JP2014156700A - 電子タグおよび車両ドア施解錠システム - Google Patents

Abstract

【課題】小型化と通信品質の向上の両立を図ることができる車両ドア施解錠システムを提供する。
【解決手段】近距離無線通信を行うためのループ状または渦巻き状のコイル導体２２と、釦電池３０を収納する釦電池収納部を有するプリント基板２０を備え、プリント基板２０には、コイル導体２２により形成されるループの内側を通過するように外部アンテナから放射された磁束が、釦電池収納部に収納された釦電池によりコイル導体により形成されるループの外側に漏れ出るようにコイル導体と釦電池収納部が近接して配置されているが、コイル導体により形成されるループの外側に漏れ出ようとする磁束をコイル導体により形成されるループの内側に誘導する金属パーツ５２を備えた。
【選択図】図５

Description

本発明は、近距離無線通信を行うためのコイル導体を有する電子タグおよび車両ドア施解錠システムに関するものである。

従来、近距離無線通信を行うためのコイル導体を有するアンテナ装置として、巻回中心部をコイル開口部とするループ状またはスパイラル状のコイル導体と、導体開口部及びこの導体開口部と外縁との間を連接するスリット部を有した導体層と、を備え、コイル導体を平面視したとき、コイル開口部と導体開口部とが重なっており、導体層の面積がコイル導体の形成面積より大きく、筐体は、金属部分を含み、導体層を、金属部分の少なくとも一部から構成するようにして、通信距離を広げるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−１３５０２０号公報

ところで、車両において、ユーザが所持する電子キーと、車両に搭載された車載器との間で、電子キーの照合のための電波の送受信が行われ、電子キーの照合結果に従って車両のドアの施錠、解錠、車両のエンジン等の始動許可を行う車両ドア施解錠システムがある。

このような車両ドア施解錠システムにおいて、電子キーに、近距離無線通信（ＮＦＣ：Ｎｅａｒ Ｆｉｅｌｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）を行うための電子タグを内蔵することが検討されている。しかし、このような車両ドア施解錠システムの電子キーは、釦電池を内蔵しているため、この釦電池と電子タグのコイル導体を近接して配置した場合、コイル導体により形成されるループの内側を通過するように端末機器から放射された近距離無線通信のための電磁波が、釦電池により曲げられてコイル導体により形成されるループの外側に漏れ出てしまう場合がある。このように、端末機器からの電磁波がコイル導体の外側に漏れ出てしまうと、アンテナの感度が低下して通信品質が低下してしまうといった問題がある。

なお、コイル導体と釦電池収納部を離して配置すれば、通信品質を向上することはできるが、電子タグが大型化してしまうといった問題がある。

本発明は上記問題に鑑みたもので、小型化と通信品質の向上の両立を図ることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、近距離無線通信を行うためのループ状または渦巻き状のコイル導体（２２）と、釦電池（３０）を収納する釦電池収納部（２３）と、基板（２０）と、を備え、基板には、コイル導体により形成されるループの内側を通過するように外部アンテナから放射された磁束が、釦電池収納部に収納された釦電池によりコイル導体により形成されるループの外側に漏れ出ようとするようにコイル導体と釦電池収納部が近接して配置されているが、コイル導体により形成されるループの外側に漏れ出ようとする磁束をコイル導体により形成されるループの内側に誘導する金属部材（５２）を備えたことを特徴としている。

このような構成によれば、コイル導体により形成されるループの外側に漏れ出ようとする磁束をコイル導体により形成されるループの内側に誘導する金属部材（５２）を備えたので、基板に、コイル導体により形成されるループの内側を通過するように外部アンテナから放射された磁束が、釦電池収納部に収納された釦電池によりコイル導体により形成されるループの外側に漏れ出ようとするようにコイル導体と釦電池収納部を近接配置しても、金属部材（５２）によりコイル導体により形成されるループの外側に漏れ出ようとする磁束がコイル導体により形成されるループの内側に誘導され、小型化と通信品質の向上の両立を図ることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の一実施形態に係る電子キーの外観図である。 本発明の一実施形態に係る電子キーの分解斜視図である。 電子キーをリーダライタに近づけた場合の磁束の様子について説明するための図である。 電子キーをリーダライタに近づけた場合の磁束の様子について説明するための図である。 電子キーをリーダライタに近づけた場合の磁束の様子について説明するための図である。 金属パーツとコイル導体の重なりと、重なりを変化させた場合の最小動作磁界強度の特性について示した図である。

本発明の一実施形態に係る電子キーの外観図を図１に示す。この電子キー１は、車両のドアの施錠、解錠および車両のエンジン等の始動許可を行う車両ドア施解錠システムに用いられる。この車両ドア施解錠システムは、ユーザが所持する電子キー１および車両に搭載された車載器（図示せず）により構成される。電子キー１は、車両に搭載された車載器との間で、照合のための電波の送受信を行う。

また、本実施形態における電子キー１は、ＨＦ帯（例えば、１３．５６ＭＨｚ）の近距離無線通信（ＮＦＣ）を行うためのタグアンテナを有する電子タグとしての機能も備えている。電子キー１は、車載器から送信される車両情報を受信すると、受信した車両情報をメモリに記憶させるようになっている。また、乗員が近距離無線通信用のリーダライタ（外部アンテナに相当する）を有する端末機器（例えば、スマートフォン等）を電子キー１にかざすと、電子キー１から端末機器へ上記タグアンテナを介して車両情報が電波送信され、端末機器の表示画面で車両情報を確認することが可能となっている。

電子キー１は、いずれも樹脂製の第１のケース１０および第２のケース５０から成るケース１００を備えている。第１のケース１０および第２のケース５０を嵌合させることによりケース１０が構成されるようになっている。また、第２のケース５０の外側の面には、３つの操作部５１が形成されている。また、ケース１００に設けられた穴部にリング１００ａを取り付けることが可能となっている。

図２に、電子キー１の分解斜視図を示す。この図を参照して、電子キー１の構成について説明する。電子キー１は、第１のケース１０、プリント基板２０、釦電池３０、メカニカルキー４０および第２のケース５０を備えている。

第１のケース１０ａの内側には、プリント基板２０を固定するための複数の突起１０aが形成されている。また、第１のケース１０ａには、メカニカルキー４０を収納するための切り欠き１３が形成されている。

プリント基板２０は、略長方形をなしている。このプリント基板２０は、第１のケース１０ａの内側に形成された複数の突起１０aの上に搭載されるようになっている。

プリント基板２０の一面には、３つのスイッチ２１が搭載されている。これらのスイッチ２１は、それぞれ第２のケース５０に形成された３つの操作部５１のケース１００の内側に配置される。また、プリント基板２０の反対側の面には、釦電池３０を収納する釦電池収納部２３が設けられている。

また、プリント基板２０には、ＨＦ帯の電波を送信または受信して近距離無線通信（ＮＦＣ）を行うためのループ状のコイル導体２２が形成されている。このコイル導体２２は、タグアンテナに相当するもので、プリント基板２０の中層に銅パターンを印刷して形成されている。

なお、プリント基板２０の一面には、車両に搭載された車載器に３００ＭＨｚ帯の電波を送信する送信アンテナ（図示せず）が形成されており、プリント基板２０の反対側の面には、車載器から送信される１２５ｋＨｚ帯の電波を受信する受信アンテナ（図示せず）が設けられている。

また、プリント基板２０には、車両に搭載された車載器との間で、照合のための電波の送受信を行うための回路と、近距離無線通信（ＮＦＣ）を行うための回路が搭載されている。なお、照合のための電波の送受信を行うための回路は、釦電池３０からの給電により動作し、近距離無線通信（ＮＦＣ）を行うための回路は、端末機器に設けられた近距離無線通信用のリーダライタからの電磁波を受信することにより得られる電力で動作する。ただし、近距離無線通信（ＮＦＣ）を行うための回路は、釦電池３０より供給される電力で動作することも可能となっている。なお、近距離無線通信（ＮＦＣ）を行うための回路には、各種信号処理を行う制御回路、メモリ、信号処理回路等の各ＩＣチップ（図示せず）が含まれる。

メカニカルキー４０は、電子キー１が故障した時などに、電子キー１のケース１００から取り外して使用されるものである。車両のドアに設けられたドアシリンダーにメカニカルキー４０を差し込んでメカニカルキー４０を回転させることで、車両のドアの施錠または解錠を行うことが可能となっている。

第２のケース５０には、メカニカルキー４０を収納するための切り欠き５３が形成されている。また、第２のケース５０の外側の表面には、略コの字状の金属パーツ５２が設けられている。この金属パーツ５２は、金属材料（例えば、亜鉛）を用いて構成されている。また、この金属パーツ５２は、係止爪（図示せず）を有しており、この金属パーツ５２の係止爪を、第２のケース５０に設けられた係止穴（図示せず）に係止させて金属パーツ５２を第２のケース５０に固定させるようになっている。金属パーツ５２は、加飾として第２のケース５０に付加される。ケース１００に金属パーツ５２を付加することにより高級感が演出される。また、金属パーツ５２は、近距離無線通信用の電磁波の受信感度を向上して通信品質を向上させる役割も果たしている。

次に、電子キー１の組み付けについて説明する。まず、回路部品が搭載されたプリント基板２０を用意し、第１のケース１０にプリント基板２０を取り付ける。具体的には、プリント基板２０に設けられた釦電池収納部２３に釦電池３０を挿入した後、プリント基板２０を、第１のケース１０ａの内側に形成された突起１０aの上に搭載する。

次に、金属パーツ５２を取り付けた第２のケース５０を第１のケース１０と嵌合させて電子キー１の組み付けが完了する。

最後に、メカニカルキー４０を第１のケース１０に形成された切り欠き１３と第２のケース５０に形成された切り欠き５３から成る挿入穴に挿入し、ケース１００に設けられた穴部にリング１００ａを取り付けると、電子キー１が完成する。

上記した構成において、近距離通信用のリーダライタ（図示せず）を有する端末機器を電子キー１に近づけると、リーダライタからＨＦ帯の電磁波が放射され、電子キー１のプリント基板２０に形成されたコイル導体２２には、リーダライタから放射された電磁波の強さに応じた誘導電流が発生する。この誘導電流は電子キー１の信号処理回路において整流され電力が発生する。そして、この電力により電子キー１の制御回路、メモリ等が動作を開始する。

電子キー１の制御回路は、信号処理回路において整流された電圧に応じた処理を実施するとともに、メモリから必要なデータを読み出し、このメモリから読み出したデータを電磁波に乗せてコイル導体２２から返信する。リーダライタは、電子キー１からの電磁波を受信するとともに、リーダライタの制御部（図示せず）は、電子キー１から受信した電磁波から情報を取り出す。

次に、図３〜５を参照して電子キー１をリーダライタ２００に近づけた場合の磁束の様子について説明する。

図３に示すように、コイル導体２２が形成された基板２０を、アンテナ２２２が形成された基板２２０を有する近距離無線通信用のリーダライタ２００に近づけると、リーダライタ２００からＨＦ帯の電磁波が放射され、電子キー１のプリント基板２０に形成されたコイル導体２２には、リーダライタ２００のアンテナ２２２から放射された電磁波の強さに応じた誘導電流が流れる。

ここで、本電子キー１のように、プリント基板２０に形成されたコイル導体２２の近くに釦電池３０が配置されているような場合、図４に示すように、コイル導体２２により形成されるループの内側を通過するようにリーダライタ２００のアンテナ２２２から放射された磁束が、釦電池３０によりコイル導体２２により形成されるループの外側に漏れ出てしまうという現象が発生する。すなわち、コイル導体２２により形成されるループの内側に釦電池３０のような面積の比較的大きな導電性物体が存在すると、その表面に沿って大きな渦電流が発生し、この渦電流によりコイル導体２２により形成されるループの内側を通過しようとする磁界と反対の磁界が発生し、通信に必要な磁界が相殺される。また、釦電池３０のような導電性物体の周縁部では、図４に示すように、導電性物体の表面に沿って発生する渦電流により、コイル導体２２により形成されるループの内側を通過するようにリーダライタ２００のアンテナ２２２から放射された磁束が、釦電池３０のような導電性物体を避けるようにコイル導体２２により形成されるループの外側を向くようになり、コイル導体２２により形成されるループの外側に漏れ出てしまう。

このように、コイル導体２２により形成されるループの内側を通過しようとする電磁波が相殺されてしまったり、コイル導体２２により形成されるループの内側を通過しようとする磁束がコイル導体２２により形成されるループの外側に漏れ出てしまうと、アンテナの受信感度が低下して通信品質が低下してしまう。

そこで、本実施形態における電子装置１は、図５に示すように、ケース１００に設けた金属パーツ５２により、コイル導体２２により形成されるループの外側に漏れ出ようとする磁束をコイル導体２２により形成されるループの内側に誘導する構成となっている。すなわち、金属パーツ５２の表面に沿って渦電流が発生し、この渦電流によりコイル導体２２により形成されるループの外側に漏れ出ようとする磁束がコイル導体２２により形成されるループの内側に誘導され、コイル導体２２により形成されるループの内側を通るようになっている。

ケース１００に金属パーツ５２が設けられていない場合、コイル導体２２により形成されるループの内側を通過しようとする磁束がコイル導体２２により形成されるループの外側に漏れ出るため、図４中の領域Ａに示すように、コイル導体２２により形成されるループの内側を通過する磁束が少なくなるのに対し、ケース１００に金属パーツ５２が設けられている場合には、金属パーツ５２により、コイル導体２２により形成されるループの外側に漏れ出ようとする磁束がコイル導体２２により形成されるループの内側に誘導されるため、図５中の領域Ｂに示すように、コイル導体２２により形成されるループの内側を通過する磁束は、図４中の領域Ａに示した磁束よりも多くなる。

次に、金属パーツ５２とコイル導体２２の重なりｄと磁界強度の関係について説明する。図６（ａ）に、金属パーツ５２とコイル導体２２の重なりｄを示す。本実施形態では、図６（ａ）に示すように、プリント基板２０におけるコイル導体２２の外縁側の端部を基準位置として、金属パーツ５２とコイル導体２２の重なりを重なりｄとする。金属パーツ５２とコイル導体２２の重なりｄの値は、基準位置から電子キー１の中央に近づくにつれて大きくなる。また、金属パーツ５２の端部が基準位置よりコイル導体２２により形成されるループの外側になると負の値となる。

図６（ｂ）に、金属パーツ５２とコイル導体２２の重なりｄを変化させた場合の最小動作磁界強度の特性を示す。なお、最小動作磁界強度とは、リーダライタからの電磁波を受信することにより得られるパワーであって、電子キー１が電子タグとして動作することか可能な下限値のパワーを発生させられる磁界強度のことをいう。

本実施形態では、リーダライタと電子キー１を予め規定された位置関係となるように配置して、リーダライタから放射する電磁波の強度と電子キー１のコイル導体２２周辺の磁界強度の関係を事前に調査しておき、その後、リーダライタから放射する電磁波の強度を変化させて電子キー１が電子タグとして動作することか可能な電磁波の強度を、リーダライタから放射する電磁波の強度として特定する。

図６（ｂ）に示されている最小動作磁界強度は、事前に調査したリーダライタから放射する電磁波の強度と電子キー１のコイル導体２２周辺の磁界強度の関係に基づいて電子キー１が電子タグとして動作することか可能な電磁波の強度から換算した値となっている。なお、図６（ｂ）には、参考として、金属パーツ５２が無い場合の最小動作磁界強度についても、点線で示してある。また、図６（ｂ）において、最小動作磁界強度が小さいほどアンテナ性能が良好なことを表している。

本電子キー１では、金属パーツ５２とＨＦアンテナ（コイル導体２２）の重なりｄが、−１〜−２ミリメートル（ｍｍ）となっている場合が最小動作磁界強度が最も小さくなっており、アンテナ性能が最も良好となっている。

すなわち、図６（ａ）中の矢印Ｃ方向に示すように、プリント基板２０を平面視したときに、金属パーツ５２の端部が、コイル導体２２により形成されるループの外側の端部から１〜２ミリメートル、コイル導体２２により形成されるループの外側に位置するようになっている場合にアンテナ性能が最も良好となることが分かった。

上記した構成によれば、コイル導体２２により形成されるループの外側に漏れ出ようとする電磁波をコイル導体により形成されるループの内側に誘導する金属パーツ５２を備えたので、プリント基板２０に、コイル導体２２により形成されるループの内側を通過するように外部アンテナから放射された磁束が、釦電池収納部２３に収納された釦電池３０によりコイル導体２２により形成されるループの外側に漏れ出ようとするようにコイル導体２２と釦電池収納部２３を近接配置しても、金属パーツ５２によりコイル導体２２により形成されるループの外側に漏れ出ようとする磁束がコイル導体２２により形成されるループの内側に誘導され、小型化と通信品質の向上の両立を図ることができる。

なお、金属パーツ５２は、プリント基板２０を平面視したときに、コイル導体を外側から囲むように設けるようにするのが好ましい。

また、金属パーツ５２を、プリント基板２０を収納するケース１００の表面に加飾として付加することにより、高級感を演出しつつ、小型化と通信品質の向上の両立を図ることが可能である。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々なる形態で実施することができる。

例えば、上記実施形態では、電子キーと、当該電子キーと認証のための電波の送受信を行って車両のドアの施解錠を行う車載器から成る車両ドア施解錠システムにおける電子キーに、上記したような金属パーツ５２を設けたが、電子キーに限定されるものではなく、釦電池３０を収納する釦電池収納部２３を有する基板２０を有する各種携帯機に、上記したような金属パーツ５２を設けるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、電子キー１に釦電池３０を含むように構成したが、釦電池３０を別部品として、ユーザが釦電池３０を別途購入して電子キー１に取り付けるように構成してもよい。

また、上記実施形態では、プリント基板２０の中層にループ状の銅パターンを印刷してループ状のコイル導体２２を形成した例を示したが、コイル導体２２は、プリント基板２０の表面や裏面に形成してもよく、また、渦巻き状としてもよい。また、コイル導体２２は、巻線やエッチング工法によって形成してもよい。

また、上記実施形態では、第２のケース５０の外側の表面に、略コの字状の金属パーツ５２を設けた例を示したが、金属パーツ５２を、第１のケース１０の外側の表面に設けるようによく、また、第２のケース５０の内側や第１のケース１０の内側に設けるようにしてもよい。また、金属パーツ５２の形状は、略コの字状以外の形状としてもよい。

また、上記実施形態では、金属パーツ５２に設けられた係止爪を、ケース１００に設けられた係止穴に係止させて金属パーツ５２をケース１００に固定させるようにしたが、このような固定方法に限定されるものではない。

１ 電子キー
１０ 第１のケース
２０ プリント基板
２２ コイル導体
２３ 釦電池収納部
３０ 電池
４０ メカニカルキー
５０ 第２のケース
５２ 金属パーツ
１００ ケース

Claims (4)

1. 近距離無線通信を行うためのループ状または渦巻き状のコイル導体（２２）と、
   釦電池（３０）を収納する釦電池収納部（２３）と、
   基板（２０）と、を備え、
   前記基板には、前記コイル導体により形成されるループの内側を通過するように外部アンテナから放射された磁束が、前記釦電池収納部に収納された前記釦電池により前記コイル導体により形成されるループの外側に漏れ出ようとするように前記コイル導体と前記釦電池収納部が近接して配置されているが、
   前記コイル導体により形成されるループの外側に漏れ出ようとする磁束を前記コイル導体により形成されるループの内側に誘導する金属部材（５２）を備えたことを特徴とする電子タグ。
2. 前記金属部材は、前記基板を平面視したときに、前記コイル導体を外側から囲むように設けられていることを特徴とする請求項１に記載の電子タグ。
3. 前記基板を収納するケース（１００）を備え、
   前記金属部材は、前記ケースの表面に加飾として付加されていることを特徴とする請求項１に記載の電子タグ。
4. 電子キーと、当該電子キーと認証のための電波の送受信を行って車両のドアの施解錠を行う車載器から成る車両ドア施解錠システムであって、
   前記電子キーは、
   近距離無線通信を行うためのループ状または渦巻き状のコイル導体（２２）と、
   前記認証のための電波の送受信を行うための回路に給電するための釦電池（３０）を収納する釦電池収納部（２３）と、
   基板（２０）と、を備え、
   前記基板には、前記コイル導体により形成されるループの内側を通過するように外部アンテナから放射された磁束が、前記釦電池収納部に収納された前記釦電池により前記コイル導体により形成されるループの外側に漏れ出ようとするように前記コイル導体と前記釦電池収納部が近接して配置されているが、
   前記コイル導体により形成されるループの外側に漏れ出ようとする磁束を前記コイル導体により形成されるループの内側に誘導する金属部材（５２）を備えたことを特徴とする車両ドア施解錠システム。

Images