帯電話端末の筐体の平面に対して平行となるように載置されている。

特許文献２のアンテナコイルは、十字型コアの４つの腕にそれぞれワイヤを巻回することによって、磁束の方向に関係なくアンテナ感度を高めるように構成されている。この表面実装型のアンテナコイルについても特許文献１の場合と同様に、その軸方向が実装基板に対して平行になるように搭載されている。
特開２００３−１６４０９号公報 特開２００４−２２９１４４号公報

前記アンテナコイルを備えたＲＦＩＤ搭載携帯電話端末を例えば定期券代わりに自動改札機にかざして使用するような場合、携帯電話端末の主面をリーダ・ライタの検知面に対して水平にかざす。この場合、リーダ・ライタから放射される磁束の殆どが携帯電話端末の主面に対してほぼ垂直方向を向くことになる。携帯電話端末の中にはキーボード、液晶表示パネル、電池、ＲＦ回路基板等が内蔵されているが、通常これらは接地電極面を備えているので、上記磁束は携帯電話端末を主面方向に貫くことができない。

特許文献１・特許文献２に記載のアンテナコイルでは、コイルの軸方向がリーダ・ライタの磁束とほぼ垂直関係となるので、リーダ・ライタからの信号が非常に検知されにくくなる。また、上述した理由で磁束は携帯電話端末を貫くことができないので、前記接地電極等により遮蔽されて迂回しようとする磁束のベクトルとアンテナコイルの軸方向とがほぼ一致した磁束しか検知することができず、検知不良が発生しやすくなる。特に自動改札機の場合、都市部において短時間に多数の乗客が通過するので、自動改札機における検知不良は極めて大きな問題となる。

仮に、アンテナコイルの軸がリーダ・ライタの磁束と同じ方向を向くように、筐体内の基板に対して垂直に実装しようとすると携帯電子機器全体の厚み寸法が大きくなるという問題が生じる。また、従来のアンテナコイルの軸を筐体内の基板に対して垂直に実装するにも、通常の電子部品のように実装することはできず、筐体内への組み込み作業性が非常に悪いという問題がある。

さらに、アンテナコイルは比較的大きな磁性体コアを必要とするので、アンテナコイル自体の質量が大きく、耐衝撃性が問題となる。

そこで、この発明の目的は、前述の筐体の厚み寸法の問題、接地電極による磁束の迂回の問題、組み込み作業性の問題、および耐衝撃性の問題を解消したアンテナコイルおよびそれを備えた携帯電子機器を提供することにある。

この発明のアンテナコイルは、柱状を成す磁性体コアの両端部の少なくとも一方につば部を有し、そのつば部に第１・第２の金属性バネ端子を設け、磁性体コアに巻回した導体の両端を第１・第２のバネ端子に接続してなる。

前記つば部は磁性体コアの両端に一体成形により設けてもよい。
前記バネ端子は前記つば部の例えば内側に設ける。
前記バネ端子は前記つば部に接合し、前記バネ端子と前記つば部との接合部を樹脂モールドしてもよい。

また、この発明のアンテナコイルは、磁性体コアが挿通される孔を有し、該孔を周回する導体配線が形成された配線基板と、前記孔に挿通された磁性体コアと、前記導体配線に導通するとともに前記配線基板に接合されたバネ端子と、を備える。

また、この発明のアンテナコイル装置は、前記導体の端部を前記つば部の内面に形成した電極に接続し、例えば樹脂ケース等の非磁性体ケースによって前記電極に前記バネ端子を圧接して成る。

また、この発明の携帯電子機器は、前記アンテナコイルまたはアンテナコイル装置を、前記磁性体コアの軸方向が回路基板に対して垂直となる向きで筐体内の回路基板の占有領域以外に配置してなる。

この発明によれば次のような効果を奏する。
（１）磁性体コアにつば部が設けられ、そのつば部に金属製バネ端子が設けられているので、回路基板に設けられた切欠部（凹部）に挿入する形で電気的に接続することができる。そのため、筐体の厚み寸法を大きくすることなく、磁性体コアの軸方向を回路基板に対して垂直にでき、回路基板に設けた接地電極による磁界の迂回もなく、さらにつば部によって磁束の集磁面が広くなり、アンテナとしての利得を高めることができる。さらに組み込み作業性も高まる。

（２）磁性体コアの両端につば部を一体成形することにより、アンテナコイル単体でのアンテナコイルの部品点数が削減されるとともに耐衝撃性が増す。

（３）バネ端子をつば部の内側に設けることによって、アンテナコイルから外側へのバネ端子の突出量が少なくてもバネ端子の撓み量を大きく確保することができ、全体の小型化が図れる。

（４）前記バネ端子は前記つば部に接合し、前記バネ端子と前記つば部との接合部を樹脂モールドすることにより、接合部の機械的強度が増し、また接合部の電気的な耐環境性が増し、部品としての信頼性が向上する。

（５）孔とそれを周回する導体配線が形成され、その導体配線に導通するバネ端子が接合された配線基板を備えることにより、その配線基板の孔に磁性体コアを挿通するだけで、バネ端子付きのアンテナコイルを容易に構成できる。すなわち、磁性体コアへの導体巻回作業が実質的に不要になり、バネ端子の取り付けも容易となる。さらに配線基板には他の部品を実装することもでき、全体に高集積化が図れる。

（６）前記バネ端子を突出させるとともに前記アンテナコイルを収容する非磁性体ケースを備えることによって、単体での取扱いが容易になるとともに、バネ端子付きアンテナコイルとしてのハンドリングが良好となり、携帯電子機器内への組み込みが容易となる。
また、バネ端子を非磁性体ケース内に圧入するだけで、バネ端子が接続できるので、バネ端子の取り付け作業が容易となり、製造コストを削減できる。

（７）前記アンテナコイルまたはアンテナコイル装置を、磁性体コアの軸方向が筐体内の回路基板に対して垂直となる向きで回路基板の占有領域外に配置することによって、リーダ・ライタに対して携帯電子機器の主面を水平にかざした場合にリーダ・ライタとの間の近接電磁界結合が大きくなり、高い検知感度が得られる。

《第１の実施形態》
図１は第１の実施形態に係るアンテナコイルの分解斜視図、図２はその組み立て後の斜視図である。
図１において磁性体コア１０は、コア部１１の両端部につば部１２，１３を一体成形していて、コア部１１にはワイヤ（導体）１４を巻回している。また、つば部１２の内面（図における上面）には電極１５，１６を形成していて、ワイヤ１４の両端をこの電極１５，１６に接続している。

バネ端子２１，２２は燐青銅等の弾性の高い金属を「つ」の字型（またはＵ字型）に折り曲げたものである。

非磁性体ケースである樹脂ケース３１には、その内部に磁性体コア１０のつば部１２，１３と平行に伸びるリブ３４，３５および上部のつば部１３を挿入するつば部挿入穴３３を形成している。樹脂ケース３１に磁性体コア１０を挿入した状態で、リブ３４，３５は下部のつば部１２の内面（上面）と一定間隔をおいて対向することになる。この状態で、つば部１２の上面とリブ３４，３５との間にバネ端子２１，２２を圧入することによって、バネ端子２１，２２の端部を電極１５，１６に圧接する。このような構造であれば、バネ端子２１，２２を半田付けすることなく磁性体コア１０に取り付けるとともに、ワイヤ１４に電気的に接続することができる。

上記樹脂ケース３１の樹脂に代えて例えば高機能紙を用いて非磁性体ケースを構成してもよい。なお、非磁性体ケースが導電体であるとケースに渦電流が発生して磁束の通過が妨げられるため、非磁性体ケースは通常非導電体にて構成する。

図２に示すように、樹脂ケース３１に磁性体コア１０およびバネ端子２１，２２を挿入した後、樹脂ケース３１の開口面に樹脂カバー３２を取り付ける（覆う）。樹脂カバー３２にはバネ端子開口部３６，３７を形成していて、バネ端子２１，２２の端部は、このバネ端子開口部３６，３７から部分的に突出する。バネ端子開口部３６，３７はバネ端子２１，２２の撓む方向にクリアランスをもっていて、バネ端子２１，２２の弾性を損なわない。また、樹脂カバー３２は、バネ端子２１，２２の抜け止めとしても作用する。
このようにしてアンテナコイル装置１００を構成する。

図３は携帯電子機器内への前記アンテナコイル装置の組み込み構造を示している。携帯電話端末等の携帯電子機器の筐体６０の内部には回路基板５０を設けていて、この回路基板５０に形成している電極にアンテナコイル装置１００のバネ端子２１，２２が当接する状態でアンテナコイル装置１００を筐体６０の内部に取り付ける。

このような構造により、筐体内に固定されている回路基板５０に対してアンテナコイル装置１００のバネ端子２１，２２を十分な荷重で押さえ付けることができ、且つ充分なストロークがとれるため、各部品の寸法ばらつきおよび組み立て精度によるばらつきを吸収できる。

アンテナコイル装置１００の磁性体コアの軸方向（磁束が通る主方向）は回路基板５０に対して垂直（したがって筐体６０の主面に対して垂直）となる向きで、筐体６０内での回路基板５０の占有領域外に配置する。これにより、アンテナコイル装置１００は回路基板５０に設けられている接地電極の影響を受けることなく、筐体６０の主面に対して垂直方向に抜ける磁束がアンテナコイル装置１００を通ることになる。

図４・図５は磁性体コアの断面積を縮小化した時の、アンテナコイルを用いたアンテナの利得変化の例を示している。図４の（Ａ）は断面積縮小化前の形状、（Ｂ）は両端部をつば部として残し、中央のコア部の断面積を縮小化した例、（Ｃ）は全体を縮小化した例である。図５は、図４に示した縮小化に伴う磁性体コアの断面積と通信可能最大距離との関係を示している。ここで菱形マークのプロットは図４（Ｂ）に示したようにコア部の断面積を縮小化した場合の特性変化、正方形マークのプロットは図４（Ｃ）に示したように磁性体コア全体を縮小化した場合の特性変化をそれぞれ示している。ここで磁性体コア１０の比透磁率は５０である。このようにつば部を残してコア部のみ断面積を縮小化することによって、通信可能最大距離を殆ど同程度に保ったまま断面積の縮小化が図れる。なお、磁性体コア１０の比透磁率が５０以上であれば、通信可能最大距離の低下をさらに抑えることができる。したがって、図１に示したように磁性体コア１０につば部１２，１３を設けるとともに、そのつば部の内側に生じる空間内に、図１に示したようにバネ端子を配置することによって、全体のサイズを大型化することなくバネ端子付きのアンテナコイル装置が構成できる。

《第２の実施形態》
図６は２つ折り型携帯電話等、主筐体と副筐体を備えた携帯電子機器の構造を示す分解斜視図である。アンテナコイル装置１００を組み込む筐体（主筐体）６０には回路基板５０を備えていて、この回路基板５０の端部に設けた切欠部５１にアンテナコイル装置１００を配置している。したがってアンテナコイル装置１００は、回路基板５０に形成されている接地電極の影響を受けない。

一方、筐体６０に重なるもう一方の筐体（副筐体）６１には液晶表示パネル５２を設けているが、筐体６１の液晶表示パネル５２以外の領域の非金属部５３に重なる位置に上記アンテナコイル装置１００を配置している。そのため、この非金属部５３を通る磁束がアンテナコイル装置１００を通る。

このような構造によって、筐体６０，６１を重ねた状態でリーダ・ライタにかざしても、その磁束がアンテナコイル装置１００を通過することになり、読み書きが可能となる。

《第３の実施形態》
図７は第３の実施形態に係るアンテナコイルとその実装構造を示す図であり、（Ａ）は分解斜視図、（Ｂ）は実装状態での斜視図である。この例では、コア部１１、このコア部１１に一体化したつば部１２、および別体のつば部１７で磁性体コアを構成する。

配線基板７０には、コア部１１が挿通する開口７４を形成していて、その周囲に導体配線７１を設けている。また、この配線基板７０には、導体配線７１の両端に導通するバネ端子７２，７３を取り付けている。

コア部１１とつば部１７は別体であるが、配線基板７０の開口７４にコア部１１を挿通した後、別体のつば部１７をコア部１１の端面に接着することにより一体化する。

図７（Ｃ）は図７（Ａ）（Ｂ）とは別の例である。この図７（Ｃ）に示すように、コア部１１にネジ穴を設けておき、つば部１７をネジ１８で固定するようにしてもよい。このとき、ネジ１８は磁性体であることが好ましい。

このように導体配線７１およびバネ端子７２，７３を設けた配線基板７０、コア部１１、およびつば部１２，１７によってアンテナコイルを構成する。そして、このアンテナコイルのバネ端子７２，７３を図７（Ｂ）のように回路基板５０の所定の電極に当接させることによって電気的導通を図る。

図７に示した例では配線基板７０を比較的大きく形成していて、導体配線７１以外に他の電子部品を実装可能としている。導体配線７１のみを設ける場合にはこの配線基板７０をつば部１２，１７と同程度のサイズとしてもよい。

《第４の実施形態》
図８・図９は第４の実施形態に係る携帯電話端末等の携帯電子機器内におけるアンテナコイルの取り付け構造を示す図である。図８（Ａ）はアンテナコイルの斜視図、図８（Ｂ）は磁性体コアの断面図、図８（Ｃ）は携帯電子機器の平面図である。また、図９は、図８（Ａ）（Ｂ）に示したアンテナコイルとは別のアンテナコイルの斜視図である。

図８（Ｂ）に示すように、磁性体コア１０にはその軸方向にネジ８０を挿通させる孔４１を形成している。この磁性体コア１０につば部を有すること、ワイヤを巻回していること、およびバネ端子２１，２２を設けていることは第１の実施形態で示したアンテナコイルと同様である。但し、バネ端子２１，２２の端部は磁性体コア１０の下部のつば部１２に形成した電極１５，１６に半田付け等でそれぞれ接合することによって、ケース無しのアンテナコイル４０を構成している。この場合も、磁性体コア１０のつば部の内側にバネ端子１５，１６の大部分を配置することになるので、バネ端子付きの小型のアンテナコイルとして用いることができる。

なお、磁性体コア１０のつば部とバネ端子との接合部は樹脂によって保護してもよい。例えば図９に示すように、磁性体コア１０のつば部１２に形成した電極にバネ端子２１，２２を半田付け等により接合した後、下部のつば部１２全体をモールド樹脂９０で樹脂モールドする。

この構造により、磁性体コア１０のつば部１２とバネ端子との機械的接合強度が増し、また接合部の電気的な耐環境性が増し、部品としての信頼性が向上する。

このようなアンテナコイル４０を携帯電子機器の筐体６０内に収納する際、図８（Ｃ）に示すように、筐体６０に対してネジ８０で取り付ける。その際、ネジ８０は筐体６０の上下部（上部筐体・下部筐体）同士を合わせて固定するためのネジに兼用してもよい。この状態でアンテナコイル４０に設けたバネ端子２１，２２が筐体６０内に設けた回路基板上の電極に当接させる。
なお、筐体６０の内部にアンテナコイル４０を上記ネジ８０で取り付けるようにしてもよい。

第１の実施形態に係るアンテナコイル装置の分解斜視図である。 同アンテナコイル装置の斜視図である。 同アンテナコイル装置の筐体内での取り付け構造を示す図である。 磁性体コアの形状変化の例を示す図である。 磁性体コアの形状変化と通信可能最大距離変化との関係を示す図である。 第２の実施形態に係る携帯電子機器の構造を示す分解斜視図である。 第３の実施形態に係るアンテナコイルの斜視図である。 第４の実施形態に係るアンテナコイルおよびその実装構造を示す図である。 第４の実施形態に係る別のアンテナコイルの斜視図である。

符号の説明

１０−磁性体コア
１１−コア部
１２，１３，１７−つば部
１４−ワイヤ（導体）
１５，１６−電極
１８−ネジ
２１，２２−バネ端子
３１−樹脂ケース
３２−樹脂カバー
３３−つば部挿入穴
３４，３５−リブ
３６，３７−バネ開口部
４０−アンテナコイル
４１−孔
５０−回路基板
５１−切欠部
５２−液晶表示パネル
５３−非金属部
６０，６１−筐体
７０−配線基板
７１−導体配線
７２，７３−バネ端子
７４−開口
８０−ネジ
９０−モールド樹脂
１００−アンテナコイル装置

Claims (7)

1. 柱状の磁性体コアに導体を巻回してなるアンテナコイルであって、
   前記磁性体コアの両端部の少なくとも一方につば部を有し、該つば部に第１・第２の金属製バネ端子が設けられ、前記導体の一端が前記第１のバネ端子に接続されて、前記導体の他端が前記第２のバネ端子に接続されて成るアンテナコイル。
2. 前記磁性体コアの両端に前記つば部が一体成形されてなる請求項１に記載のアンテナコイル。
3. 前記バネ端子は前記つば部の内側に設けられている請求項１または２に記載のアンテナコイル。
4. 前記バネ端子は前記つば部に接合されていて、前記バネ端子と前記つば部との接合部は樹脂モールドされている請求項３に記載のアンテナコイル。
5. 柱状の磁性体コアと、該磁性体コアを周回する導体とを備えたアンテナコイルであって、
   前記磁性体コアが挿通される孔と、該孔を周回する導体配線が形成され、該導体配線に導通するバネ端子が接合された配線基板を備え、
   前記磁性体コアは、その両端部の少なくとも一方につば部を有して成るアンテナコイル。
6. 請求項１，２または３に記載のアンテナコイルと、該アンテナコイルを収容する非磁性体ケースとを備えたアンテナコイル装置であって、
   前記導体の端部は前記つば部の内面に形成された電極に接続され、前記非磁性体ケースによって前記電極に前記バネ端子が圧接されて成るアンテナコイル装置。
7. 請求項１乃至５のうちいずれか１項に記載のアンテナコイルまたは請求項６に記載のアンテナコイル装置を、前記磁性体コアの軸方向が筐体内の回路基板に対して垂直となる向きで、前記筐体内の前記回路基板の占有領域外に配置して成る携帯電子機器。

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