JP2010199908A - アンテナ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 アンテナ装置において、金属体に対応可能で設置場所の制約が少ないと共に、製造工程数が削減されて各部の接続も容易にすること。
【解決手段】 磁性体材料で形成されたフェライトバー２に線材３が巻回されたアンテナ本体４、裏面に非磁性体金属膜５が形成されパターン配線６を有する回路基板７と、を備え、アンテナ本体４が、非磁性体金属膜５の直上に巻回された線材３を配して回路基板７の表面上に実装され線材３がパターン配線６に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車のスマートキーレスエントリシステム等に好適なアンテナ装置に関する。

近年、キー操作なしに自動車等の車両ドアのロック／アンロックを行ういわゆるスマートキーレスエントリシステム又はパッシブキーレスエントリ（ＰＫＥ）と呼ばれる電子キーシステムが標準になりつつある。このＰＫＥは、車両の所有者が持つ電子キー（ＦＯＢ）の操作無しで無線通信を利用した車両のセンサ若しくはスイッチ等の操作により、ドアのロック／アンロック制御が可能になるものである。

これらの電子キーシステムでは、例えば小型で省スペースな通信用のアンテナとしてフェライトバーに線材を巻線させたフェライトバーアンテナが採用されるが、自動車のセンターピラー等の金属体に取り付ける場合、金属体の影響を受けてＱ値が低下して通信距離が短くなるため、金属体から離すように設置されていた。このように、アンテナの設置場所に制約を受けてしまう不都合があった。

このため、従来、例えば特許文献１には、電磁波を送受信するアンテナが、磁性体からなる磁心にアンテナコイルを取り付けて構成された磁路部材と、この磁路部材の取付部と磁路部材の間に介装された非磁性の導電性シートとを備えたキーレスエントリシステムが提案されている。

このキーレスエントリシステムでは、フェライトバーアンテナを非磁性金属上に配置することで、磁心に磁束を集中させることができ、自動車のセンターピラー等の金属体への設置に対応させている。このフェライトバーアンテナでは、共振用のコンデンサを含めて任意の共振周波数に調整されたフェライトバーアンテナが筐体に収納又は樹脂でモールドされ、これに非磁性の導電性シートとして銅板等を貼付することで作製されている。

このフェライトバーアンテナは、非磁性金属を介することによって直接車体に取り付ける場合よりもＱ値が高くなり、アンテナに対する車体の影響を、いわゆるオンメタル化で抑制することができる。
また、従来のフェライトバーアンテナにおけるコイル、共振用のコンデンサ及び配線の接続は、例えば回路基板やリードフレームにフェライトバーアンテナ及び表面実装型のコンデンサを実装して行われ、さらに筐体に固定又は樹脂モールドで固める方法が採用されている。

特開２００８−２５２４６２号公報（特許請求の範囲、図３）

しかしながら、上記従来の技術においても、以下の課題が残されている。
すなわち、従来の金属体に対応したアンテナでは、フェライトバーアンテナを筐体に収納したもの又は樹脂モールドされたものに、非磁性導電性シートとして銅板等を貼付するため、銅板等の貼付の手間及び位置合わせ等の製造工程数が増えてしまう共に、共振用のコンデンサ、コイル及び配線の各接続構造が複雑になり、製造コストの増大を招いてしまう不都合があった。

本発明は、前述の課題に鑑みてなされたもので、金属体に対応可能で設置場所の制約が少ないと共に、製造工程数が削減されて各部の接続も容易なアンテナ装置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以下の構成を採用した。すなわち、本発明のアンテナ装置は、磁性体材料で形成された磁心に線材が巻回されたアンテナ本体と、表面、裏面又は内部に非磁性体金属膜が形成されパターン配線を有する回路基板と、を備え、前記アンテナ本体が、巻回された前記線材を前記非磁性体金属膜の直上に配して前記回路基板の表面上に実装され前記線材が前記パターン配線に接続されていることを特徴とする。

このアンテナ装置では、アンテナ本体が、巻回された線材を非磁性体金属膜の直上に配して回路基板の表面上に実装され線材がパターン配線に接続されているので、回路基板に設けられアンテナ本体の線材の下方に配された非磁性体金属膜により金属体に対応可能であり、銅板等の非磁性導電シートを別途取り付ける必要がない。また、非磁性導電シート等を介さず、アンテナ本体が回路基板の表面に直接実装されるため、パターン配線を介してコネクタ、種々の電子部品又は通信回路などに接続が容易となる。

また、本発明のアンテナ装置は、前記回路基板の表面に実装され前記パターン配線を介して前記線材に接続された共振周波数調整用の電子部品を備えていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、回路基板の表面に実装されパターン配線を介して線材に接続された共振周波数調整用の電子部品を備えているので、同一面への表面実装により線材と共振用コンデンサや抵抗等の共振周波数調整用の電子部品との接続が容易となる。

また、本発明のアンテナ装置は、前記アンテナ本体が、前記線材に接続された共振周波数調整用の電子部品又は調整回路部を備えていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、アンテナ本体が、線材に接続された共振周波数調整用の電子部品又は調整回路部を備えているので、アンテナ本体と電子部品又は調整回路部との一体化によって実装工数及び実装スペースの削減を図ることができる。

また、本発明のアンテナ装置は、前記回路基板の表面に前記アンテナ本体と接続された通信回路部が設けられていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、回路基板の表面にアンテナ本体と接続された通信回路部が設けられているので、回路基板をアンテナ本体と通信回路部とで共通化して一体化することで、回路基板の寸法（幅及び長さ）を無駄なくアンテナ本体に対して大きくすることができ、裏面の非磁性金属膜を最大限にすることで通信特性を向上させることができる。

また、本発明のアンテナ装置は、前記アンテナ本体が、前記回路基板の表面に樹脂で封止されて固定されていることを特徴とする。
すなわち、このアンテナ装置では、アンテナ本体が、回路基板の表面に樹脂で封止されて固定されているので、樹脂モールドによって車載時などの振動や衝撃に対して高い強度を得ることができる。

本発明によれば、以下の効果を奏する。
本発明のアンテナ装置によれば、アンテナ本体が、巻回された線材を非磁性体金属膜の直上に配して回路基板の表面上に実装され線材がパターン配線に接続されているので、回路基板の非磁性体金属膜によって金属体に対応可能であると共に、アンテナ本体が回路基板の表面に直接実装されて共振周波数調整用の電子部品、線材及び配線などの各接続が容易となる。すなわち、従来のように別途、銅板等の非磁性導電シートを貼付及び位置合わせする必要がないと共に各部の接続が容易となり、製造工程数の削減が可能で、製造コストを低減することができる。
したがって、自動車のセンターピラー等の金属体に対応可能で、設置位置の制約が少ないと共に低コストであり、キーレスエントリシステム等に用いるアンテナ装置として好適である。

本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態において、樹脂封止前のアンテナ装置を示す斜視図である。 本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態において、樹脂封止前のアンテナ装置を示す斜視図である。 本発明に係るアンテナ装置の第３実施形態において、樹脂封止前のアンテナ装置を示す斜視図である。

以下、本発明に係るアンテナ装置の第１実施形態を、図１を参照しながら説明する。

本実施形態におけるアンテナ装置１は、例えば自動車等の車両に搭載されるパッシブキーレスエントリシステムに用いられるＬＦ（Low Frequency）帯アンテナであって、車室外アンテナとしてドア付近の金属体上などに設置されるものである。このアンテナ装置１は、図１に示すように、磁性体材料で形成されたフェライトバー（磁心）２に線材３が巻回されたフェライトバーアンテナであるアンテナ本体４と、裏面（半田面）に非磁性体金属膜５が形成され表面（部品面）にパターン配線６を有する回路基板７と、該回路基板７の表面に実装されパターン配線６に接続された共振用コンデンサ（共振周波数調整用の電子部品）８と、を備えている。

本実施形態でいうＬＦ帯とは、３０ｋＨｚ〜３００ｋＨｚであり、具体的には、１２５ｋＨｚ帯、１３４ｋＨｚ〜１３５ｋＨｚ帯である。
上記アンテナ本体４は、下方に非磁性体金属膜５を配して回路基板７の表面上に実装されパターン配線６を介して線材３と共振用コンデンサ８とが接続されている。
また、このアンテナ本体４は、回路基板７の表面に樹脂９で封止されて固定されている。

上記回路基板７は、非磁性体金属膜５として銅箔が裏面に形成された両面プリント基板（両面ＰＣＢ基板）である。なお、本実施形態では、回路基板７の裏面全体に非磁性体金属膜５が形成されている。このように、できるだけ広く非磁性体金属膜５が形成されていることが好ましいが、少なくともアンテナ本体４の下部に非磁性体金属膜５を残せば金属対応の効果を奏することができる。また、非磁性体金属膜５としては、銅箔以外に、アルミニウム、アルミニウム合金、銅合金、ステンレス鋼、マグネシウム合金、青銅、黄銅等の金属膜が採用可能である。

この回路基板７の表面には、外部の通信回路の配線（図示略）と接続可能なコネクタ１０が実装されており、パターン配線６と接続されている。なお、コネクタ１０を介さず、配線をパターン配線６に直接接続しても構わない。

上記パターン配線６の作製方法としては、まず基板本体の表面に金属膜を形成する。この際、アンテナ本体４の下に設ける非磁性体金属膜５、パターン配線６、通信回路等の配線を考慮して同一材料が好適であり、本実施形態では、上述したように銅箔を採用している。次に、フォトリソグラフィ技術によりエッチングすることで、パターン配線６となる部分以外を除去する。
また、別の作製方法としては、基板本体に金属箔を貼り付けた後、所望の形状でパターン配線６を打ち抜き、回路形成する。
なお、いずれの場合も、アンテナ本体４の直下であって回路基板７の裏面に形成される非磁性体金属膜５はベタ塗りのままで、特にエッチングなどで除去しない。

このように本実施形態のアンテナ装置１では、裏面に非磁性体金属膜５が形成された回路基板７の表面上にアンテナ本体４が実装されてパターン配線６を介して線材３と共振用コンデンサ８とが接続されているので、回路基板７の裏面かつアンテナ本体４の線材３の下方に配された非磁性体金属膜５により金属体に対応可能であり、銅板等の非磁性導電シートを別途取り付ける必要がない。すなわち、回路基板７の裏面に形成された銅箔の非磁性体金属膜５によるオンメタル構造を採用することで、金属体の影響（共振周波数のずれやＱ値の低下等）を抑制可能となる。
また、非磁性導電シート等を介さず、アンテナ本体４が回路基板７の表面に共振用コンデンサ８や抵抗等と同様に直接実装されるため、共振用コンデンサ８、線材３及び配線の各接続が容易となる。

また、回路基板７が、非磁性体金属膜５として銅箔が裏面に形成された両面プリント基板であるので、特殊な回路基板ではなく安価な両面プリント基板を採用することで、低コストで金属対応が可能になると共に他の回路と基板を共有することが容易となる。
さらに、アンテナ本体４が、回路基板７の表面に樹脂９で封止されて固定されているので、樹脂モールドによって車載時の振動や衝撃に対して高い強度を得ることができる。

次に、本発明に係るアンテナ装置の第２実施形態及び第３実施形態について、図２及び図３を参照して以下に説明する。なお、以下の実施形態の説明において、上記実施形態において説明した同一の構成要素には同一の符号を付し、その説明は省略する。

第２実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、外部の通信回路とアンテナ本体４及び共振用コンデンサ８とが配線及びコネクタ１０を介して接続されるのに対し、第２実施形態のアンテナ装置２１では、図２に示すように、回路基板２７の表面にアンテナ本体４と接続された通信回路部２０が設けられている点である。

すなわち、第２実施形態では、回路基板２７の表面にアンテナ本体４及び共振用コンデンサ８に隣接して送受信用の電子部品（図示略）やパターン配線等で構成された通信回路部２０が設けられている。このため、第２実施形態の回路基板２７は、第１実施形態のものに比べて寸法が大きく、裏面の銅箔で形成された非磁性体金属膜５の面積も広く設定されている。

このように第２実施形態のアンテナ装置２１では、回路基板２７の表面にアンテナ本体４と接続された通信回路部２０が設けられているので、回路基板２７をアンテナ本体４と通信回路部２０とで共通化して一体化することで、回路基板２７の寸法（幅及び長さ）を無駄なくアンテナ本体４に対して大きくすることができ、裏面の非磁性体金属膜５を最大限にすることで通信特性を向上させることができる。また、コネクタ１０も不要になり、部材コストの低減を図ることができる。

次に、第３実施形態と第１実施形態との異なる点は、第１実施形態では、回路基板７の表面に直接アンテナ本体４を実装しているのに対し、第３実施形態のアンテナ装置３１では、図３に示すように、回路基板７の表面に設置された磁性シート３５を介してアンテナ本体４が実装されている点である。すなわち、第３実施形態のアンテナ装置３１では、回路基板７の表面に磁性シート３５が貼り付けられ、さらに磁性シート３５上にアンテナ本体４が設置されている。

上記磁性シート３５としては、例えばアモルファス合金等の軟磁性粉末又は軟磁性フレークをプラスチック又はゴムに分散させて形成したシート等が採用可能である。
このように、第３実施形態では、アンテナ本体４と非磁性体金属膜５との間に磁性シート３５を介在させているので、磁性シート３５によって電磁遮蔽され、磁束が磁性シート３５内を磁気損失なく通過することで、金属体に近接していても特性がより安定する。

なお、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。

例えば、上記各実施形態では、本発明のアンテナ装置をキーレスエントリシステムの信号送受信用アンテナとして採用したが、他の用途のアンテナとして適用しても構わない。特に、アンテナ装置を金属体上又は金属体に近接させて設置する場合に好適である。例えば、ガス管、上水道、下水道、ケーブル管、光ファイバ管、オイル輸送管、薬液輸送管等の各種金属管や金属体に設置されて識別情報を無線通信可能な金属体用ＲＦＩＤ（無線周波数識別：Radio Frequency Identification）素子用のアンテナ装置としても採用可能である。

また、上記各実施形態では、アンテナ本体と電子部品とを、別々に回路基板上に実装しているが、アンテナ本体自体が、線材に接続された共振周波数調整用の電子部品又は調整回路部を備えていても構わない。例えば、フェライトバー上に線材に接続された共振周波数調整用の調整回路部としてコンデンサ部やインダクタ部を設けて一体化したものを回路基板上に実装しても良い。

また、リードフレームを介してアンテナ本体と共振周波数調整用の電子部品とを接続し、この状態でモールド成形して一体化しても構わない。なお、モールド成形して接続状態を保護することが好ましいが、モールド成形せずにリードフレームで互いに接続されて一体化されていれば良い。これらのアンテナ装置では、アンテナ本体が、線材に接続された共振周波数調整用の電子部品又は調整回路部を備えているので、アンテナ本体と電子部品又は調整回路部との一体化によって実装工数及び実装スペースの削減を図ることができる。

また、上記各実施形態では、回路基板の裏面に非磁性体金属膜を形成しているが、アンテナ本体が実装される表面側に非磁性体金属膜を形成しても構わない。この場合、アンテナ本体の実装領域であって巻回状態の線材の直下に非磁性体金属膜が配されるように設定される。すなわち、アンテナ本体と回路基板の基板本体との間に非磁性体金属膜を配する。この際、アンテナ本体の線材と非磁性体金属膜との電気的絶縁を図るために、互いの間に絶縁体を介在させる。例えば、絶縁材料で被覆された線材や、非磁性体金属膜上に形成したレジストで、絶縁性を得る。また、回路基板の表面に形成するパターン配線や通信回路部などのスペースを考慮しつつ、できるだけ広く非磁性体金属膜が形成される。

また、多層構造の回路基板を用いて内部に非磁性体金属膜を形成しても構わない。例えば、非磁性体金属膜を挟んで２層の基板層を積層した回路基板を採用しても良い。この場合でも、中間層となる非磁性体金属膜が、少なくともアンテナ本体の線材の直下に配されるように設定する。

また、上記各実施形態のアンテナ本体は、フェライトバーに線材を直接巻回しているが、ボビン状のものに線材を巻回し、その中心にフェライトバーを差し込んだものでも構わない。なお、この場合、端子は表面実装タイプやリードタイプ等の端子加工で形成可能である。
また、周波数としては上述したようにＬＦ帯を採用しているが、ＨＦ帯などでも有効である。

１，２１，３１…アンテナ装置、２…フェライトバー（磁心）、３…線材、４…アンテナ本体、５…非磁性体金属膜、６…パターン配線、７，２７…回路基板、８…共振用コンデンサ（共振周波数調整用の電子部品）、９…樹脂、２０…通信回路部、３５…磁性シート

Claims (5)

1. 磁性体材料で形成された磁心に線材が巻回されたアンテナ本体と、
   表面、裏面又は内部に非磁性体金属膜が形成されパターン配線を有する回路基板と、を備え、
   前記アンテナ本体が、巻回された前記線材を前記非磁性体金属膜の直上に配して前記回路基板の表面上に実装され前記線材が前記パターン配線に接続されていることを特徴とするアンテナ装置。
2. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記回路基板の表面に実装され前記パターン配線を介して前記線材に接続された共振周波数調整用の電子部品を備えていることを特徴とするアンテナ装置。
3. 請求項１に記載のアンテナ装置において、
   前記アンテナ本体が、前記線材に接続された共振周波数調整用の電子部品又は調整回路部を備えていることを特徴とするアンテナ装置。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
   前記回路基板の表面に前記アンテナ本体と接続された通信回路部が設けられていることを特徴とするアンテナ装置。
5. 請求項１から４のいずれか一項に記載のアンテナ装置において、
   前記アンテナ本体が、前記回路基板の表面に樹脂で封止されて固定されていることを特徴とするアンテナ装置。

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